Integrantes
-Jorge Armando Miranda.
-Fernando Ramos.
-Juan Gonzalez Montoya.
Descripción
En este proyecto se busca implementar un teclado matricial 4x4 a una tarjeta FPGA Nexys 2 con el fin de elaborar una cerradura electrónica.
Dicha cerradura contara con un límite de intentos erróneos (3) para abrirse. Si en estos intentos la cerradura no se abre esta emitirá un sonido con un buzzer y se bloqueara alrededor de 3 a 5 minutos, tiempo en el cual no se podrá volver a introducir el patrón numérico de desbloqueo.
Este patrón o contraseña, tendrá la posibilidad de ser modificada cuantas veces el usuario quiera.
Objetivos
- Implementar un sistema de seguridad para cerraduras controlado por medio de combinaciones numéricas.
- Diseñar un algoritmo implementando máquinas de estado sobre una tarjeta FPGA.
- Bloquear la cerradura cuando se introduzca un patrón fallido 3 veces seguidas. Activando un buzzer para que alerte a las personas alrededor.
Alcances
Ser un sistema flexible de seguridad, es decir, que pueda ser implementado a diferentes escalas, las cuales van desde la puerta de entrada de una casa o de un local hasta el sistema de seguridad de una empresa o entidad de gran flujo de dinero.
Limitaciones
- El sistema dependerá de una fuente de energía constante, si por algún motivo se corta la alimentación el sistema se bloqueara, impidiendo la apertura o cerrado de la cerradura.
- Se necesitara un sistema dependiente de la tarjeta, el cual estará encargado del control del motor que moverá el cerrojo.
- Las combinaciones pueden ir desde el 0000 hasta el 9999, cualquier combinación es aceptada, siempre y cuando esta sea de 4 dígitos
Diseño
La cerradura va a constar de 4 partes fundamentales:
- Teclado matricial
- Nexys 2
- Buzzer o alarma
- Cerradura
.
Teclado matricial
Para la ejecución de este proyecto, se debe hacer uso de un teclado para la introducción de los datos, el equipo de trabajo
opto por usar un teclado matricial 4x4, para poder usar este periférico de forma eficiente también se tomó la decisión de
usar un integrado MM74c922 (Circuito integrado decodificador de teclados 4x4) este hace menos complejo el proceso la
recolección de datos ya que con la ausencia de este se habría necesitado un módulo más en verilog para la decodificación
de los datos registrados por el teclado, el integrado nos da la facilidad de obtener directamente el numero presionado en binarios.
Integrado MM74c922:
Conexión Matriz — 74c922
Conexión Teclado — Nexys 2
Para la conexión entre la el teclado, el integrado y el controlador (Nexys 2) se conectaron Jumpers desde la salida de los datos en
el integrado(DATA OUT A, B, C, D) a un puerto Pmod en la Nexys 2 estos sirven tanto como para entrada de datos como para la
salida de los mismos.
Nexys 2
Para este proyecto, tal y como se han venido desarrollando en los laboratorios de clase se implementarán los códigos en una Nexys—2, pero en este caso se usarán, sus puertos de Pmod, los cuales se adecuarán para el control, de un puente H, un buzzer y la entrada de cuadro bits desde un teclado matricial
Buzzer o alarma
La alarma se activará cuando el patrón sea erróneo con un tono por corto tiempo, al pasar las 3 equivocaciones el todo será extenso. todo esto con el fin de dar una alerta a las personas que estén al rededor.
Cerradura
La cerradura se abrirá cuando la contraseña sea introducida con éxito, así mismo se cerrara anotando nuevamente en código.
Máquinas de estado y funcionamiento
RTL
Control
Este módulo se encarga de comparar las entradas con la contraseña de los sistemas, en el caso de que sean correctas, el sistema espera por una de dos entradas, una para configurar la nueva contraseña o para abrir la puerta. Por otro lado, si la entrada es incorrecta envía un pulso de error.
