Máquinas Eléctricas 2
Cerradura Electrónica Ing. Jhony Vizuete Carlos Manosalvas S.
63
Vanessa Salazar P.
308
Jonathan Guamangallo T. 259 Danilo Vallejo Ll.
254
Andrés Chacha M.
229
Abril – Agosto Agosto 2015 03 de junio del 2015
INTRODUCCIÓN
Los campos en los cuales tiene aplicación la electrónica son muy variados, entre los cuales tenemos: el control de procesos, comunicaciones, domótica, seguridad entre otros. En esta ocasión se realizara un proyecto sencillo, en el cual se aplicaran el conocimiento de semestres anteriores, así como información disponible en la red para realizar una cerradura electrónica, la cual básicamente está constituida por una bobina alimentada con ciento diez voltios de corriente alterna, la cual generara un campo electromagnético que abrirá o cerrara el seguro de la puerta; todo este proceso será controlado mediante una placa de desarrollo Arduino, en la cual se ingresara un código para realizar la acción antes mencionada.
OBJETIVOS
Objetivo General
Implementar una cerradura electrónica con activación por código numérico.
Objetivos Específicos
Construir una bobina alimentada a ciento diez voltios. Desarrollar codificación en Arduino para la activación de la etapa de potencia mediante código numérico.
Equipos y Materiales Arduino Mega 2560 R3. Teclado numérico. 5 onzas de alambre esmaltado calibre 23. LCD 16 x 2 Relé. Multímetro. Taladro. Cable gemelo calibre 14. Alambres de conexión para Arduino. Martillo. Resorte. Tol Galvanizado. Tubo de PVC de media pulgada. Clavos. Rodelas. Tornillos. Bisagras. Madera (diferentes medidas).
Presupuesto ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Descripción Cantidad Arduino Mega 2560 R3 1 Teclado numérico 1 Alambre esmaltado calibre 23 5 (onza) LCD 16 x 2 1 Relé de 5 voltios DC 1 Tol galvanizado (30cm x 1 50cm) Cable gemelo calibre 14 3 (metro) Tabla Triplex (30cm x 40 cm) 2 Bisagras 2
Valor Unitario 60.00 7.50 1.15
Valor Total 60.00 7.50 5.75
12.00 0.40 2.75
12.00 0.40 2.75
0.80
2.40
2.00 4.00 0.30 0.60 Total 85.40 Nota: El resto de materiales son reciclados por lo cual es difícil asignarles valor.
Fundamento teórico
Reconocimiento de huella dactilar El reconocimiento de huellas dactilares es uno de los métodos más populares para la identificación de personas, debido a que tiene características únicas llamadas minucias, las cuales son puntos donde los bordes terminan o se dividen. Los sistemas de identificación que usan patrones biométricos de huella dactilar se denominan AFIS (Sistema de identificación automático de huella dactilar). Tradicionalmente las contraseñas y las tarjetas ID han sido usadas para moderar el acceso a lugares restringidos, sin embargo estos sistemas pueden ser vulner ados cuando llega a descifrarse una contraseña o se roba una tarjeta ID. Una huella dactilar se forma a partir de los siete meses del desarrollo del feto, y esta o cambia en el transcurso de su vida excepto por factores ajenos como cortaduras o algún tipo de accidente, por lo que la probabilidad de hallar dos huellas dactilares similares es 1.9x10-15.
Adquisición de huella dactilar Existen dos métodos de adquisición de huellas dactilares: método off-line y método online. El primero obtiene una huella digitalizada con una resolución de 500 dpi (puntos por pulgada). Esta metodología de funcionamiento requiere de un costo importante de tiempo y suele usarse en aplicaciones criminalísticas. El segundo método se realiza en tiempo real mediante el escaneo de la huella a través de escáneres tipo inkless.
Procesamiento de la huella dactilar Los pasos para el procesamiento de la huella dactilar por un sistema automatizado de identificación son:
Mejora de la imagen.- Consiste en eliminar las zonas confusas de la imagen original (ruido) dejando solo las zonas con información fiable.
Binarización.- Pasa la imagen original en tonos de gris a blanco y negro, reconstruyendo posibles bordes y mejorando la calidad global de la imagen.
Adelgazamiento.- Todas las crestas de las líneas dactilares tienen el mismo grosor, haciendo que los puntos característicos de la huella dactilar se puedan identificar con más facilidad.
