Arduino Projekt: Türsicherheitssystem
Autor: Justin Frommberger
Aufgabenstellung
- Ziel des Projektes ist eine Tür Sicherheitssystem zu simulieren.
- Die Aufgabe ist, mit einem vierstelligen Zahlen Code die Tür zu öffnen (LED grün).
- Wenn der Code 3-mal Falsche eingegeben wurde, ertönt ein Warnsignal und die LED leuchtet rot auf.
- Alle Eingaben sollen auf dem seriellen Monitor angezeigt werden.
Benötigte Materiallien
Tabelle 1: Materialliste
| Nr. | Anz. | Beschreibung | Bild |
|---|---|---|---|
| ① | 1 | Funduino Arduino UNO R3 |  |
| ② | 1 | USB A zu USB B |  |
| ③ | 20+ | Jumperkabel, männlich/männlich |  |
| ④ | 1 | Steckbrett |  |
| ⑤ | 2 | LED Rot/Grün |  |
| ⑥ | 3 | Widerstand 120 Ω |
 |
| ⑦ | 1 | TowerPro SG90 Servomotor |  |
| ⑧ | 1 | Piezo Lautsprecher |  |
| ⑨ | 1 | 4x4 Tastenfeld |  |
Vorab wichtig zu wissen!
Servomotor Kabel
| Schwarz oder Braun | Masse (GND) |
| Rot | VCC/+ 5 V |
| Orange, Gelb oder Weiß | PWM-Signal |
Tastenfeld
Anleitung zum Tastenfeld siehe: [klicken]
Aufbau Schaltung
In Abb. 3 wird die Schaltung für das Projekt "Tür Sicherheitssystem" dargestellt.
Bevor mit der Programmierung begonnen werden kann, muss die Schaltung des Projekts aufgebaut werden.
2. Start der Programmierung
Es ist wichtig, die [Programmierrichtlinien] beim Programmieren einzuhalten.
Programmierung Anleitung
Nachdem alle Schritte abgeschlossen sind, kann mit der Programmierung des Projektes gestartet werden.
1) Bibliotheken einfügen
- Bibliotheken für das 4x4 Tastenfeld downloaden: (Link)
Zuerst muss, für das Projekt Tür Sicherheitssystem, die heruntergeladenen Bibliotheken eingefügt werden.
Benötigt wird die Bibliothek für den Servomotor und für das Tastenfeld.
Quelltext 1: TSS.ino
| Lösung |
/* Benötigte Bibliotheken */
#include <Keypad.h>
#include <Servo.h>
|
2) Initialisierung Arduino
Im nächsten Schritt wird das Projekt mit den verbundenen Hardwarebauteilen im Programm initialisiert.
2.1) Tastenfeld initialisieren
Ziel ist, alle benötigten Variablen für die Funktion: Keypad Tastenfeld = Keypad(makeKeymap(Hexa_Keys), Row_Pins, Col_Pins, ROWS, COLS); festzulegen.
- ROWS sind die Anzahl der Spalten und COLS sind die Anzahl der Zeilen, diese werden als Variable festgelegt.
- Daraufhin müssen Row_Pins und Col_Pins ihren Ziffern zugeordnet werden über eine Array-Zuweisung.
- Zum Schluss muss die Hexa_Keys Matrix aufgebaut werden, hier wird jede Ziffer für das Tastenfeld festgelegt.
Quelltext 2: TSS.ino
| Lösung |
/* Tastenfeld */
/* Größe des Keypads definieren */
const byte COLS = 4; //4 Spalten
const byte ROWS = 4; //4 Zeilen
byte Col_Pins[COLS] = {2,3,4,5}; //Definition der Pins für die 3 Spalten
byte Row_Pins[ROWS] = {6,7,8,9}; //Definition der Pins für die 4 Zeilen
/* Ziffern und Zeichen des Keypads festlegen */
char Hexa_Keys[ROWS][COLS]={
{'D','#','0','*'},
{'C','9','8','7'},
{'B','6','5','4'},
{'A','3','2','1'}
};
Keypad Tastenfeld = Keypad(makeKeymap(Hexa_Keys), Row_Pins, Col_Pins, ROWS, COLS); //Das Keypad kann ab sofort mit "Tastenfeld" angesprochen werden
|
2.2) Tastenfeld Variablen
Benötigt werden Variablen zum:
- Festlegen des Passwortes
- Speichern der aktuell gedrückten Taste
- Speichern der vier gedrückten Tasten
- verhindern einer falschen Position bei der Eingabe
Quelltext 2: TSS.ino
| Lösung |
/* Variablen */
char P1='1';char P2='2';char P3='3';char P4='A'; // Vier Zeichen des Passwortes eingegeben
char Taste; //Taste ist die Variable für die jeweils gedrückte Taste auf dem Tastenfeld
char C1, C2, C3, C4; // Speichern der gedrückten Tasten
byte z1=0, z2, z3, z4; // Falschen Position zugeordnet wird verhindern
|
2.3) Motor, Buzzer und RGB initialisieren
Zum Schluss wird die externe Hardware initialisiert und mit dem jeweiligen Pin verbunden.