MAQUINAS DE ESTADOS
CODIGO
module Control(clk,Bloq,Cl1,Cl2,Cl3,Cl4,Cont1,Cont2,Cont3,Cont4, Entrada,Set,Abrir, Error, Paso, setCont
);
input [0:3] Cl1;
input [0:3] Cl2;
input [0:3] Cl3;
input [0:3] Cl4;
input [0:3] Cont1;
input [0:3] Cont2;
input [0:3] Cont3;
input [0:3] Cont4;
input Abrir;
input Entrada;
input Set;
input clk;
input Bloq;
output reg Error=0;
output reg Paso=0;
output reg setCont=0;
reg [3:0] actual;
reg [3:0] next;
parameter start = 0,Paso1=1,Paso2=2,Paso3=3,Paso4=4,Err=5, Conf=6;
always @(Entrada,actual,clk,Set, Cl1, Cont1, Cl2, Cont2, Cl3, Cont3, Cl4, Cont4, Abrir, Bloq) begin
case (actual)
start : begin
if(Entrada==1 & Set==0 & Bloq==0 )next = Paso1;
else if (Bloq==1) next = start;
else if(Entrada==0)begin
Error=0;
if (Abrir==1) begin
Paso=Paso;
end
else Paso=0;
if(Set==1)begin
setCont=setCont;
end
else setCont=0;
next=start;
end
else next = start;
end
Paso1: begin
if (Cl1==Cont1) next = Paso2;
else if(Cl1 != Cont1) next = Err;
else next = Paso1;
end
Paso2: begin
if (Cl2==Cont2) next = Paso3;
else if (Cl2 != Cont2) next = Err;
else next= Paso2;
end
Paso3: begin
if(Cl3==Cont3) next = Paso4;
else if(Cl3!=Cont3) next = Err;
else next= Paso3;
end
Paso4: begin
if (Cl4==Cont4)next = Conf;
else if (Cl4!=Cont4) next = Err;
else next=Paso4;
end
Err: begin
Error = 1;
Paso = 0;
setCont=0;
next = start;
end
Conf: begin
if(Entrada==0 & Set==1 & Abrir==0) begin
setCont=1;
Error = 0;
Paso = 0;
next=start;
end
else if(Entrada == 0 & Abrir ==1 & Set==0)begin
Paso=1;
Error = 0;
setCont=0;
next = start;
end
else next = Conf;
end
default: begin
Error = 0;
Paso = 0;
setCont=0;
next = start;
end
endcase
end
always@(clk) begin
actual=next;
end
endmodule
SIMULACIÓN
PASO
BLOQUEO
ERROR
Contraseña
El módulo de contraseña, guarda como claves o contraseñas la entrada que reciba del teclado externo, dependiendo del pulso que reciba, ya sea de entrada o de permiso. Estas salidas van directamente conectadas al módulo de control.
MAQUINA DE ESTADOS
CODIGO
module Asignacion(Ingresar,Permiso,clk,En1,En2,En3,En4,Cont1,Cont2,Cont3,Cont4,Cl1,Cl2,Cl3,Cl4
);
input Ingresar;
input Permiso;
input clk;
input [0:3] En1;
input [0:3] En2;
input [0:3] En3;
input [0:3] En4;
output reg [0:3] Cl1=0;
output reg [0:3] Cl2=0;
output reg [0:3] Cl3=0;
output reg [0:3] Cl4=0;
output reg [0:3] Cont1=0;
output reg [0:3] Cont2=0;
output reg [0:3] Cont3=0;
output reg [0:3] Cont4=0;
reg [3:0] actual;
reg [3:0] next;
parameter start=0,ent=1,espera=2,cont=3;
always @(posedge clk) begin
case (actual)
start: begin
if(Ingresar == 1 && Permiso == 0) next = ent;
else if (Permiso == 1) next = cont;
else next = start;
end
ent: begin
Cl1= En1;
Cl2= En2;
Cl3= En3;
Cl4= En4;
next = start;
end
espera: begin
if (Ingresar==1) next = cont;
else next=espera;
end
cont : begin
Cont1=En1;
Cont2=En2;
Cont3=En3;
Cont4=En4;
next = start;
end
default: begin
next = start;
end
endcase
end
always@(posedge clk) begin
actual=next;
end
endmodule
SIMULACIÓN
Conteo
El módulo de conteo, se encarga de recibir los pulsos de error del módulo de control y va enviando pulso temporizados a medida que los recibe, si recibe tres pulsos de error seguidos enviara un pulso mucha más largo y enviara un pulso de bloqueo al módulo de control
MAQUINAS DE ESTADO
CODIGO
module error1(input clk, input error, output reg AlarmaL=0, output reg AlarmaS=0, input Tlong, input Tshort, output reg bloqueo=0
);
reg [0:1] cont=0;
reg [0:2] next=0;
reg [0:2] actual=0;
parameter start=0, conteo=1, espera=2, TimeL=3, TimeS=4;
always @ (clk) begin
case(actual)
start: begin
if (error==1) next=conteo;
else next=espera;
end
conteo: begin
// cont= cont+1;
if (cont<2)begin
AlarmaS=1;
cont=cont+1;
end
else if(cont>=2) begin
AlarmaL=1;
bloqueo=1;
cont=0;
end
next=start;
end
espera: begin
if (Tshort==1 & Tlong==0)begin
AlarmaS=0;
next=start;
end
else if(Tlong==1 & Tshort==0) begin
AlarmaL=0;
bloqueo=0;
next=start;
end
else next=start;
end
default : begin
AlarmaL=AlarmaL;
AlarmaS=AlarmaS;
bloqueo=bloqueo;
next=start;
end
endcase
end
always @(clk)begin
actual = next;
end
endmodule
SIMULACIÓN
Entradas
Este módulo de entrada recibe los registros del teclado externo y los ordena a medida que van entrando, asignando cada uno a un registro diferente.
MAQUINA DE ESTADOS
CODIGO
module Entradas(clk,Entrada,Pulso, Entrada0,Entrada1,Entrada2,Entrada3
);
input Pulso,clk;
input [0:3] Entrada;
output reg[0:3] Entrada0=0;
output reg[0:3] Entrada1=0;
output reg[0:3] Entrada2=0;
output reg[0:3] Entrada3=0;
reg [0:2] next=0;
reg [0:2] actual=0;
always @(negedge Pulso)begin
case(actual)
0: begin
Entrada0=Entrada;
next=1;
end
1: begin
Entrada1=Entrada;
next=2;
end
2: begin
Entrada2=Entrada;
next=3;
end
3: begin
Entrada3=Entrada;
next=0;
end
endcase
end
always @(clk) begin
actual=next;
end
endmodule