Extracción de puntos característicos.- A partir de la imagen adelgazada el sistema es capaz de detectar y extraer la posición exacta de los puntos características. Dentro de esta etapa cabe destacar: Construcción de un índice o vector.- Mediante algoritmos se crea un índice matemático, el cual constituye la esencia de la huella dactilar analizada, almacenándolo en forma de fichero. Identificación y verificación.- Una vez que se tiene el índice o vector de muchas huellas el sistema es capaz de realizar búsquedas 1:1 para verificar una identidad o 1: N para identificarla. La extracción de puntos característicos es el proceso final que completa la obtención de la plantilla de la huella o patrón biométrico dactilar. La cantidad mínima de puntos característicos necesarios para proceder a comparaciones eficaces entre imágenes dactilares es de 15.
Tipos de sensores de huella digital Ópticos reflexivos.- Consiste en colocar el dedo sobre una superficie de cristal o un prisma que se ilumina por un diodo LED. Cuando las crestas de la huella tocan la superficie, la luz se absorbe, mientras que entre crestas se produce una reflexión total
Escaneo de retina La retina humana es un tejido fino compuesto de células neurales situadas en la porción posterior del ojo. Debido a la compleja estructura de las venas capilares que s uministran sangre a la retina es que la retina de cada persona es única. La red de vasos sang uíneos en la retina es tan compleja que ni siquiera dos gemelos idénticos comparten el mismo patrón. Aunque los patrones de la retina pueden alterarse en caso de diabetes, glaucoma o trastorno degenerativo de la retina, ésta típicamente se mantiene sin variación desde el nacimiento hasta la muerte. Un identificador biométrico conocido como escaneo de retina, se emplea para mapear los patrones únicos de la retina de una persona. Los vasos sanguíneos dentro de la retina absorben luz con más rapidez que el tejido circundante y se identifican fácilmente con una iluminación apropiada. El escaneo de retina se realiza dirigiendo un rayo imperceptible de luz infrarroja de baja energía hacia el ojo de la persona cuando esta mira a través de la pieza ocular del escáner. Ese rayo de luz traza una ruta estandarizada sobre la retina. Como los vasos sanguíneos de la retina son más absorbentes de esa luz que el resto del ojo, la cantidad de luz reflejada varía durante el escaneo. El patrón resultante de las variaciones es convertido a código informático y se guarda en una base de datos.
Escaneo de iris El iris es una estructura fina y circular del ojo, que controla el diámetro y tamaño de la pupila, y por tanto la cantidad de luz que alcanza la retina. El reconocimiento de iris es un método automatizado de identificación biométrica, que emplea técnicas matemáticas para reconocimiento de patrones en imágenes de video del iris de los ojos de un individuo. Estos patrones aleatorios son únicos y pueden verse a cierta distancia. A diferencia del escaneo de retina, el reconocimiento de iris utiliza tecnología de cámara con una sutil iluminación infrarroja para adquirir imágenes de las intrincadas
estructuras del iris. Las matrices digitales codificadas de esos patrones mediante algoritmos matemáticos y estadísticos permiten la identi ficación positiva de un individuo. La búsqueda en las bases de datos de las matrices registradas se realiza mediante motores de asociación a velocidades que se miden en millones de matrices por segundo, y las tasas de falsa coincidencia son cifras infinitesimales. Cientos de millones de personas en todo el globo se han registrado en sistemas de reconocimiento de iris por razones de conveniencia y seguridad, desde los procesos automatizados de cruce de fronteras hasta las funciones de tarjetas nacionales de identificación. Una ventaja esencial del reconocimiento de iris, además de la rapidez de la asociación y su extrema resistencia a las falsas coincidencias, es la estabilidad del iris como órgano ocular interno, protegido, y pese a ello, vis ible externamente.
Desarrollo Se procede a cortar la madera de acuerdo al tamaño de la puerta, de ahí se procede a sujetarla en el marco (construido con resto de barrederas) mediante bisagras y tornillos. El marco ira sujetado con clavos a una base de madera (triplex).
Cálculo Calibre Conductor
Se procede a realizar los cálculos para el calibre del alambre esmaltado y del bobinado.
