W tym e‑materiale zbudujemy zamek szyfrowy. W projekcie użyjemy szesnastu przycisków (tactswitch) oraz trójkolorowej diody RGB ze wspólną katodą.

Podpięcie szesnastu przycisków do Arduino Uno może być nieco utrudnione przez brak wystarczającej liczby wejść. W naszym projekcie zastosujemy tzw. klawiaturę matrycową.

Klawiatura matrycowa

Zazwyczaj każdy przycisk podłączony do Arduino zajmuje jedno wejście. Przy kilku przyciskach nie jest to problem, ale co w sytuacji, gdy tych przycisków mamy aż 16? Przykładowo, w celu wpisania zwykłego kodu pin musimy mieć do dyspozycji aż 10 przycisków dla samych tylko cyfr od 0 do 9, a przecież potrzebne są jeszcze przyciski do resetowania hasła i jego zatwierdzania. Podłączanie każdego z przycisków byłoby z pewnością dość kłopotliwe, a niekiedy wręcz niemożliwe.

Rozwiązaniem w takich sytuacjach jest klawiatura matrycowa, dzięki której możliwe jest zmniejszenie liczby potrzebnych wejść. W tego typu klawiaturze przyciski połączone są w kolumny oraz wiersze, tworząc matrycę połączeń.

Budowa klawiatury 4x3

RT1c0sm4mQfhQ

Ilustracja przedstawia panel przycisków 4 rzędy na 3 kolumny oznaczonych cyframi i znakami * oraz #. Następnie kolejny fragment ukazuje kolejność połączeń rzędów i kolumn. Rzędy połączone są do kabli oznaczonych jako "P1", "P2", "P3" oraz "P4", każdy rząd połączony jest do osobnego kabla. Kolumny połączone są do kolejnych 3 kabli, „P5”, „P6” oraz „P7”, każda kolumna połączona jest do osobnego kabla.

Budowa klawiatury 4x4

Rclc5nTD6Ryv8

Ilustracja przedstawia panel klawiatury 4 rzędy na 4 kolumny. Każda kolumna jak i rząd podłączone są do osobnych kabli. Rzędy podłączone są do kabli oznaczonych P1, P2, P3 i P4. Kolumny oznaczone są poprzez P5, P6, P7 oraz P8. Oprócz cyfr od 0 do 9 dodatkowo widoczne są litery a, b, c, d po prawej stronie panelu jak i symbole * i #.

Jak widać na powyższych schematach, matryca 4x3 umożliwia podłączenie 12 przycisków za pomocą siedmiu linii danych, a dzięki matrycy 4x4 podłączymy 16 przycisków za pomocą ośmiu linii danych.

My zajmiemy się tym drugim wariantem, czyli matrycą 4x4, którą wykorzystamy do budowy naszego zamka kodowego. Wciskając na klawiaturze dowolny przycisk, zwieramy jedną kolumnę i jeden wiersz. Przykładowo, kiedy wciskamy klawisz 0, zwieramy kolumnę P6 z wierszem P4. Jeśli z kolei chcemy ustalić, który przycisk został wciśnięty, wystarczy sprawdzić połączenia między wierszami P1‑P4 a kolumnami P5‑P8.

Budowa układu z klawiaturą matrycową

Co będzie nam potrzebne:

• klawiatura matrycowa 4x4,

• przewody połączeniowe męsko‑żeńskieprzewody połączeniowe męsko–żeńskieprzewody połączeniowe męsko‑żeńskie,

• przewody połączeniowe męsko‑męskieprzewody połączeniowe męsko–męskieprzewody połączeniowe męsko‑męskie,

• płytka Arduino Uno,

• trójkolorowa dioda RGBdioda RGBdioda RGB ze wspólną katodąwspólna katodawspólną katodą,

• dwa rezystory 1 kΩomega,

• jeden rezystor 220 Ωomega,

• kabel USB typu A‑B do podłączenia do komputera.

Na potrzeby naszego zadania użyjemy prostszej wersji klawiatury matrycowej – wygląda ona tak, jak na poniższym zdęciu.

RFx1HlTsoIPXJ

Zdjęcie przedstawia płytkę stykową z ośmioma pinami z lewej strony i 16 przyciskami umieszczonymi na płytce w siatkę.

Do pracy z Arduino Uno będziemy potrzebowali bibliotekibibliotekabiblioteki Keypad, która ułatwi nam pracę nad zamkiem.

Po pobraniu biblioteki musimy zainstalować ją w Arduino IDE. Aby to zrobić, uruchamiamy program, klikamy w zakładkę Szkic, najeżdżamy kursorem na Dołącz bibliotekę i z rozwijanej listy wybieramy Dodaj bibliotekę .ZIP...

