Кодовый замок

ЧАСТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Татьянинская школа

г. Москва

Проектная работа:

«Изготовление электронного кодового замка»

2021 г.

Оглавление

   Введение....................................................................................................3 стр.

   Глава 1. Основная часть............................................................................5 стр.

   1.1. История появления замков................................................................5 стр.

   1.2 Виды замков.........................................................................................7 стр.

   1.3 Виды кодовых замков..........................................................................8 стр.

   Глава 2. Практическая часть....................................................................10 стр.

   2.1 Изучение работы кодового замка......................................................10 стр.

   2.2. Изготовление кодового замка...........................................................13 стр.

   2.3.  Анкетирование учащихся.................................................................16 стр.

   Заключение................................................................................................18 стр.

   Список литературы...................................................................................19 стр.

   Приложение  1...........................................................................................20 стр.

   Приложение  2...........................................................................................21 стр.

   Приложение 3............................................................................................22 стр.

   Приложение 4............................................................................................23 стр.

Введение

        Замки имеют длинную историю. Со временем они изменялись и совершенствовались. Современные замки стали не механическими, а электронными или электронно-механическими. Я решила разобраться в их устройстве и технологии изготовления.

Цель проекта: познакомиться с устройством вычислительной техники и научиться управлять ею.

Объектом моего исследования является микроконтроллер электронного замка.

Предметом исследования станет электронный замок.

Гипотеза исследования: Я предполагаю, что, изучив конструкцию электронного замка и механизм его работы, смогу создать свой электронный замок в домашних условиях.

Задачи исследования:

а) приобретение знаний по физике, расширение кругозора;

б) приобретение универсальных умений:

- осуществлять самостоятельный поиск, отбор и структурирование информации;

- проводить исследования и делать выводы по его результатам;

-создавать презентацию и писать доклад к защите проекта.

в) изучение информатики и компьютерной техники на реальных примерах;

г) повышение интереса к занятиям программированию, совершенствование знаний английского языка, организации самостоятельной работы.

Методы исследования:

Теоретические:

        Изучение литературы по заявленной теме исследования,

классификация собранных материалов, обобщение материалов.

Эмпирические:

        Подбор комплектующих и разработка конструкции и схемы замка; изготовление замка; разработка программы замка; тестирование работы замка; анкетирование среди учащихся.

Материально-техническое и учебно-методическое оснащение, информационное обеспечение:

а)        Учебники физики (школьные), научно-популярная литература по теме, интернет;

б)        Паяльное оборудование, осциллограф, электронные компоненты. Дополнительно привлекаемые:

- специалист по техническому оборудованию, программному обеспечению

- учитель физики.

В результате проведённой работы мною будет изучена работа микроконтроллера и электронного замка.

В этой работе я научусь новым практическим приемам:

а) проводить поиск и проверку информации из различных источников

б) проводить опыты с лабораторным оборудованием

в) составлять вопросы анкеты и проводить исследование с ее помощью

г) изготавливать кодовый замок в домашних условиях.

Глава 1. Основная часть.

 1.1. История появления замков.

        Изучение информатики и программирования интереснее всего проводить на реальных задачах и простых бытовых устройствах, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Это также позволит лучше понять, как устроен окружающий нас мир, состоящий из множества электронных приборов различного назначения. Мне интересны головоломки, тайны и их разгадки. Замки хранят секреты, но и сами замки являются секретами и содержат тайну. Сотни лет в мире идет сражение между создателями замков и взломщиками. Это сражение ещё не закончено и возможно не закончится никогда. Что может быть интереснее разгадывания секрета, спрятанного в тайне.

        Замо́к — механическое, электронное или комбинированное устройство фиксации. Применяется для запирания дверей, крышек, ёмкостей и пр., а также для обеспечения блокировки предметов с целью предотвращения их похищения и/или ограничения доступа. В зависимости от принципа действия привода различают замки механические и электронные. В зависимости от крепления различают замки навесные, накладные, врезные (встроенные) и другие (например, для ювелирных изделий).

