Nabouw: elektronisch codeslot

(gepubliceerd op 20-06-2017)

De schakeling maakt geen gebruik van speciale, moeilijk verkrijgbare IC's, maar van transistoren, condensatoren en dioden. U moet vijf van negen drukknoppen in de juiste volgorde indrukken om het slot te openen. Eén foute toetsdruk en het slot blijft gesloten.

Bespreking van de schakeling

Het principe van het elektronisch slot
In dit artikel wordt een elektronisch codeslot beschreven dat volgens een zeer origineel principe werkt. De schakeling maakt niet eens gebruik van IC's, maar van ordinaire transistoren en dioden! Basis van de schakeling zijn negen drukknoppen, genummerd van 1 tot en met 9. Van deze negen drukknoppen moet u er vijf in een bepaalde volgorde indrukken om het slot te activeren. De vier overigen dienen alleen om het achterhalen van de juiste code moeilijker te maken. Als u tijdens het intoetsen van de cijfercode op een van deze vier drukt, wordt het codeerproces onmiddellijk onderbroken en kunt u opnieuw beginnen. De vijf 'goede' en de vier 'slechte' druktoetsen kunt u uiteraard willekeurig verdelen over de cijfertoetsen 1 tot en met 9. Met wat soldeerwerk is het bovendien steeds mogelijk de code te veranderen. Vrienden en/of vriendinnen die uit uw gunst zijn geraakt kunt u dus op een zeer eenvoudige manier de toegang tot uw huis ontzeggen.

Extra beveiligingen
Er zijn nog twee extra beveiligingen ingebouwd om het 'kraken' van de code te voorkomen. Zelfs na het intoetsen van de juiste volgorde duurt het nog seconden alvorens het slot geactiveerd wordt. Mensen die volstrekt willekeurig op de toetsen gaan drukken in de hoop op deze manier per toeval het slot geopend te krijgen, hebben dus geen kans. Zou men toevallig de juiste code intoetsen en nadien op een andere toets drukken, dan wordt de schakeling gereset en kan men helemaal opnieuw beginnen. Bovendien moet u de vijf actieve toetsen niet alleen in de juiste volgorde indrukken, maar mag deze handeling niet te veel tijd kosten. Wacht u te lang met het indrukken van een volgende 'goede' toets, dan zal het systeem ook resetten.

Het emmertjesgeheugen als inspiratie 
Een emmertjesgeheugen is een schakeling die op dit moment totaal uit de mode is, maar twintig jaar geleden zeer populair was voor het vertragen van analoge geluidssignalen. Met een emmertjesgeheugen kon men op relatief eenvoudige manier echo- en nagalm-schakelingen opbouwen. Het principe van deze schakeling is zeer eenvoudig. De momentele waarde van het analoge signaal wordt op het ritme van een kloksignaal door middel van elektronische schakelaars opgeslagen in zeer kleine condensatoren. Bij iedere klokpuls wordt een monster van de ene naar de andere condensator overgedragen. Het is dus net alsof men het signaal in stukjes hakt en deze stukjes van het ene in het andere emmertje overgiet. Het elektronisch codeslot werkt ongeveer op dezelfde manier, kijk maar naar onderstaande figuur.

Het principe van het elektronisch codeslot. (© 2017 Jos Verstraten)

De drukschakelaars S1 tot en met S4 zijn vier van de actieve schakelaars. Deze zijn in de gewenste volgorde in serie geschakeld. Tussen twee schakelaars staat steeds een condensator. Bij het indrukken van S1 wordt de voedingsspanning +Ub aan condensator C1 aangeboden. Deze wordt onmiddellijk  door de laadstroom tot de waarde van deze spanning opgeladen. Drukt u nadien op S2, dan wordt condensator C2 parallel geschakeld aan condensator C1. De lading verdeelt zich over beide onderdelen, zodat de helft van de voedingsspanning op C2 terecht komt. Als u op vervolgens op S3 drukt zal hetzelfde proces zich herhalen en komt een vierde van de voedingsspanning op C3 te staan. Alleen als u de schakelaars in de juiste volgorde indrukt zal de voedingsspanning zich van condensator naar condensator voortplanten. De spanning wordt echter bij iedere overdracht met de helft gereduceerd! Niet getekend zijn de 'slechte' drukknoppen, die ervoor zorgen dat alle condensatoren ontladen worden, zodat de hele cyclus opnieuw doorlopen moet worden.
Het zal, na bestudering van dit principe, duidelijk zijn waarom u niet moet treuzelen met het indrukken van de toetsen in de juiste volgorde. De geladen condensatoren bewaren deze lading immers niet eeuwig! De eigen lekweerstand van deze onderdelen en de lekweerstand van de print zorgen ervoor dat de spanning vrij snel weglekt.