RJw6DAijcyF7q

Zdjęcie ekranu przedstawia arduino IDE w którym widoczny jest pusty kod jak i otwarte okna dialogowe, pierwsze pojawiające się po kliknięciu "Szkic" ma zaznaczoną opcję "Dołącz bibilotekę", następnie po kliknięciu tej opcji pojawia się okno z zaznaczoną opcją "Dodaj bibiliotekę ZIP".

Następnie w oknie dialogowym szukamy naszego pliku z biblioteką, zaznaczamy go i klikamy przycisk Open.

Rk8ySBFE7O3Pv

Zdjęcie ekranu przedstawia arduino IDE, otwarte jest okno "Wybierz plik zip lub folder zawierający bibliotekę, którą chciałbyś dodać". Zaznaczony wewnątrz jest plik o nazwie "Keypad".

Po poprawnym zainstalowaniu biblioteki na pasku informacji wyświetli się napis o powodzeniu instalacji nowej biblioteki.

RMe8Nni6kKGC4

Zdjęcie ekranu przedstawia otwarte okno arduino IDE, w którym znajdują się dwie puste funkcje zwracające void: setup oraz loop.

Sprawdzamy, czy nasza biblioteka znajduje się na liście. Klikamy Szkic, najeżdżamy kursorem na Dołącz bibliotekę i szukamy na liście naszej biblioteki Keypad.

R1CQVRK5R78Yr

Zdjęcie ekranu arduino IDE z zaznaczonym przyciskiem "Szkic", z którego rozwija się okno dialogowe, następnie oznaczona jest opcja "Dołącz bibliotekę", z której oznaczona jest opcja Keypad.

Zanim przejdziemy do budowy naszego zamka, napiszemy program testowy, który będzie sprawdzał, czy i jaki przycisk został wciśnięty. W tym celu posłużymy się monitorem portu szeregowegomonitor portu szeregowegomonitorem portu szeregowego. Na początku podłączmy naszą klawiaturę do Arduino Uno, korzystając z pinów od 2 do 9. Pamiętajmy o kolejności podpięcia pinów – na tym etapie jest to bardzo ważne.

R28YomGugtMEs

Ilustracja przedstawia płytkę z przyciskami i pinami. Przyciski ułożone w siatce 4 na 4, piny zaś po lewej stronie z numeracją rozpoczynającą się na 9 a kończącą się na 2, jest zatem 8 pinów. Siatka przycisków ma następujące oznaczenia, czytane od góry rząd 1: 1, 2, 3, A. Rząd 2: 4, 5, 6, B. Rząd 3: 7, 8, 9, C. Rząd 4: *, 0, #, D.

Klawiaturę z Arduino Uno łączymy za pomocą przewodów męsko‑żeńskich.

R1R5GErwa2jNX

Zdjęcie przedstawia arduino uno połączone kablami do płytki z przyciskami.

Kiedy wszystkie przewody zostały prawidłowo podpięte, przechodzimy do programowania. Zaczynamy od dodania biblioteki.

#include <Keypad.h>

Następnie podajemy informację, z ilu wierszy i kolumn zbudowana jest nasza klawiatura.

const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;

Teraz przypisujemy poszczególne piny Arduino Uno do wierszy i kolumn.

byte rowPins[ROWS] = {5, 4, 3, 2};
byte colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9};

W tym momencie przechodzimy do stworzenia mapy naszej klawiatury za pomocą tablicy dwuwymiarowej:

char keys[ROWS][COLS] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};

Ostatnim krokiem konfiguracji jest utworzenie nowego obiektu Keypad – nazwijmy go MatrycaPrzyciskow.

W pętli setup() uruchamiamy monitor portu szeregowego.

Serial.begin (9600);

Natomiast w pętli loop() tworzymy zmienną typu char odpowiadającą za przechowywanie znaków i przypisujemy jej wartość odczytaną z klawiatury. W tym celu musimy wywołać polecenie MatrycaPrzyciskow.getKey(), a otrzymany w ten sposób znak wysyłamy za pomocą UART do komputera.

char przycisk = MatrycaPrzyciskow.getKey();
  
  if (przycisk){
    Serial.println(przycisk);
  }

Połączmy teraz Arduino z komputerem, wgrajmy nasz program i sprawdźmy w monitorze portu szeregowego czy prawidłowo podpięliśmy i przypisaliśmy wartości odpowiednim przyciskom. Po wciśnięciu wybranego klawisza powinna wyświetlić się odpowiednia wartość – ta, którą przypisaliśmy mu w naszej tablicy.

RX7r0aq7b7ktc

Zdjęcie ekranu przedstawia okno arduino IDE wraz z otwartym na wierzchu oknem COM6, wydrukowane do tego okna konsoli jest kolejno każdy symbol bądż liczba z klawiatury. Są to: 1, 2, 3, A, 4, 5, 6, B, 7, 8, 9, C, *, 0, #, D.

Jeśli znaki różnią się od tych zdeklarowanych w tablicy, należy sprawdzić podłączenie klawiatury.