        Слово, обозначающее фиксирующее устройство у большинства славянских народов, имеет близкое звучание и восходит к праславному *zamъkъ с тем же значением, образованному от глагола *zamъknǫti «замкнуть»[1]. Оно родственно слову «умыкнуть» — украсть, близкому к современному жаргонному «увести». Также отметим существующее у многих центральноевропейских народов совпадение слов, обозначающих устройство и укреплённый узел вооружённой защиты, — «замо́к» и «за́мок».

        Удивительно, но идея создания замка появилась одновременно в двух бесконечно удалённых по тем временам точках планеты – в Китае и в Египте.

Наряду с возникновением колеса изготовление замка стало знаковым историческим фактом, оказавшим значительное влияние на ход истории в целом и жизнь человека в частности.

        Замок и колесо вместе взятые фактически стали символами свободы человечества, передвижения, поиска и исследований.

В самом деле, кому будет необходимо колесо, если на нём нельзя уехать, надолго покинув жильё без присмотра?

        Возникновение замка зародило истоки новой отрасли – точной механики, хотя сначала замок был не металлическим, а деревянным.

В древние времена, когда уже появились первые замки из железа, они подразделялись в основном на два типа:

навесные (так называемые дорожные, которые брали с собой в дорогу, чтобы запереть кладь в сундуке или ящике) и накладные (которые накладывались на полотно двери и являлись стационарными)

        Стремление иметь собственный замок, и не один, имеет глубокие корни. Сохранение ценного, припрятывание интимного, пресечение незаконного – именно эти главные функции выполнял замок.

1.2 Виды замков

        Первые цельнометаллические замки создали между 870 и 900 гг. английские ремесленники. Это были обыкновенные железные засовы с выступами вокруг замочных скважин для предотвращения взлома.

        Медные и железные висячие замки, которые обнаруживают в Европе и на Дальнем Востоке, широко применялись римлянами и китайцами. Им оказывали особое предпочтение потому, что они были портативными. Они открывались ключами, которые можно было поворачивать, ввинчивать и нажимать.

        На Руси висячие пружинные замки использовали с X века. В XVIII веке эти замки вывозили за границу. В Западной Европе их называли русскими. Пружинные висячие замки применяют и по сей день.

        Появление в России навесных замков тоже было связано с необходимостью защитить имущество. Такие замки брали с собой в дорогу торговые караваны, чтобы шальной приблудный цыган не вытащил чего-нибудь ненароком из обоза.

        Тяжелые и грубоватые навесные замки, с простыми механизмами, были легкой добычей злоумышленников.

        Исключением из общего правила и одним из лучших образцов замочного ремесла был "Русский висячий замок".

        Он был тщательно выкован вручную умельцами в конце XIX века (в ранее царствование последнего царя, Николая II (1895-1918г)), и отличающийся уникальным механизмом секретности. Ключ не вставлялся, а ввинчивался в замок благодаря особой резьбе.

        В запертый замок вставлялась затычка, прикрывающая замочную скважину, а ключ ввинчивался в специальный футляр.

1.3 Виды кодовых замков

        В целях большей эффективности появились замки на буквах, или кодовые замки, для открытия которых не требовалось ключей, а нужно было набрать определенные буквы или цифры на вращающихся дисках.

Классификация кодовых замков:

-    по типу установки;

-    по способу набора кода;

-    по возможности замены кода.

Виды замков в зависимости от способа установки

Кодовый замок на дверь может быть:

-    врезным;

-    накладным;

-    навесным.

По способу набора секретного кода, являющегося ключом различают:

-    замки с кнопочными панелями;

-    замки с кругами набора.

Виды замков по заменяемости кодов

-    без возможности перекодировки. При изготовлении в механизм замка устанавливается определенный код;

-    перекодируемым.

Перекодировка может осуществляться при:

-    разборе замка и замене рабочего механизма;

-    воздействии дополнительного ключа.

        Врезной замок может быть установлен на деревянных и пластиковых дверях, а так же на металлических дверях, имеющих дополнительную обшивку.  

