Trava Elétrica com Senha Acionada por Teclado de Membrana – Comentários sobre o Sketch!

No artigo Trava Elétrica com Senha Acionada por Teclado de Membrana apresentamos a descrição do hardware, com detalhes sobre todos os componentes envolvidos e, na parte final do texto, o sketch desse projeto. Nesse artigo serão feitos comentários sobre o sketch mencionado, com o propósito de esclarecer o leitor sobre seu funcionamento. Assim sendo, recomendamos que aproveite e siga conosco!

O sketch é iniciado com a inclusão das seguintes bibliotecas: <LiquidCrystal_I2C.h>, que trata do display LCD 16x2 com o modulo I2C, <Wire.h>,  responsável pela comunicação com protocolo I2C, <Keypad.h>, para tratar do teclado de membrana e <EEPROM.h>, para a leitura e escrita em dispositivos do tipo EEPROM.

As arrays de 4 elementos, senha[4], senha_inicial[4] e nova_senha[4] são declaradas, com elementos do tipo caracter. Para uma melhor compreensão, recomendo que você faça uma rápida leitura da tabela ASCII com a conversão de números binários, decimais, octais e hexadecimais para caracteres no link https://pt.wikipedia.org/wiki/ASCII.

Você deve ter em mente que uma array é uma coleção de variáveis do mesmo tipo, referenciada por um nome comum. Para acessar um elemento específico de uma array são utilizados índices. Deve-se ter em mente também que os elementos de uma array são armazenados de forma sequencial na memória.

Uma senha será formada por quatro caracteres digitados no teclado de membrana. A variável inteira i é um índice usado nas arrays do sketch.

Também é declarada a variável tecla do tipo caracter, que receberá os valores digitados em cada tecla do teclado de membrana. Já a variável rele se refere ao pino 10 do Arduino e tem a função de acionar o relé ligado a trava elétrica.

Note que o teclado é uma matriz de 4 linhas por 4 colunas e é definido pelo conjunto de instruções abaixo:

const byte linhas = 4; 
const byte colunas = 4; 
char TecladoMembrana[linhas][colunas] = {
{'1','2','3','A'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','C'},
{'*','0','#','D'}
};

// byte row_pins[linhas] = {A0,A1,A2,A3};
// byte column_pins[colunas] = {A4,A5,3,2};   
byte row_pins[linhas] = {9,8,7,6};
byte column_pins[colunas] = {5,4,3,2};
Keypad teclado = Keypad( makeKeymap(TecladoMembrana), row_pins, column_pins, linhas, colunas);

Essas instruções, resumidamente, dizem o seguinte: o teclado com 4 linhas (const byte linhas) e 4 colunas (const byte colunas), definido na array TecladoMembrana, será ligado ao Arduino nos pinos de linhas (byte row_pins) e nos pinos de colunas (byte column_pins), mapeado pela biblioteca <Keypad.h> e identificado pelo nome teclado.

As linhas de código byte row_pins[linhas] = {9,8,7,6} e byte column_pins[colunas] = {5,4,3,2} indicam a utilização dos pinos digitais na ligação do teclado com o Arduino. Entretanto, será perfeitamente possível utilizar os pinos analógicos, como mostrado nas linhas de código marcadas como comentário // byte row_pins[linhas] = {A0,A1,A2,A3} e // byte column_pins[colunas] = {A4,A5,3,2}. Nessa opção foram utilizados os pinos analógicos A0, A1, A2 e A3 para as linhas, e os pinos analógicos A4 e A5 para as colunas, completando ainda as colunas com os pinos digitais 3 e 2.

Na parte do setup(), o sketch mostra no display LCD a mensagem “*- Modulo -*”, na linha 0 e ”Eletronica”, na linha 1, por três segundos e em seguida apresenta a frase ”Entre a Senha”. O passo seguinte é executar a função SENHAinicial(), que grava 1234 na EEPROM do Arduino como senha inicial.

O loop() coloca nível lógico alto no pino do rele como primeira ação de controle (digitalWrite(rele, HIGH)). Isso significa que a trava elétrica ligada ao relé não está acionada com nível lógico alto e somente será acionada com nível lógico baixo. Caso seja verificado que o acionamento da trava elétrica ocorre de forma diferente, com nível lógico alto (5 Volts), basta mudar isso no sketch.