Pin belegung: RGB (12,13), Motor (11) und Buzzer (10).
Tipp:
- Bei Fragen zum Code, kann in den anderen Projekten nachgeschaut werden. (Link)
Quelltext 3: TSS.ino
| Lösung |
/* Motor */
Servo Servo_blau; //Servomotor Definition
/* Buzzer */
const byte SOUND_BUZZER = 10; // Buzzer ist an Pin 10 angeschlossen
unsigned int Sound = 500; // Frequenz von 500 Hertz
byte Falsche_Eingabe; // Für eine falsche Eingabe
/* RGB */
byte ROTE_LED = 12; //Rote LED ist an Pin 12 angeschlossen
byte GRUENE_LED = 13; //Grüne LED wird an Pin 13 angeschlossen
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(ROTE_LED, OUTPUT); //Die LEDs werden als Ausgang festgelegt
pinMode(GRUENE_LED, OUTPUT);
Servo_blau.attach(11); //Der Servomotor ist an Pin 11 angeschlossen
}
|
3) Richtige Reihenfolge der Eingabe
- Wichtig ist, dass die Ziffern richtig eingegeben werden.
- So muss sich eine Funktion überlegt werden, welches dies ermöglicht.
- Zur Verwendung kommen nun die Variablen für die falsche Position.
- Auch muss die Variable Taste ihre Werte erhalten.
- Die gedrückte Taste wird in der C1-4 Variable abgespeichert, um später das Passwort zu überprüfen.
Tipp:
- Nachdem die erste Ziffer gedrückt wurde, öffnet sich die Eingabe für die zweite Ziffer usw.
- Benötigt wird hierfür eine If-Anweisung und eine goto Funktion.
- Die Taste bekommt mit der Funktion
Tastenfeld.getKey();ihre Ziffer.
Quelltext 4: TSS.ino
| Lösung |
void loop()
{
Anfang: // Goto Anfang
Taste = Tastenfeld.getKey();
/* Richtige Reihenfolge des Passwortes erstellen */
if (z1==0) // Wenn das erste Zeichen noch nicht gespeichert wurde...
{
C1=Taste; //Unter der Variablen "C1" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste "); //Teile uns am Serial Monitor die gedrückte Taste mit
Serial.print(C1);
Serial.println(" wurde gedrueckt");
z1=1; z2=0; z3=1; z4=1; // Zugang zur zweiten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang;
}
if (z2==0) // Wenn das zweite Zeichen noch nicht gespeichert wurde...
{
C2=Taste; //Unter der Variablen "C2" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste "); //Teile uns am Serial Monitor die gedrückte Taste mit
Serial.print(C2);
Serial.println(" wurde gedrueckt");
z1=1; z2=1; z3=0; z4=1; // Zugang zur dritten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang;
}
if (z3==0) // Wenn das dritte Zeichen noch nicht gespeichert wurde...
{
C3=Taste; //Unter der Variablen "C3" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste "); //Teile uns am Serial Monitor die gedrückte Taste mit
Serial.print(C3);
Serial.println(" wurde gedrueckt");
z1=1; z2=1; z3=1; z4=0; // Zugang zur vierten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang;
}
if (z4==0) // Wenn das vierte Zeichen noch nicht gespeichert wurde...
{
C4=Taste; //Unter der Variablen "C4" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste "); //Teile uns am Serial Monitor die gedrückte Taste mit
Serial.print(C4);
Serial.println(" wurde gedrueckt");
z1=1; z2=1; z3=1; z4=1; // Zugang zur weiteren Zeicheneingabe sperren
}
}
|
4)Tür öffnen und schließen
- Nachdem nun die richtige Eingabe programmiert wurde, fehlt noch das öffnen und schließen der Tür.
- Für das Öffnen der Tür wird die Taste (#) verwendet und zum Tür verriegeln die Taste (*).
- Wenn die Tür offen ist, leuchtet die LED Grün und Rot, wenn sie geschlossen ist.
