Servicio Nacional de Aprendizaje – SENA REGIONAL NORTE DE SANTANDER
Fecha: Septiembre de 2010
CENTRO de la industria, la empresa y de servicios
Sistema de Gestión de la Calidad
Implementación De Una Cerradura Electrónica, Mediante El Uso De Microcontroladores (PIC 16F876A)
Abstract: The project consists of the implementation of an electronic lock, by means of a microcontroller, who program and connects itself in a circuital scheme, allowing the usuario to have a key and an exit, which can be used in several applications.
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OBJETIVOS GENERAL Desarrollar un sistema de control de una cerradura electrónica empleando el microcontrolador PIC 16Ff876A, utilizando como puertos de entrada y salida el teclado matricial y la Pantalla de Cristal Líquido (LCD) respectivamente.
INTRODUCCION ESPECIFICOS Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabricaremos y usamos los humanos. Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo. Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes. El trabajo consiste, en realizar una cerradura electrónica, mediante el uso de microcontroladores, en el cual se lee y escribe, mediante de un software llamado Pickit 2v2 50 y cuyo código se realiza en lenguaje c, a través de un programa llamado PIC C COMPILER, se dará una breve explicación sobre estos, además de emplear un esquema de hardware que permite el correcto funcionamiento de este proyecto.
1. Realizar un programa empleando Lenguaje c en el compilador PIC C, que permita codificar los datos arrojados por el teclado, adaptándolos a las características de los puertos de entrada de el microcontrolador. 2. Analizar e interpretar el funcionamiento del teclado matricial y la Pantalla de Cristal Liquida. 3. Realizar un módulo que permita la interconexión de los datos obtenidos por el PIC al bus de datos de la Pantalla de Cristal Liquida. 4. Implementación de una alarma como aplicación del sistema de control de la cerradura electrónica. MARCO TEORICO Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado. Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4)
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requiere de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o mas Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. El esquema de un microcontrolador, se representa en la figura 1(ver anexo). El microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información. Otro elemento empleado fue el teclado matricial 4x4, El teclado matricial. Es un dispositivo de entrada de datos, que consta de 16 teclas o pulsadores, dispuestos e interconectados en filas y columnas. Dispone de un conector SIL (single in line), conector de 8 pines que corresponden a las cuatro filas y cuatro columnas de las que se dispone. En la figura 2(ver anexos), vemos el esquema del conexionado interno del teclado matricial y sus correspondientes pines de salida, numerados de izquierda a derecha. Cuando se presiona un pulsador se conecta una fila con una columna.
También es importante hablar de la LCD, ya que es un elemento indispensable en el proyecto. Los módulos LCD o pantallas de cristal liquido (ver anexos figura 3), la cual tiene la capacidad de mostrar cualquier carácter alfa numérico. Estos dispositivos ya vienen con su pantalla y toda la lógica de control pre-programada en la fabrica y lo mejor de todo es que el consumo de corriente es mínimo y no se tendrán que organizar
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tablas especiales como se hacia anteriormente con los displays de siete segmentos. Las aplicaciones de los módulos LCD son infinitas ya que podrán ser aplicados en la informática, comunicaciones, telefonía, instrumentación, robótica, automóviles, equipos industriales, etc. Todo queda a su imaginación la gran cantidad de aplicaciones que tiene un modulo LCD. En la actualidad los módulos LCD existen una gran variedad de versiones clasificados en dos grupos. El primer grupo esta referido a los módulos LCD de caracteres (solamente se podrán presentar caracteres y símbolos especiales en las líneas predefinidas en el modulo LCD) y el segundo grupo esta referido a los módulos LCD matriciales (Se podrán presentar caracteres, símbolos especiales y gráficos). Los módulos LCD varían su tamaño físico dependiendo de la marca; por lo tanto en la actualidad no existe un tamaño estándar para los módulos LCD. Además de trabajar con dispositivos como los anteriormente mencionados, se manejaron programas como proteus, PIC Compiler y PICkit 2 v2.50. ISIS PROTEUS es un potente programa de diseño electrónico que permite realizar esquemas que pueden ser simulados en el entorno VSM. Posee una muy buena colección de librerías de modelo tanto para dibujar y simular. El programa ISIS posee un entorno de trabajo (ver anexos figura 4), formado por distintas barras de herramientas y ventanas de trabajo. La característica mas importante de proteus vsm, es la capacidad de depurar programas fuentes de distintos lenguajes de programación como Intel Hex (Hex), Una vez cargado el microcontrolador con el programa fuente, se puede proceder a la simulación del circuito empleando la barra de simulación (ver anexo figura 5). PIC COMPILER ha sido desarrollado especialmente para PIC Mcu, obteniendo la máxima optimización del compilador con estos dispositivos. Dispone de una amplia
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librería de funciones predefinidas, comandos de preprocesado y ejemplos. Un compilador convierte en lenguaje de alto nivel en instrucciones a código maquina. Los programas son editados y compilados a instrucciones maquina al sistema PIC mediante el IC2(o mediante cualquier programador) y puede ser depurado (puntos de ruptura, paso a paso, etc), desde el entorno de trabajo del PC. El CCS C suministra un editor en el cual, permite controlar la sintaxis del programa (ver anexo figura 6). PICkit, es un programa que permite, leer o escribir y borrar datos en sistema hexadecimal, en un microcontrolador, el cual es muy importante a la horade realizar la implementación de este trabajo. El PICkit suministra un editor en el cual, permite observar el programa que este leyendo, escribiendo o borrando, además de verificar cada una de estas acciones. (Ver anexo figura 7).