Het volledig schema van het elektronisch codeslot
Het volledig schema van het elektronisch codeslot is getekend in onderstaande figuur. Te klein getekend? Als u op deze figuur dubbelklikt, wordt het schema op ware grootte in dit venster voorgesteld. Met een klik op de het pijltje 'vorige pagina' komt u weer in dit artikel terecht. U herkent zonder problemen de vijf 'echte' schakelaars S1 tot en met S5 en de vijf geheugencondensatoren C1 tot en met C5. Het eerste grote verschil tussen het principe en het schema is dat iedere condensator wordt afgesloten met een emittervolger. Deze trappen zorgen ervoor dat niet de lading, maar de spanning van de condensatoren wordt overgedragen op de volgende schakel in de keten.

Het volledig schema van het elektronisch codeslot. (© 2017 Jos Verstraten)

Stel dat u schakelaar S1 even indrukt. Condensator C1 laadt nu via weerstand R1 op tot de waarde van de voedingsspanning. Deze spanning staat ook op de basis van transistor T1. Op de emitter staat dezelfde spanning minus de ongeveer 0,7 V grote basis-emitter spanning van de halfgeleider. Bij het indrukken van S2 wordt condensator C2 via weerstand R4 uit de emitterspanning geladen. Het gevolg is dat bij iedere overdracht maar ongeveer 0,7 V verloren gaat en er, bij een voedingsspanning van 18 V, toch nog ongeveer 13 V overblijft op de laatste condensator van de keten. Dat is theorie, want in de praktijk hebt u ook nog te maken met het spanningsverlies over de condensatoren door de belasting met de emittervolgers. Dat is echter geen ramp, want deze extra spanningsdaling zorgt ervoor dat de juiste code zonder enige aarzeling moet worden ingevoerd. Wacht u even tussen het indrukken van S2 en S3, dan zal condensator C2 in die tussentijd al bijna tot nul ontladen zijn en werkt het slot niet!
De vier 'valse' drukknoppen S6 tot en met S9 zijn parallel geschakeld en worden via de scheidingsdioden D1 tot en met D6 verbonden met alle condensatoren van de keten. De werking zal duidelijk zijn. Drukt u op een van deze knoppen, dan gaan de dioden geleiden en worden alle condensatoren onmiddellijk ontladen. De schakeling is gereset, de code moet helemaal opnieuw ingevoerd worden.
De laatste condensator van de keten, C5, wordt afgesloten met emittervolger T5. Als de code juist en snel is ingetoetst verschijnt op de emitterweerstand R15 van deze transistor een spanning van ongeveer 12 V. Deze weerstand wordt afgesloten met een eenvoudige passieve vertrager. De grote elco C6 zal zich via de grote weerstand R16 uit de emitterspanning van T5 gaan opladen. Na ongeveer drie seconden wordt de spanning over C6 gelijk aan 1,5 V. De darlington T6/T7 gaat dan geleiden, de relaisspoel Rel1 in de collector van T7 wordt bekrachtigd. Met de schakelaar van dit relais moet de externe schakeling gestuurd worden, die het elektrisch slot of wat er dan ook met het codeslot wordt ingeschakeld, bedient.

Impulswerking
Merk op dat de schakeling per definitie een impulswerking heeft. Na een tiental seconden zijn alle condensatoren immers weer ontladen, de darlington gaat naar sper en het relais valt af. Alweer dus een zeer noodzakelijke eigenschap van zo'n schakeling, die zonder enig extra onderdeel in de schoot valt!

De voeding voor het elektronisch codeslot
De schakeling kunt u voeden uit twee in serie geschakeld batterijtjes van 9 V. In rust verbruikt de schakeling een bijna onmeetbare stroom. Het is dus niet noodzakelijk een aan/uit schakelaar te monteren, zodat het slot altijd bedrijfsklaar is. Toch raken batterijen ooit uitgeput. Als u de schakeling gebruikt om de voordeur automatisch te openen zou het kunnen gebeuren dat u niet meer binnen komt doordat de batterijspanning te laag is om de schakeling te activeren. Echter.... Als de batterijen uitgeput raken zal de spanning op het moment dat u de schakelaars bedient gaan dalen. Het gevolg is dat de condensatoren tot een lagere spanning worden opgeladen dan eigenlijk de bedoeling is. Als u de juiste code intoetst en het slot wordt niet geactiveerd na enige seconden, dan volstaat het dezelfde code opnieuw in te toetsen. De reeds geladen condensatoren worden dan nog eens extra geladen, waardoor de onderdelen niet vanuit nul moeten laden en de condensatorspanning toch nog groot genoeg wordt om de schakeling te laten aanspreken. Wel moet u dan onmiddellijk de twee batterijen vervangen.