- Der Motor soll ich zu 90 Grad drehen beim Schließen und zu 0 Grad beim Öffnen.
Tipp:
- Benötigt werden If-Else Funktionen, die nach der bestimmten Taste abfragen und die Anweisung dann ausführen.
Quelltext 5: TSS.ino
| Lösung |
void loop()
{
Anfang: // Goto Anfang
Taste = Tastenfeld.getKey();
if (Taste)
{
if (Taste=='*')
{
Serial.println("Tuer verriegelt");
delay(2000);
Servo_blau.write(90); //Servo zum verriegeln auf 90 Grad ansteuern
digitalWrite(ROTE_LED, HIGH);
digitalWrite(GRUENE_LED, LOW);
z1=0; z2=1; z3=1; z4=1; // Zugang zur ersten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang; // Damit das Zeichen "*" nicht im folgenden Abschnitt als Codeeingabe gewertet wird
}
if (Taste=='#')
{
if (C1==P1&&C2==P2&&C3==P3&&C4==P4) //wird geprüft, ob die eingaben Codezeichen übereinstimmen
{
Serial.println ("Code korrekt, Schloss offen");
Servo_blau.write(0); //Servo zum Öffnen auf 0 Grad ansteuern.
digitalWrite(ROTE_LED, LOW);
digitalWrite(GRUENE_LED, HIGH);
}
else // ist das nicht der Fall, bleibt das Schloss gesperrt
{
Serial.println ("Code falsch, Schloss gesperrt");
digitalWrite(ROTE_LED, HIGH);
digitalWrite(GRUENE_LED, LOW);
delay(2000);
z1=0; z2=1; z3=1; z4=1; // Der Zugang für die erste Zeicheneingabe wird wieder freigeschaltet
goto Anfang; // Damit das Zeichen "#" nicht im folgenden Abschnitt als Codeeingabe gewertet wird.
}
}
|
5) Einbrecher Warnung!
Als Zusatzaufgabe wurde sich überlegt, einen Buzzer ertönen zu lassen, wenn das Passwort 3-mal Falsche eingegeben wurde.
Tipp:
- Bei einer falschen Eingabe wird die Variable hochgezählt.
- Wenn die Variable 3 erreicht, ertönt der Buzzer.
Quelltext 6: TSS.ino
| Lösung |
if (Taste=='#')
{
if (C1==P1&&C2==P2&&C3==P3&&C4==P4) //wird gepüft, ob die eingaben Codezeichen übereinstimmen
{
Serial.println ("Code korrekt, Schloss offen");
Servo_blau.write(0); //Servo zum öffnen auf 0 Grad ansteuern.
digitalWrite(ROTE_LED, LOW);
digitalWrite(GRUENE_LED, HIGH);
}
else // ist das nicht der Fall, bleibt das Schloss gesperrt
{
Serial.println ("Code falsch, Schloss gesperrt");
Falsche_Eingabe += 1;
if(Falsche_Eingabe == 3) // Wenn der Code 3 mal falsch eigegeben wurde
{
Serial.println("Besitzer wurde benachrichtigt!");
tone(SOUND_BUZZER, Sound);
delay(8000);
noTone(SOUND_BUZZER);
}
digitalWrite(ROTE_LED, HIGH);
digitalWrite(GRUENE_LED, LOW);
delay(2000);
z1=0; z2=1; z3=1; z4=1; // Der Zugang für die erste Zeicheneingabe wird wieder freigeschaltet
goto Anfang; // Damit das Zeichen "#" nicht im folgenden Abschlitt als Codeeingabe gewertet wird.
