Cadeado Eletrônico

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Como citar esse artigo: VERTULO, Rodrigo Cesar. Cadeado Eletrônico. Disponível em: <http://labdeeletronica.com.br/eletronicaanalogica/circuito-de-protecao-por-senha/>. Acessado em: 18/05/2024.


Estamos acostumados a interagirmos com sistemas que exigem o fornecimento de senhas para termos acesso a algum tipo de recurso ou serviço, como quando realizamos alguma transação bancária ou precisamos acessar algum site restrito da internet. Esses sistemas de proteção por senha normalmente são desenvolvidos utilizando-se recursos de programação de softwares e quando nos referimos a sistemas eletrônicos a utilização de microcontroladores passa a ser uma escolha natural.

Apesar da escolha por microcontroladores ser a mais recomendada por oferecer maior flexibilidade, há situações em que eles não são a melhor opção, seja pelo fator custo ou pela maior complexidade de desenvolvimento que exige do projetista conhecimentos de eletrônica e de desenvolvimento de softwares. Para os casos em que não é preciso o uso de um sistema de proteção extremamente robusto, o circuito apresentado nesse artigo pode ser uma boa alternativa pelo seu baixíssimo custo de implantação e facilidade de desenvolvimento.

O circuito funciona como um cadeado eletrônico cujo acionamento da carga ligada a ele é feito somente depois que uma senha é corretamente digitada em um teclado. Ele é baseado no integrado CD40174 e algumas portas lógicas AND e NOT, que podem ser obtidas por exemplo com os CIs 74HC08N e 74HC04N respectivamente. Todos esses componentes são de baixo custo.

O C40174 possui seis flip flops do tipo D permitindo que o cadeado eletrônico implementado possua senhas de no máximo seis dígitos. Cada entrada dos flip flops corresponde a um dígito da senha. No circuito apresentado nesse artigo a senha do cadeado eletrônico possui três dígitos como pode ser constatado na figura 1 a seguir.

Figura 1

Observe na figura 1 que as entradas A, B e C são aquelas utilizadas para representarem os três dígitos da senha do cadeado eletrônico. Se o objetivo fosse criar um cadeado com senhas possuindo mais dígitos até um limite de seis, bastaria utilizar as outras entradas D, E e F.

O circuito possui um teclado composto de push buttons com alguns deles conectados às entradas A, B e C (para o nosso exemplo) do CD40174 e os restantes conectados ao terra. Uma visão do teclado de botões é o mostrado em detalhe na figura 2.

Figura 2

Note que três botões do teclado estão conectados a algumas portas lógicas AND e NOT e os outros foram ligados ao terra. O funcionamento desse arranjo dos botões será explicado mais adiante.

Conectados ao circuito há dois leds que indicam quando o cadeado está bloqueado ou quando ele está desbloqueado. Na figura 3 é possível observar o detalhe dessa parte do circuito.

Figura 3

O último bloco funcional de circuito é a interface de potência para acionamento da carga no caso da senha correta ter sido informada. Na figura 4 é possível observar detalhes dessa parte do projeto.

Figura 4

No circuito apresentado nesse artigo a carga é um motor DC, contudo, poderia ser algum outro atuador como por exemplo uma solenoide, válvula, sirene, etc. O transistor é um de uso geral, como o BC548 ou outro semelhante. O relê utilizado é um de 5V, já que o circuito está sendo alimentado com essa tensão.

Com a apresentação dos blocos funcionais do circuito já é possível iniciar a análise do funcionamento deles em conjunto. O primeiro ponto que deve ser destacado é que para manter a simplicidade do circuito sua implementação acarreta algumas limitações. Além de ser possível a definição de senhas com no máximo seis caracteres, elas não podem possuir números repetidos como 111, 222, 113, 131, 2331, 55123, 001, etc. Desse modo, a senha deverá sempre ser formada por números diferentes entre eles. Apesar dessa limitação diminuir consideravelmente a quantidade de combinações possíveis de serem criadas para a formação da senha, do ponto de vista prático isso não é um grande problema já que as pessoas, além do dono do circuito, normalmente não saberão que existe essa restrição fazendo com que o desafio de se descobrir a senha correta seja o mesmo daquele que existiria caso a não houvesse a restrição apresentada. Para aumentar a quantidade de combinações possíveis para a criação da senha, considerando essa restrição apresentada, basta aumentar o número de dígitos utilizados até um limite de seis para o caso do integrado CD40174.

A figura 5 apresenta o circuito completo e logo em seguida é feita a apresentação do seu funcionamento com os detalhes necessários para que se defina e altere a senha utilizada.

Figura 5

O circuito é alimentado com uma tensão de 5V, inclusive o relê de acionamento da carga e a carga propriamente dita. No caso de utilizar-se uma carga com alimentação diferente é preciso providenciar as adaptações necessárias.

Note que os botões 1, 2 e 3 do teclado estão conectados por meio das portas lógicas às entradas A, B e C do CD40174. Esses são os botões utilizados para a senha do cadeado. O botão 3 é o primeiro dígito da senha, o botão 2 é o segundo dígito da senha e o botão 1 é o terceiro dígito da senha fazendo com que ela seja 321. Não é preciso fazer qualquer mudança no esquema elétrico do circuito para criar outras combinações de senhas, bastando mudar o posicionamento físico dos botões no teclado. Por exemplo, ao posicionar o botão 3 fisicamente no lugar do botão 6, do ponto de vista de quem estiver utilizando o circuito a senha será 621.

Vamos considerar que os botões 3, 2, 1 estejam posicionados como é apresentado na figura 5 para facilitar a explicação do funcionamento do circuito. Quando o circuito é ligado à fonte de alimentação todas as saídas do CD40174 encontram-se em nível lógico baixo (sem tensão) e apenas a entrada A do CI possuirá nível lógico alto (5V). Qualquer botão diferente do 3 que seja pressionado manterá as entradas e saídas do CD40174 inalteradas. Os botões 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 e RESET acionam o CLEAR do CI conectando-o ao terra e os botões 1 e 2 impõem ao CLOCK do CI o nível lógico baixo, fazendo com que nada ocorra com ele.

Contudo, ao pressionar-se o botão 3 é aplicado um pulso no CLOCK do CD40174 fazendo com que o nível lógico alto que estava em sua entrada A passe para a saída QA, como é esperado de um flip flop tipo D. Nesse momento a entrada B do CI também passa a ter nível lógico alto já que a saída QA está conectada à essa entrada. O arranjo de portas lógicas dos botões 1, 2 e 3 fazem com que agora apenas o botão 2 seja válido para que o processo de inserção de uma senha válida continue.

A partir de agora se os botões 1 ou 3 forem pressionados nada acontecerá com o CI e os outros botões diferentes do 2 resetarão o componente. Se o botão pressionado for o 2, um novo pulso é aplicado ao CLOCK do CD40174 fazendo com que a saída QB passe a ter nível lógico alto e habilitando o botão 1 como sendo o próximo válido. Todo o fluxo explicado anteriormente se repete com a diferença de que agora, se o usuário pressionar o botão 1 corretamente a saída QC passará a ter nível lógico alto acionando a interface de potência para ativar a carga. Além disso, durante todo o tempo em que a saída QC do CD40174 permanecer em nível lógico baixo (carga desativada) um led ficará aceso indicando essa condição e com a carga ativada outro led se acenderá indicando isso.

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