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Safe mit Farbcode-Schloss

Wenn man den Zugang zu Safes, Tresoren, bestimmten Räumen, diversen Sondereinrichtungen etc. begrenzen will, kommen sehr oft codierte Schlösser zum Einsatz. Erst nach Eingabe eines vorbestimmten Zugangscodes wird der Zugang gewährt. Die Lösungspalette in dem Bereich ist äußerst vielfältig. Man kann auf unzählige Varianten von mechanischen, elektronischen oder z.B. funkgesteuerten Codeschlösser zurückgreifen.
Auf dem Gebiet sind wir bereits tätig gewesen. Hier die Adressen von Seiten, wo ein „geheimer“ Code im Vordergrund steht.

Tresor mit Zahlenschloss
Tresorschloss mit Mikrocontroller

In dem folgenden Experiment tragen die Verantwortung für das Öffnen eines Schlosses zwei Logikbausteine. Beide IC’s beinhalten jeweils vier AND-Gatter, sechs werden in dem Beispiel verwendet. Die Eingabe des Codes erfolgt mit fünf Tastern, die unterschiedliche Farben aufweisen. Mit einem Taster wird die Schaltung aktiviert. Vier weitere senden beim Betätigen Signale zu den Gattern, die nacheinander durchgeschaltet werden. Natürlich muss das Betätigen der Taster in einer vorbestimmten Reihenfolge erfolgen, sonst bleibt das Schloss geschlossen. Hat man alles richtig eingegeben, kann mit dem Ausgang des letzten Gatters der Öffnungsmechanismus aktiviert werden. Dieser wird in der Schaltung mit einer Leuchtdiode simuliert. Den beiden Logikbausteinen ist eine auf dem NE555 basierende Ausschaltverzögerungsschaltung vorgeschaltet. Das bedeutet, dass nach Aktivierung der Schaltung für die Eingabe des Codes eine begrenzte Zeit zur Verfügung steht. Nach Ablauf der Zeit schaltet sich die Schaltung wieder ab und weitere Eingaben werden nicht mehr berücksichtigt.

Logikbausteine

Für den geheimen Farbcode sind zwei Logikbausteine mit jeweils vier AND-Gattern zuständig. Jedes Gatter verfügt über zwei Eingänge und einen Ausgang. Weisen beide Eingänge ein HIGH-Potenzial auf, ist die AND-Bedingung erfüllt, das Gatter schaltet durch und setzt seinen Ausgang auf HIGH. Bei Schaltungen mit Tastern muss man darauf achten, dass alle Eingänge der Gatter zu jedem Zeitpunkt ein definiertes Potenzial aufweisen. Sonst kann es zu unerwünschten Schaltvorgängen kommen. In der Schaltung erledigen diese Aufgabe die Widerstände R3 bis R6. Wenn die Taster nicht betätigt sind und ihre Schließer-Kontakte in der Luft hängen, sorgen diese Widerstände für ein Null Potenzial an den betreffenden Eingängen (Pulldown Widerstände).

M74HC08B1

NE555

Der legendäre Alleskönner NE555 wird den beiden Logikbausteinen vorgeschaltet und managet zwei Aufgaben. Er versorgt die Logikkomponenten, sobald der erste Taster S1 betätigt wird, mit Spannung. Danach wird seine Timerfunktion, die in der Schaltung als Ausschaltverzögerung fungiert, aktiviert. Nach einer bestimmten Zeit, die mit dem Widerstand R2 und dem Kondensator C2 eingestellt werden kann, wird die Spannungsversorgung der beiden Logikbausteine wieder abgeschaltet.

NE555

Blockschema

An dem Blockschema kann man gut sehen, wie sich der Signalfluss verhält. Oben mit farbigen Kreisen steht der „geheime“ Farbcode. Damit haben wir auch die Information, welcher Taster zu welchem Zeitpunkt betätigt werden muss, damit das Schloss dann schließlich öffnet.

Um an das Geld im Safe zu kommen, müssen die Taster in richtiger Reihenfolge sieben Mal betätigt werden:

Schwarzer Taster:
Mit dem schwarzen Taster wird für Spannung gesorgt.
Roter Taster:
Es gehen zwei Signale zu AND-1 und AND-3. Bei AND-3, da AND-2 noch nicht durchgeschaltet hat, erfolgt keine Aktion. Dagegen AND-1, da jetzt beide Eingänge auf HIGH stehen, schaltet durch und geht in Selbsthaltung. Die Sperrdiode verursacht, dass nach Loslassen des Tasters kein ungewolltes Signal zu AND-3 durchkommt. Selbsthaltefunktion entsteht, wenn Ausgang mit Eingang verbunden wird. So bleibt der Eingang auch dann auf HIGH, wenn der Taster losgelassen wird.
Grüner Taster:
Auch hier gehen zwei Signale raus: zu AND-2 und AND-6. Bei AND-6 erfolgt keine Aktion. AND-2 schaltet jetzt durch und geht auf Selbsthaltung.
Roter Taster:
Wieder gehen zwei Signale raus: zu AND-1 und AND-3. Da AND-1 bereits in Selbsthaltung verharrt, erfolgt hier keine Aktion. AND-3 kann jetzt dagegen durchschalten und geht anschließend auch in Selbsthaltung. Sein Ausgang geht dann zu dem nächsten Gatter AND-4.
Gelber Taster:
Da der erste Eingang von AND-4 bereits auf HIGH steht, schaltet das Gatter mit der Betätigung des gelben Tasters durch und geht wie seine Vorgänger ebenfalls auf Selbsthaltung.
Blauer Taster:
Ähnlich wie davor. Hier schaltet durch und geht auf Selbsthaltung Gatter AND-5.
Grüner Taster:
Zum Schluss wird noch mal der grüne Taster betätigt. Das Signal zu AND-2 bleibt ohne Wirkung, da der Baustein bereits aktiv ist. Das Gatter AND-6 schaltet dagegen durch und geht ebenfalls in Selbsthaltung. Sein Ausgang kann jetzt zum Öffnen des Schlosses verwendet werden. Hier kann z.B. mit einem Transistor oder einem Relais ein elektromagnetischer Verschluss angesteuert werden.

Schaltplan

Testschaltung

Kurzvideo

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