        Накладные замки преимущественно используются для фиксации стеклянных дверей или калиток.

        Навесные кодовые замки не обладают повышенной надежностью, поэтому используются для хранения велосипеда на стоянке, фиксации чемодана или в виде дополнительного защитного устройства на калитку, ворота или дверь дома.

Глава 2. Практическая часть

 2.1 Изучение работы кодового замка

        Для своего проекта я выбрала накладной замок с кнопочной панелью без возможности перекодировки.

Этапы осуществления практической части:

- Изучение литературы по проекту и аналогичных устройств.

- Подбор деталей

- Сборка печатной платы (практическая часть)

- Изучение основ программирования и устройства микроконтроллеров

- Программирование микроконтроллера

- Изготовление корпуса для демонстрации работы кодового замка

- Подготовка отчета и презентации

        Практическая значимость состоит в том, чтобы показать возможность самостоятельного изучения новых областей науки и техники, которые не

изучают в школе.

        Кодовый электромеханический замок - устройство, позволяющее ограничить доступ к материальным ценностям посторонних людей. Достоинством кодового замка является ключ, который хранится в памяти человека и его не нужно изготавливать. Можно легко передать другому, даже не находясь около замка (по телефону или другим средствам связи) или изменить ключ без помощи мастера в будущем на другой, если кто-то посторонний его узнал.

        Для того, чтобы разработать своё устройство необходимо сначала провести изучение уже существующих устройств. Я изучила устройство и принципиальную схему самодельного кодового замка (рис. 3). Вместо электрозащелки там используется электромотор, который трудно использовать для отпирания двери. Так как выбран контроллер с маленьким количеством портов, автор был вынужден использовать измененную клавиатуру (рис. 4). Для своего замка я буду использовать контроллер с большим количеством портов для работы со стандартной клавиатурой и электрозащелку (электромагнит). Моя задача сделать действующий замок, запирающий реальную дверь.

Как я увидела ранее, кодовый замок состоит из следующих составных частей и механизмов:

- Клавиатура, как устройство ввода информации (кода)

- Светодиоды, как устройства вывода информации (открытие замка,

   неправильный код и индикация нажатия клавиши)

- Электро-механический замок-защелка, как исполнительное устройство

- Плата управления замком с микроконтроллером.

Плата управления замком с микроконтроллером состоит из:

-Преобразователя напряжения 12 вольт в 5В так как защелка управляется 12В, а  контроллер от 5В

- Силового транзистора для управления электрозамком

- 2 штук светодиодов-индикаторов

- Контроллера

- Разъема для программирования контроллера

- Разъема для подключения клавиатуры

При изучении свойств контроллера я узнала, что он имеет 3 типа памяти:

- оперативная память, где мы храним переменные и результаты вычислений

- память программы, куда мы записываем программу для постоянного хранения

- энергонезависимая память для переменных (кода открытия замка)

2 порта ввода-вывода, PORTA и PORTB

PORTA - 2 выхода порта используются для управления светодиодами

PORTB - 1 выход используется для управления замком и 7 входов-выходов используются для клавиатуры.

Всего я буду использовать 10 выходов.

Подбор комплектующих- см. приложение 1.

Электрическая схема замка в приложении 2.

2.2. Изготовление кодового замка

        Изготовление платы кодового замка. Пайка . Обучение работе с паяльником и другими монтажными инструментами. Изучение смачивания припоем выводов электронных компонентов. Использование флюса.

После пайки проводим проверку включения платы и собираем плату вместе с клавиатурой. Для изучения контроллера, разработки и отладки программы  этого вполне достаточно. Можно начинать знакомиться с отдельными устройствами в контроллере и с языком программирования.

        Собранная плата контроллера замка и клавиатура . Изучение начинается с включения и выключения светодиодов, подключенных к контроллеру. Далее, переходим к изучению работы клавиатуры и написанию программы получения кодов при нажатии кнопок. После изучения устройств ввода и вывода, приступаю к написанию самой программы замка.