De bouw van de schakeling

Het printje van 8,5 cm bij 6,0 cm en de componentenopstelling voor de schakeling worden voorgesteld in onderstaande figuren. De print bevat alle onderdelen, maar uiteraard niet de schakelaars. De bedrading tussen de schakelaars en de schakelaarcontacten op de print is immers zuiver individueel en geheim, want deze bedrading bepaalt de code waarop het slot reageert.

Het printje voor het elektronisch codeslot. (© 2017 Jos Verstraten)

De componentenopstelling van de print. (© 2017 Jos Verstraten)

Het enige niet-standaard onderdeel is het relais. Uiteraard wordt daar tegenwoordig een reed-relais voor ingehuurd. Nu zijn daar een heleboel diverse uitvoeringen van in de handel. In deze schakeling is gekozen voor een vrij fors uitgevallen reedrelais van het fabrikaat ALMA, uiteraard met een spoelspanning van 18 V Het voordeel van dit onderdeel is dat de schakelaar een tamelijk grote stroom kan schakelen en dat u met dit contact zonder tussentrap de spoel van een elektrische deuropener kunt bedienen. Het is absoluut verboden een mini-DIL relais toe te passen! Deze kunnen te weinig stroom verwerken.

Het instellen van de code

De code wordt eenmalig ingesteld door de manier waarop u de negen drukknoppen verbindt met de printcontacten S1 tot en met S5 en S6 tot en met S9. Stel bijvoorbeeld dat u als code het getal '29613' wilt invoeren. U soldeert de met '2' gecodeerde toets vast aan de soldeerlipjes 'S1', toets '9' gaat naar 'S2' en zo verder. De niet gebruikte toetsen '4', '5', '7' en '8' worden parallel geschakeld en verbonden met de soldeerlipjes 'S6-9' op de print.

De externe schakelingen rond het slot

Gebruik als deuropener
Als u de schakeling wilt gebruiken voor het openen van een deur heeft u een elektrische deuropener nodig. Het bekende merk Marmitek levert er een onder de code ELDO8/12. Deze is universeel inzetbaar en moet gevoed worden met een wisselspanning tussen 8 V en 12 V. In onderstaande figuur is het wel zeer eenvoudige schema voorgesteld.


Naast een ELDO8/12 hebt u een ordinaire beltrafo nodig, die 8 V of 12 V wisselspanning levert. U sluit één uitgang van de trafo aan op één contact van de ELDO8/12. Het tweede contact van de deuropener gaat naar een van de uitgangen van de print. De tweede uitgang van de print gaat weer naar de tweede aansluiting van de beltrafo. Uiteraard met u de print voeden uit twee 9 V batterijtjes. Als u het slot activeert door het foutloos intoetsen van de juiste cijfercombinatie wordt het relais op de print voor maximaal tien seconden geactiveerd. Het schakelcontact van het relais verbindt nu de uitgangsspanning van de beltrafo met de ELDO8/12. De deur wordt voor maximaal tien seconden geopend.

Het elektrisch openen van een deur met het codeslot. (© 2017 Jos Verstraten)

Gebruiken voor het beveiligd inschakelen van een apparaat
Voor bepaalde toepassingen zult u de schakeling echter moeten uitbreiden. Zoals reeds geschreven werkt het elektronisch codeslot als momentschakelaar. Het relais wordt ten hoogste voor ongeveer tien seconden bekrachtigd en valt dan weer af. Voor het activeren van een elektromechanische deuropener is dit uiteraard ideaal. Als u echter de schakeling wilt gebruiken om bijvoorbeeld een elektrisch gevoed apparaat tegen ongeoorloofd gebruik te beveiligen, dan moet de schakeling de stroomvoorziening van dat apparaat continu ingeschakeld houden. In onderstaande figuur is een voorbeeld van een dergelijke schakeling getekend.

Deze extra schakeling is nodig als u met het slot een apparaat wilt inschakelen. (© 2017 Jos Verstraten)

Het extern relais Rel2 moet twee schakelsecties hebben. Het reed-contact van het printrelais Rel1 bekrachtigt de spoel van het externe relais. De twee schakelaars van dit relais sluiten. De linker schakelaar S1 is een zogenoemde zelfbekrachtiger. Deze neemt de functie van het reed-contact over, zodat het externe relais ingeschakeld blijft ook na het uitvallen van het reed-relais Rel1. De tweede schakelaar S2 verbindt het apparaat met het net. Het geheel is weer uit te schakelen door het openen van schakelaar S10. Uiteraard moet u de secundaire spanning van de voedingstrafo aanpassen aan de spoelspanning van Rel2.


(Bol.com sponsor advertentie)
Elektronica echt niet moeilijk 1, 2 en 3