Entwerfen eines ausfallsicheren Schlosses mit Arduino. Fragen zu Zuverlässigkeit und Design

Was meinst du mit "ausfallsicher"?

Wollen Sie einen Ausfall öffnen, damit die Menschen bei einem Brand, der die Elektronik beschädigt, immer noch lebend herauskommen?

Möchten Sie, dass der Ausfall geschlossen wird, damit potenzielle Einbrecher, wenn sie die Elektronik mit einem Funkenfeuerzeug zerstören, immer noch nicht hineinkommen?

Sie können beides haben, wenn Sie sich für ein „Nachtschloss“ entscheiden, das immer von innen geöffnet werden kann und das Entriegeln von außen nicht geschlossen werden kann. Das geht dann aber immer von innen auf.

Alle drei, Personenschutz von innen und Zugangssperre von beiden Seiten im Fehlerfall, kann man nicht haben.

Wenn Sie einen Motor und ein Getriebe verwenden, um einen Riegel zu bewegen, lässt sich jedes Getriebe mit hoher Übersetzung nur schwer zurückdrücken. Ein Schneckengetriebe kann nicht zurückgedrückt werden, wenn der Wirkungsgrad <50 % beträgt, und Sie müssen wirklich hart arbeiten, um einen höheren Schneckenwirkungsgrad zu erreichen.

Bei einer Nachtfallentriegelung gibt es zwei Arten von Sperren. Blockieren und übertragen. Sie können beide mit einem Elektromagneten arbeiten lassen, der im stromlosen Zustand verriegelt ist. Da es den Riegel nicht wirklich bewegen muss, könnte es eine ziemlich geringe Leistung haben, so dass es für den Batteriegebrauch geeignet ist.

Ein Sperrmechanismus lässt sich am einfachsten zum Laufen bringen, ist aber auch am unsichersten. Etwas, das vom Solenoid zurückgezogen werden kann, behindert die Verbindung vom Griff zum Riegel. Dies hat den Nachteil, dass, wenn jemand genug Kraft auf den Außengriff ausübt (und er spürt, dass die Blockierung die Bewegung verhindert), irgendwann etwas kaputt geht. Wenn der Block bricht, haben sie Zugriff. Wenn etwas anderes kaputt geht, haben Sie immer noch ein kaputtes Schloss. Frühe Minis konnten geöffnet werden, indem ein 12-Zoll-Stahlrohr über den Türhebel geschoben und darauf gelehnt wurde.

Ein Übertragungsmechanismus ist besser. Der Griff bewegt sich frei, aber unwirksam, wenn er verriegelt ist, ohne Verbindung zum Riegel. Beim Entriegeln fügt der Elektromagnet das letzte Glied in die Bewegungskette ein. Das ist viel besser. Sie können die ganze Kraft gegen Vandalismus in dem einfachen Griff konzentrieren, und da der Bösewicht spüren kann, wie er sich frei bewegt, ist er nicht versucht, Gewalt anzuwenden.

Das sind alles Schlösser und Mechaniken. Wie sieht es mit der Elektronik aus? Es muss den Batteriezustand überprüfen und meckern, wenn er niedrig ist. Wie verhindern Sie, dass es von einem Funkenfeuerzeug zum Absturz gebracht wird? Watchdogs zum Meckern und Zurücksetzen und 'Crash-Guards', Sprünge zu einer 'Hilfe, ich werde gehackt'-Rettungsfunktion, die überall in Ihrer Interrupt-Vektortabelle und in allen unbenutzten Teilen Ihres Codes installiert ist. Und kein monolithischer Code, fügen Sie Sprünge über Ihre Crash-Guards ein. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Sie bei einer Beschädigung des Programmzählers bald einen Sprung zu seinem Rettungscode ausführen. Und da MCUs ziemlich billig sind, dreifache Redundanz?

Ich denke, Sie verwenden möglicherweise den falschen Mechanismus für das Schloss. Maglocks (Magnetschlösser) sind für diese Art von Anwendung in der Gebäudesicherheit weit verbreitet. Sie sind in zwei Modi erhältlich: Freigabe bei ausgeschalteter Stromversorgung (geeignet für die meisten Anwendungen) und zum Auslösen wird Strom benötigt (Gefängnisse usw.).

Abbildung 1. Maglock mit freigelegten Magnetpolen und Halter.

Ich weiß es nicht genau, aber ich vermute, dass die drei Pole in Süd-Nord-Süd (oder umgekehrt) angeordnet sind und dass die Spule gewickelt, in die schwarzen Schlitze geschoben und in Position vergossen ist. Sobald der (Elektro-) Magnet auf den Schließer trifft, wird der Magnetkreis geschlossen. Wie jeder weiß, der mit einem Hufeisenmagneten gespielt hat, ist das Öffnen der geschlossenen Schleife sehr schwierig. Ein Eingriff in diesen geschlossenen Kreislauf von außen wäre aufgrund der relativ geringen Durchlässigkeit der Luft gegenüber dem Bügeleisen sehr schwierig. Eisen ist etwa 5.000 Mal durchlässiger als Luft.

Abbildung 2. Querschnittsansicht.

Hier können wir sehen, dass bei geöffnetem Schloss die freiliegenden Flächen Pole des Elektromagneten sind. Beachten Sie auch, dass der Magnetpfad im Mittelpol doppelt so breit ist wie am oberen und unteren Pol, so dass die Flussdichte ziemlich konstant ist. Sobald sich das Schloss schließt, bildet das Flussmittel eine Schleife durch den Eisenkern.

Einige der Vorschläge hatten Möglichkeiten, die keinen Strom verbrauchten, um sie an Ort und Stelle zu halten, aber dennoch zum Entsperren benötigten.

Die "normalerweise gesperrte" Version benötigt zum Entriegeln Strom. Die Spulen haben normalerweise 12 oder 24 V, so dass der Controller mit einer kleinen Blei-Säure-Backup-Batterie betrieben werden kann. Sie müssten die Datenblätter überprüfen, um zu erfahren, wie viel Strom sie verbrauchen.