Сенсорный замок от Texas Instruments – часть системы Smart Grid

Использовав отладочные наборы Launchpad и Touch Boosterpack, сервопривод, часть деревянного дверного полотна и доработанный врезной дверной замок, инженеры компании Texas Instruments продемонстрировали сенсорный замок, закрывающийся и открывающийся после набора буквенно-цифрового пароля. В дальнейшем замок можно интегрировать в беспроводную интеллектуальную систему передачи данных Smart Grid, разработанную Texas Instruments.

В данном проекте с помощью отладочных наборов Launchpad и Touch Boosterpack производства компании Texas Instruments был создан сенсорный замок, расширяющий область применения сенсорных технологий и дающий пользователю новый способ ввода и запоминания паролей. В будущем такие устройства позволят заменить традиционные кнопочные клавиатуры, кодовые механизмы и обычные ключи (рисунок 1).

Рис. 1. Замена традиционных решений сенсорным замком

Механическая часть устройства включает в себя сервопривод и обычный, но слегка доработанный врезной дверной замок. Чтобы продемонстрировать работоспособность прибора, его смонтировали на небольшом куске дерева, который выполняет функцию дверного полотна (рисунок 2).

Рис. 2. Демонстрационный образец сенсорного замка

Особенности сенсорного замка

Целью проекта было не только продемонстрировать новаторское использование отладочных наборов Launchpad и Touch Boosterpack, но и попытаться оригинально применить вспомогательные материалы, например:

в качестве корпуса устройства выступает прозрачный кейс для хранения DVD-дисков;
сенсорный демонстрационный набор Touch Boosterpack закрыт пластиной из прозрачного органического стекла;
в качестве запирающего механизма используется обыкновенный замок с небольшими доработками;
станина для сервопривода также разработана с нуля с использованием того же кейса для хранения дисков.

Основными особенностями устройства являются:

включенный в состав устройства малопотребляющий набор Launchpad;
включенный в состав устройства сенсорный набор Capacitive Touch Boosterpack, работающий в режиме реального времени;
прецизионное управление сервоприводом;
оптимальное управление питанием с помощью системы регуляторов напряжения, расположенных на отладочных платах Launchpad и Touch Boosterpack производства компании Texas Instruments;
минимальное количество дополнительных компонентов;
хорошо структурированный код с поддержкой режимов пониженного потребления.

Расчетные значения

Чтобы оценить потенциал этого устройства, необходимо произвести некоторые расчеты. В качестве исходных данных можно взять следующие числовые значения:

согласно документации, микроконтроллерMSP430G2452потребляет максимум 400 мкА при напряжении питания 3 В;
сервопривод HiTec 322-HD потребляет в среднем 180 мА во время активной работы;
каждая из батарей 1,5 В обеспечивает ток 1000 мА•ч, следовательно, четыре батареи обеспечивают ток 4000 мА•ч.

Используя эти данные, можно произвести оценочный расчет:

Срок автономной работы от батарей питания определяется в часах с учетом потребления компонентов:

Емкость элемента питания/(потребление сервопривода + потребление процессора) = 4000 мА•ч/(180 мА + 400 мкА) = 22,173 часа.

Далее необходимо определить среднее число срабатываний замка. Для этого зададимся ориентировочным временем нахождения замка в активном состоянии. Оно определяется скоростью набора кода замка. Будем полагать, что на это уходит порядка 5 с. Тогда, с учетом срока службы аккумулятора в часах, определим ресурс в количествах срабатываний:

Время службы в часах/время в активном состоянии = 22,173/(5 с/3600 с) = 16000 срабатываний!

Хотя мы получили достаточно большое число, но важно учесть и то, как часто этот замок будет закрываться и открываться. Возьмем, например, входную дверь вашего дома. Если предположить, что вы используете ее дважды в день, то окажется, что ресурса батарей хватит на следующий срок:

Число срабатываний/(число срабатываний в сутки × число дней в году) = 16000/(2 × 365) = 22 года!

В итоге оказывается, что скорее отладочный набор и сами батарейки раньше выйдут из строя от старости, чем сами батарейки разрядятся.

Результаты расчета приведены в таблице 1. Их можно получить самостоятельно, выполняя приведенные вычисления для других условий эксплуатации.

Таблица 1. Расчет срока службы сенсорного замка от четырех батарей 1,5 В 1000 мА•ч

Среднее время в активном состоянии, с Срок службы, ч Число срабатываний Срок службы, год Входная дверь дома Школьный шкафчик Личный шкафчик в спортивном зале 5 22,173 16000 21 9 43 10 22,173 8000 10 5 21 20 22,173 4000 5 2 10

Алгоритм работы

Алгоритм работы устройства представлен на блок-схеме (рисунок 3).

Рис. 3. Блок-схема алгоритма работы сенсорного замка

При первом включении необходимо «сбросить» устройство с помощью клавиши “RESET”. Далее ввести пароль длиной 4…30 знаков (касаний), после чего замок закрывается.

Большую часть времени сенсорный замок находится в режиме ожидания и ждет срабатывания датчика приближения. Датчик срабатывает если перед сенсорной панелью провести несколько раз рукой на расстоянии 3…5 см. После этого необходимо ввести пароль. Если он введен правильно – замок закрывается. В противном случае выдается световой сигнал об ошибке ввода.

Руководство пользователя

Алгоритм эксплуатации сенсорного замка достаточно прост:

если на устройство ранее не было подано питание – включите Touch Boosterpack;
при первом включении нажмите на клавишу сброса “RESET”;
введите желаемый пароль;
нажмите на центральную сенсорную кнопку и проверьте, что отсутствует световая сигнализация об ошибке (пароль должен быть более 4 и менее 30 знаков);
сенсорный замок закроется;
через несколько секунд устройство перейдет в спящий режим;
чтобы его перевести в активное состояние, необходимо несколько раз провести рукой на расстоянии 3…5 см перед сенсорной клавиатурой;
мигание светодиодов сигнализирует о том, что устройство готово к работе;
чтобы открыть замок, необходимо ввести пароль и нажать на центральную сенсорную кнопку. Проверьте отсутствие мигания светодиода ошибки. Если она возникала – повторите ввод пароля;
Сенсорный замок откроется.

Видео

Дальнейшее развитие проекта

Следующим шагом развития проекта станет интеграция устройства в единую информационную систему. В результате появится возможность не только удаленного управления замком, но и сбор информации о его состоянии. Также предполагается совместная работа в системе Smart Grid производства компании Texas Instruments.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