A partir de la fórmula de inducción magnética determinamos el número de espiras de nuestra bobina, asignándole un valor cuatro veces mayor que el necesario para pequeños transformadores (B = 8000 x 4 [Gauss]). =
=
× 10 × × × 4.4
84.85 × 10 60 × 1.2668 × 32000 × 4.4
= 792.847 ≈ 793
Para el cálculo del calibre de conductor usaremos una corriente de 0.7 amperios y de acuerdo a un estándar usaremos una densidad de corriente de 3 A/mm 2. =
=
0.7 3
/
= 0.2333
Buscamos en la siguiente tabla el calibre correspondiente a esa sección.
Como resultado obtenemos un alambre con calibre 23 como la mejor opción. Con estos resultados vamos
Código Arduino
Cuando se ingrese en la placa de Arduino el código correcto se enviara una señal al relé, que cambiara de estado y energizara la bobina de la cerradura, abriendo o cerrando la puerta. Este proceso se realiza mediante la incorporación de dos librerías keypad.h y password.h; la primera me da la facilidad para leer lo ingresado con el teclado y el segundo nos ayuda a simplificar el proceso para ingresar, guardar y modificar una contraseña en la placa de Arduino. También se usa una tercera librería, LiquidCrystal.h la cual nos ayuda con la visualización del código en una pantalla LCD y asi tener un manejo más intuitivo. (Se incluye el código de Arduino en los anexos)
Cronograma Fecha: 22 de mayo de 2015 Actividad: Construcción de la puerta y bobina Número de horas: 3 15H00 -18H00 Vanessa Salazar Danilo Vallejo Jonathan Guamangallo Carlos Manosalvas Edgar Chacha Fecha: 29 de mayo de 2015 Actividad: Programación en Arduino Número de horas: 3 09H00 -12H00 Vanessa Salazar Danilo Vallejo Carlos Manosalvas Fecha: 02 de junio de 2015 Actividad: Conexión Puerta - Arduino Número de horas: 3 21H00 - 00H00
Vanessa Salazar Danilo Vallejo Jonathan Guamangallo Carlos Manosalvas Edgar Chacha
Costo por horas de trabajo Jefe
Vanessa Salazar
Secretario
Danilo Vallejo
Integrante Vanessa Salazar Danilo Vallejo Jonathan Guamangallo
Número de Horas 9 9 6
Costo Hora 7.50 6.25 5.00
Costo Total 67.50 56.25 30.00
Carlos Manosalvas
9
5.00
45.00
Edgar Chacha
6
5.00
30.00
Total
228.75
Conclusión El campo electromagnético inducido en la bobina al circular una corriente provoca que el metal usado como seguro de la puerta sea atraído a la bobina, no se puede mantener energizada a la bobina por mucho tiempo, ya que el calor producido por el efecto Joule puede dañar el aislamiento de esmalte de la bobina y dañarla. Es necesario aplicar una etapa de potencia para activar a la bobina con la placa de desarrollo Arduino, ya que manejan corrientes diferentes, y así asegurar su correcto funcionamiento.
Recomendaciones En el caso de necesitar una fuente de corriente directa adicional al de la placa Arduino es necesario interconectar los terminales de GND para que el circuito funcione, caso contrario no funcionara el circuito. El aplicar un relé en la etapa de potencia es una muy buena opción para la etapa de potencia, ya que es un elemento económico, confiable y puede manejar un amplio rango de corrientes.
Referencias R. M. Kerchner y G. F. Corcoran, "Circuitos de corriente alterna," (13 ed.) México: Compañía Editorial Continental. J. Sánchez, “DISEÑO Y PARAMETRIZACIÓN DE INDUCTORES CON NÚCLEO DE [Online]. Disponible en HIERRO”,
http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4727779 G. Mendoza, “ Cómo construir una ce rradura eléctrica y electrónica”, [O nline].
Disponible en http://prototiposeinformaciongusment.blogspot.com/2011/04/como-construiruna-cerradura-electrica.html
J. Trader, “Biometría de iris vs. retina, sí, en realidad son diferentes ”, [Online]. Disponible en http://www.idnoticias.com/2014/08/13/biometria-de-iris-vs-retinasi-en-realidad-son-diferentes matriciales” [Online]. http://www.prometec.net/teclados-matriciales/ Prometec,
“ Teclados
con LCD”. [Online]. http://www.hispavila.com/3ds/atmega/keypad.html V.