EJECUCION El proyecto consiste en la implementación de una cerradura electrónica a la cuál se puede acceder mediante una clave que será introducida por medio del teclado matricial a la unidad de control conformada por el microcontrolador pic 16f876A. Esta unidad de control será la encargada de comparar la clave introducida por el usuario con la estipulada por defecto, permitiendo visualizar PUERTA ABIERTA o PUERTA CERRADA mediante una Pantalla de Cristal Líquido (Liquid Crystal Display, LCD). Si la clave digitada es correcta se habilita la cerradura electrónica y se activa el puerto de salida pin A0, en caso contrario se activa un puerto de salida pin A1, indicando el acceso erróneo al sistema de control.
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Para la implementacion de este proyecto, lo primero que se realizo, fue la elaboración del código en CCS C, como se puede ver en anexos, en donde se especifica línea a línea, como se esta ejecutando el programa. Una vez ya compilado el programa y que no presente ningún error como se muestra en la figura 8, se puede proceder a realizar la simulación. La simulación se realizo con ISIS PROTEUS, para el circuito que se muestra en la figura 9(ver anexos), Se realiza el respectivo montaje del esquema circuital, se procede a simularlo, y posteriormente se puede apreciar en la pantalla del LCD, “digite tecla” (ver anexo figura 10), que es el primer digito que se debe ingresar, consecutivamente pide una segunda tecla (ver anexo figura11), hasta que se hayan digitado la respectiva clave. Si la clave es correcta aparecerá en la pantalla LCD “PUERTA ABIERTA” (ver anexo figura12) y se encenderá un Led verde, pero si la clave es incorrecta, se despliega en la lcd “PUERTA CERRADA” (ver anexo figura13) y se enciende un led rojo , los cuales indican la acción que se esta ejecutando. Una vez ya verificado su funcionamiento en la simulación, se procede a realizar el montaje en la protoboard, para verificar que el funcionamiento sea igual, y de esta manera poder luego realizar su respectiva implementación, en la váquela. Para realizar toda su respectiva instalación del circuito en la váquela se debe seguir unos procedimientos, como son: • Diseño del circuito en Ares proteus, Eagle o cualquier otro programa. (ver anexo figura14) • Impresión del circuito integrado ya sea en Acetato, papel fotográfico u otro material. • Planchado o Screen dependiendo del papel empleado, para nuestro caso 30 minutos de plancha sobre
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el acetato en la váquela. (ver anexo figura15) Remarcar los caminos con sharpie u otro tipo de marcador, para evitar que alguno de estos se borren al momento de colocarlo en el acido. (ver anexo figura16) Colocar en un recipiente con poco agua y luego agregar el acido, y empezar a mover la vasija para qué suelte el cobre y quede finalmente el circuito que se va a emplear. (ver anexo figura17) Luego de esto, se procede a abrir los huecos en la váquela con un moto tull. (ver anexo figura18) Posteriormente se soldán cada uno de los componentes en la váquela. (ver anexo figura19) Por último se realizan las pruebas necesarias, para verificar el correcto funcionamiento del circuito (ver anexo figura 20).
Al realizar las pruebas se puede ver que se desplega en la pantalla de la LCD “digite tecla” (ver anexo figura 21), inmediatamente aparece otro mensaje en la LCD indicando que se digite otra tecla (ver anexo figura 22),una vez ya digitada la clave se procede a observar si esta fue correcta o incorrecta. Lo más importante de este trabajo son las aplicaciones que puede tener, y las modificaciones que aun se le puede hacer al programa para poder mejorar cada vez más su funcionamiento . CONCLUSIONES El microcontrolador 16f876a es un dispositivo que nos limita el oscilador ya que su correcto funcionamiento lo realiza a una frecuencia de oscilación de 4Mhz.