}
}
|
Musterlösung
Quelle: Link
| Lösung Code |
/* Benötigte Bibliotheken */
#include <Keypad.h>
#include <Servo.h>
/* Tastenfeld */
/* Größe des Keypads definieren */
const byte COLS = 4; //4 Spalten
const byte ROWS = 4; //4 Zeilen
byte Col_Pins[COLS] = {2,3,4,5}; //Definition der Pins für die 3 Spalten
byte Row_Pins[ROWS] = {6,7,8,9}; //Definition der Pins für die 4 Zeilen
/* Ziffern und Zeichen des Keypads festlegen */
char Hexa_Keys[ROWS][COLS]={
{'D','#','0','*'},
{'C','9','8','7'},
{'B','6','5','4'},
{'A','3','2','1'}
};
Keypad Tastenfeld = Keypad(makeKeymap(Hexa_Keys), Row_Pins, Col_Pins, ROWS, COLS); //Das Keypad kann ab sofort mit "Tastenfeld" angesprochen werden
/* Variablen */
char P1='1';char P2='2';char P3='3';char P4='A'; // Vier Zeichen des Passwortes eingegeben
char Taste; //Taste ist die Variable für die jeweils gedrückte Taste auf dem Tastenfeld
char C1, C2, C3, C4; // Speichern der gedrückten Tasten
byte z1=0, z2, z3, z4; // Falschen Position zugeordnet wird verhindern
/* Motor */
Servo Servo_blau; //Servomotor Definition
/* Buzzer */
const byte SOUND_BUZZER = 10; // Buzzer ist an Pin 10 angeschlossen
unsigned int Sound = 500; // Frequenz von 500 Hertz
byte Falsche_Eingabe; // Für eine falsche Eingabe
/* RGB */
byte ROTE_LED = 12; //Rote LED ist an Pin 12 angeschlossen
byte GRUENE_LED = 13; //Grüne LED wird an Pin 13 angeschlossen
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(ROTE_LED, OUTPUT); //Die LEDs werden als Ausgang festgelegt
pinMode(GRUENE_LED, OUTPUT);
Servo_blau.attach(11); //Der Servomotor ist an Pin 11 angeschlossen
}
void loop()
{
Anfang: // Goto Anfang
Taste = Tastenfeld.getKey();
if (Taste)
{
if (Taste=='*')
{
Serial.println("Tuer verriegelt");
delay(2000);
Servo_blau.write(90); //Servomotor zum Verriegeln auf 90 Grad ansteuern
digitalWrite(ROTE_LED, HIGH);
digitalWrite(GRUENE_LED, LOW);
z1=0; z2=1; z3=1; z4=1; // Zugang zur ersten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang; // Damit das Zeichen "*" nicht im folgenden Abschnitt als Codeeingabe gewertet wird
}
if (Taste=='#')
{
if (C1==P1&&C2==P2&&C3==P3&&C4==P4) //wird geprüft, ob die eingaben Codezeichen übereinstimmen
{
Serial.println ("Code korrekt, Schloss offen");
Servo_blau.write(0); //Servomotor zum Öffnen auf 0 Grad ansteuern.
digitalWrite(ROTE_LED, LOW);
digitalWrite(GRUENE_LED, HIGH);
}
else // ist das nicht der Fall, bleibt das Schloss gesperrt
{
Serial.println ("Code falsch, Schloss gesperrt");
Falsche_Eingabe += 1;
if(Falsche_Eingabe == 3) // Wenn der Code 3-mal falsch eingegeben wurde
{
Serial.println("Besitzer wurde benachrichtigt!");
tone(SOUND_BUZZER, Sound);
delay(8000);
noTone(SOUND_BUZZER);
}
digitalWrite(ROTE_LED, HIGH);
digitalWrite(GRUENE_LED, LOW);
delay(2000);
z1=0; z2=1; z3=1; z4=1; // Der Zugang für die erste Zeicheneingabe wird wieder freigeschaltet
goto Anfang; // Damit das Zeichen "#" nicht im folgenden Abschnitt als Codeeingabe gewertet wird.
}
}
/* Richtige Reihenfolge des Passwortes erstellen */
if (z1==0) // Wenn das erste Zeichen noch nicht gespeichert wurde.
{
C1=Taste; //Unter der Variablen "C1" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste ");
Serial.print(C1);
Serial.println(" wurde gedrückt");
z1=1; z2=0; z3=1; z4=1; // Zugang zur zweiten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang;
}
if (z2==0)
{
C2=Taste; //Unter der Variablen "C2" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste ");
Serial.print(C2);
Serial.println(" wurde gedrückt");
z1=1; z2=1; z3=0; z4=1; // Zugang zur dritten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang;
}
if (z3==0)
{
C3=Taste; //Unter der Variablen "C3" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste ");
Serial.print(C3);
Serial.println(" wurde gedrückt");
z1=1; z2=1; z3=1; z4=0; // Zugang zur vierten Zeicheneingabe freischalten
goto Anfang;
}
if (z4==0) // Wenn das vierte Zeichen noch nicht gespeichert wurde
{
C4=Taste; //Unter der Variablen "C4" wird nun die aktuell gedrückte Taste gespeichert
Serial.print("Die Taste ");
Serial.print(C4);
Serial.println(" wurde gedrückt");
z1=1; z2=1; z3=1; z4=1; // Zugang zur weiteren Zeicheneingabe sperren
}
}
}
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