García,
“ Teclado
Disponible Disponible
en en
O. Gonzales. “Cerradura de puerta automática con Arduino ”, [Online].
Disponible en http://blog.bricogeek.com/noticias/arduino/cerradura-depuerta-automatica-con-arduino/#more
Anexos
Imagen 1. Construcción de la puerta
Imagen 2. Mecanismo de apertura/cierre
Imagen 3. Bobina con núcleo de tubería PVC
Figura 4. Cerradura accionada magnéticamente
Figura 5. Montaje de cerradura en la puerta
Figura 6. Puerta con cerradura terminada
Codificación en Arduino #include
#include #include
const byte FILAS=4; //cuatro filas const byte COLS=4; //cuatro columnas //definimos el keymap char keys[FILAS][COLS]={ {'D','C','B','A'},
// Declaración del teclado
{'#','9','6','3'}, {'0','8','5','2'}, {'*','7','4','1'}, }; //conectar los pines FILA0,FILA1,FILA2,FILA3 a estos pins de arduino MEGA
byte rowPins[FILAS]={8,9,10,11}; //conectar los pines COL0, COL1, COL2, COL3 a estos pins de arduino byte colPins[COLS]={12,13,14,15};
//crear el keypad Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys),rowPins,colPins, FILAS, COLS);
#define ledA 16 #define ledC 17 #define rele 18
//crear el password para la alarma Password password=Password("4564"); LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7); const int analogInPin = A0; //entrada de los botones del keypad int sensorValue = 0; int activada=0; String mensaje;
void setup(){ Serial.begin(9600); pinMode(ledC ,OUTPUT); pinMode(ledA ,OUTPUT); pinMode(rele ,OUTPUT);
Serial.begin(9600); lcd.begin(16,2); lcd.print("PUERTA CERRADA"); digitalWrite(ledA,LOW); digitalWrite(ledC,HIGH); digitalWrite(rele,LOW); activada=1; lcd.setCursor(0,2);
lcd.print("Codigo"); keypad.addEventListener(keypadEvent); //añadimos un evento de escucha para este keypad }
void loop(){ keypad.getKey(); //funcion que este leyendo de la entrada analogica de la ldr y si salta estando activada, mete un delay de 30seg y suena }
//FUNCION PARA COMPROBAR SI SE PULSA EL KEYPAD void keypadEvent(KeypadEvent eKey){ switch(keypad.getState()){ case PRESSED: limpiarlinea(); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("Codigo:"); lcd.print(eKey); delay(10); switch(eKey){ case 'B': checkPassword(); delay(1); break; case 'C': password.reset(); delay(1); break; case 'D': bluethoot(); delay(1); break; default: password.append(eKey); delay(1); } } }
void bluethoot(){ lcd.print("PUERTA CERRADA"); digitalWrite(ledA,LOW); digitalWrite(ledC,HIGH); digitalWrite(rele,LOW);
while(Serial.available()){ delay(10); char c = Serial.read(); mensaje += c; } if(mensaje.length()>0){ if(mensaje=="*abrir puerta"){ lcd.print("Correcto"); digitalWrite(ledA,HIGH); digitalWrite(ledC,LOW); digitalWrite(rele,HIGH); delay(800); digitalWrite(rele,LOW); }//interpretando mensaje else if ("hola"){ lcd.print("INCORRECTO"); digitalWrite(ledA,HIGH); digitalWrite(ledC,HIGH); digitalWrite(rele,LOW);
} }
} //FUNCION DE COMPROBACION DE LA CONTRASEÑA void checkPassword(){
if(password.evaluate()){ //si el password es correcto, activa la alarma limpiarlinea(); lcd.setCursor(0,2);
lcd.print("Correcto");
digitalWrite(ledA,HIGH); digitalWrite(ledC,LOW); digitalWrite(rele,HIGH); delay(800); digitalWrite(rele,LOW);
password.reset(); limpiartodo(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("PUERTA ABIERTA");
activada=0; delay(10); }
else {
limpiarlinea(); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("INCORRECTO"); digitalWrite(ledC,HIGH); digitalWrite(ledA,HIGH); digitalWrite(rele,LOW);
password.reset(); delay(10); }
}
//FUNCION PARA LIMPIAR LA PRIMERA LINEA DEL LCD void limpiarlinea(){
lcd.setCursor(0,2); for(int i=0;i<16;i++){ lcd.print(" "); } }
//FUNCION PARA LIMPIAR TODO EL LCD void limpiartodo(){ lcd.setCursor(0,1);