        Замок для демонстрации должен быть установлен на настоящей дверце коробки . Каждый может попробовать угадать его код. Кто угадает, получит содержимое коробки.

     2.3.  Анкетирование учащихся

     Проведя исследования в 7 и 8 классах, я получила результат, который выложила в виде двух диаграмм (диаграммы в приложении 3.). Самые популярные замки - механические и электронно-механические (кодовые), менее известные- пружинные.

Ребятам были заданы вопросы:
1) Какие из ниже представленных видов замков вы знаете?

1. Механические
2. Электронно-механические ( Кодовые )
3. Пружинные
4.  Все из представленных

2) Какие замки вам больше нравятся?

3) С какими замками вы чаще всего встречаетесь в жизни?

4) Какой замок вы бы установили в своей квартире или доме для надежности?

         Наиболее предпочтителен кодовый замок, наименее - пружинный. На вопрос «С какими замками вы чаще всего встречаетесь в жизни?» большинство ответило «с механическими и кодовыми». В своей квартире или доме лидером в выборе замка стал кодовый. Исходя из проведённого исследования, могу сделать вывод, самым популярным и применяемым в современном мире замком является бесспорно кодовый замок.

Заключение 

   В результате выполнения данного проекта, я убедилась, что создание простых электронных устройств для школьника не является невыполнимой задачей. Для изучения различных устройств можно использовать интернет, где легко найти любую нужную информацию об этих устройствах и доступные объяснения как они работают.

   Для создания любого нового устройства необходимо изучить уже существующие и найти те свойства, которыми они не обладают, чтобы собственное устройство было лучше. Изучение уже существующих устройств позволяет быстрее получить необходимый опыт, чтобы не начинать всё с самого начала. Но к любому полученному опыту нужно относиться критически. Изучаемые устройства могут содержать ошибки и цель исследования состоит в том, чтобы увидеть это.

   Я увидела, что изучение информатики на реальном устройстве очень интересно. С помощью всего нескольких команд я могу управлять светодиодами и другими устройствами. Программа заставляет работать устройство так, как я запланировала.

   Изучение английского языка помогает получать те знания, которые существуют в документации только на английском языке. Много технической литературы издано только на английском.

Список литературы

1. http://signalsam.blogspot.com/2016/02/blog-post.html?m=1 Самодельный кодовый замок

2. https://labkit.ru/html/Assembler_for_PIC - Программирование на Ассемблере для PIC

3. http://rl.odessa.ua/media/_For_Liceistu/Physics/Pyoryshkin_Fizika-8.pdf - А. В. Перышкин. Учебник для 8 класса

4. https://narfu.ru/university/library/books/2991.pdf - В.И. Кочергин. Большой англо-русский толковый научно-технический словарь.        

5. https://www.krugosvet.ru/enc/tehnologiya-i-promyshlennost/zamok — Замок, его история.

6. Е. Г. Серкова. Основы алгоритмизации и программирования.

7. https://habr.com/ru/post/319370/ - Организация создания электронных устройств.

8. https://www.onlinecharts.ru/ - Создание диаграммы.

Приложение 1.

Подбор комплектующих.

Клавиатура - https://arduino-kit.ru/product/matrichnaya-plenochnaya-membrannaya-klaviatura-3h4

Контроллер - https://www.chipdip.ru/product/pic16f819-i-p

Транзистор - https://www.chipdip.ru/product/irlr2905ztrpbf-infineon

Светодиод - https://www.chipdip.ru/product/gnl-3012gd

Стабилизатор напряжения 5 Вольт - https://www.chipdip.ru/product/ta78l05f

Резистор - https://www.chipdip.ru/catalog/smd-resistors?x.429=ZGQ&x.430=MXs

Конденсатор - https://www.chipdip.ru/product/grm188r61e106m

Замок - https://russian.alibaba.com/product-detail/dc-12v-mini-electric-solenoid-lock-assembly-for-door-cabinet-drawer-60724735503.html