La pantalla lcd, es muy importante en la elaboración de este proyecto, ya que este elemento nos permite visualizar mediante
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un mensaje si la clave es correcta o incorrecta. El teclado matricial , es muy importante saber como esta configurado, ya que este se encuentra constituido en filas y columnas, de tal manera que si se conecta mal no podría reconocer el dato que se ingresa al pic. La cerradura electrónica, es un proyecto que tiene muchas aplicaciones, solo se debe diseñar un hardware de acuerdo a la necesidad del cliente. TRABAJOS FUTUROS Realizar una mejora al programa, de tal manera que el usuario pueda hacer cambio de clave directamente desde el teclado, para que de esta manera se satisfagan aun más las necesidades del cliente.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS •
http://antiguo.itson.mx/die/eromero/ biblioelec/blabsd3/p05_labsd3_pics _09.pdf
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http://microcontroladorese.galeon.com/
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http://www.scribd.com/doc/6661021 /Teclado-Matricial-4x4
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http://www.monografias.com/trabaj os11/infcinc/infcinc.shtml
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ANEXOS
Figura 1: Esquema De Un Microcontrolador
Figura 2: Esquema De Un Teclado Matricial 4x4
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Figura 3: Esquema De Una LCD 16x2
Figura 4: El Entorno De Trabajo Del Programa ISIS
Figura 5: Barra De Simulación
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Figura 6: El Entorno De Trabajo Del Programa CCS C
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Figura 7: El Entorno De Trabajo Del Programa PICkit 2 v2.50
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CODIGO EN CCS C
#INCLUDE <16f876a.h> #FUSES XT, NOWDT, NOLVP #USE delay(clock=4000000) #use standard_io(a) . #define use_portb_lcd true #define use_portb_kbd true #include <lcd.c> #include <stdlib.h> //Se declara esta libreria por que se va a trabajar con la rom del microcontrolador #rom 0x2100={'2','8','4','0','9'} //Se declara la dirección o posición de memoria en la rom donde se almacena la clave void main (void) //Programa principal { char k; //Se declara un carácter int i; //Se declara un entero de 8bits char data[5], clave[5]; //Se declara dos palabras cada una de cinco caracteres lcd_init(); //Se inicializa la LCD kbd_init(); //Se inicializa el teclado port_b_pullups (true); //Se habilitan las resistencias internas del puerto b while(true) //Permite que el programa se ejecute continuamente { i=0; //Iniciliza el contador y posicionador de dígitos en cero output_low(pin_a0); //Deshabilita el puerto A0 output_low(pin_a1); //Deshabilita el puerto A1 printf(lcd_putc,"\f CERRADURA ELEC");//Imprima en la pantalla de la lcd CERRADURA ELEC delay_ms(500); //Retardo de 0.5 segundos printf(lcd_putc,"\f DIGITE TECLA \n");//Imprima en la pantalla de la lcd DIGITE TECLA while(i<=4) //EJECUTE PARA CUATRO DATOS { k=kbd_getc(); //Lea el teclado if(k!=0) //Se pulso alguna tecla { data[i]=k; //Guarde en la posición i, la tecla pulsada. i++; //Incremente la i printf(lcd_putc,"\f OTRA TECLA "); //Imprima en la pantalla de la lcd OTRA TECLA } } for(i=0;i<=4;++i){ //Hágase mientras se lee los datos guardados en la ROM
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clave[i]=read_eeprom(i);//Asigne a el vector clave en la posición i, lo que esta almacenado en la ROM en la posición i } if((data[0]==clave[0])&&(data[1]==clave[1])&&(data[2]==clave[2])&&(data[3]==clav e[3])&&(data[4]==clave[4]))//Si la clave digita esta correcta { printf(lcd_putc,"\f PUERTA ABIERTA \n");//Imprima en la pantalla de la lcd PUERTA ABIERTA output_high(pin_a0); //Habilita el puerto A0 delay_ms(800);} //Retardo de 0.8 segundos else{ //Si la clave digita esta incorrecta printf(lcd_putc,"\f PUERTA CERRADA \n "); //Imprima en la pantalla de la lcd PUERTA CERRADA output_high(pin_a1); //Habilita el puerto A1 delay_ms(800); //Retardo de 0.8 segundos } } }
Figura 8: Compilación Del Programa En CCS C
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Figura 9: Esquema Circuital De La Cerradura Electrónica
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Figura 10: Primera Tecla Digitada
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Figura 11: Segunda Tecla Digitada
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Figura 12: Clave Correcta
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Figura 13: Clave Incorrecta
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Figura 14: Esquema Circuital Diseñado En Ares Proteus
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Figura 15: Planchado DEL ACETATO SOBRE LA BAQUELA
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Figura 16: Remarcar Con Sharpie Sobre La Váquela
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Figura 17:Quemado En Cloruro Férrico De La Váquela
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Figura 18:Abertura De Los Huecos Con El Moto Tool En La Váquela
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Figura 19:Componentes Soldados En La Váquela
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Figura 20: Esquema Circuital de la Cerradura Electrónica
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Figura 21: Primer Digito a Ingresar
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Figura 22: Segunda Tecla A Digitar
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