Com a instrução tecla = teclado.getKey() é feita a leitura do teclado. Evidentemente, essa linha de código teclado.getKey() será interpretada pela biblioteca <Keypad.h>. Se a tecla pressionada é # (if(tecla==’#’)), será executada a função TrocaSenha() e se qualquer outra tecla (diferente de #) é pressionada o programa prosseguirá executando as instruções seguintes.

O sketch então interroga se há uma tecla sendo pressionada (if (tecla)) e cada vez que uma tecla é pressionada a array senha[4] é montada. Quando o índice i é igual a 4 a senha digitada é comparada com a senha inicial gravada na EEPROM do Arduino (if(!(strncmp(senha, senha_inicial,4)))). Caso a senha digitada seja igual a senha inicial, será mostrado no display LCD a mensagem “Senha Aceita” e o rele será acionado por 2 segundos com nível lógico LOW (baixo). Em seguida será mostrado no display LCD por 2 segundos a mensagem ”Use # p/ mudar”  e finalmente será mostrado no display LCD  a mensagem “Entre a Senha”. No caso da senha digitada ser diferente da senha inicial, a rotina debaixo de else será executada, mantendo o relé em nível lógico alto (digitalWrite(rele, HIGH)) e informando no display LCD que a senha está incorreta. Da mesma forma o display LCD mostrará a mensagem ”Use # p/ mudar” e, em seguida, a mensagem “Entre a Senha”. Esta é, digamos, a operação básica desse projeto.

Caso o usuário decida trocar a senha, deverá pressionar a tecla #. Nesse caso, o procedimento que o sketch executa é mostrado no fluxograma da figura 1.

Figura 1: Fluxograma da função TrocaSenha()

Note que a função TrocaSenha() solicita, em primeiro lugar, que seja digitada a senha atual, que é mostrada no display LCD à medida que vai sendo digitada. O índice usado é a variável inteira j. Enquanto o j for menor do que 4 (portanto, j será 0, 1, 2 e 3) através de while(j<4), a variável key, do tipo caracter, receberá os caracteres pressionados no teclado (char key=teclado.getKey()) e a array nova_senha[] será montada com quatro elementos (nova_senha[j++]=key). Essa senha digitada, gravada na array nova_senha será comparada com a senha inicial (if((strncmp(nova_senha, senha_inicial, 4)))), para a tomada de decisão. Se essa nova senha é diferente da senha inicial, será mostrado no display LCD a mensagem “Senha Incorreta” e, em seguida, a mensagem “Tente Novamente”. Por outro lado, se as senhas forem iguais, o sketch assumirá que o usuário que deseja trocar a senha sabe a senha inicialmente gravada e, portanto, poderá trocá-la. Então, a mensagem “Nova Senha” será mostrada no display LCD, para que o usuário faça a digitação da mesma. Em seguida, enquanto o índice j for menor do que 4 (while(j<4)), a variável key receberá os caracteres pressionados no teclado (char key=teclado.getKey()) e uma nova senha_inicial[] será montada (senha_inicial[j]=key), e então, como indicado na instrução seguinte, gravada na EEPROM do Arduino (EEPROM.write(j,key)). No passo seguinte, o sketch mostrará no display LCD a mensagem “Senha Okay “, e em seguida a mensagem “Entre a Senha”, finalizando assim o loop.

A função SENHAinicial() usa uma função for() com a variável inteira j como índice, que assume os valores 0, 1, 2 e 3. A cada rodada da função for() um caracter é gravado em uma posição da memória através da instrução EEPROM.write(endereço de memória, valor gravado).

Note que a instrução é EEPROM.write(j, j+49). Quando j é igual a 0, o endereço da EEPROM será igual a 0 e o valor gravado igual a 49. Quando j é igual a 1, o endereço da EEPROM será igual a 1 e o valor gravado igual a 50. Quando j é igual a 2, o endereço da EEPROM será igual a 2 e o valor gravado igual a 51. E, finalmente, quando j é igual a 3, o endereço da EEPROM será igual a 3 e o valor gravado igual a 52. É importante perceber que os valores decimais 49, 50, 51 e 52 são os números 1, 2, 3 e 4 na tabela ASCII, usada para padronizar os códigos para caracteres alfanuméricos (letras, sinais, números e acentos).

Da mesma forma, usando uma nova função for(), a array senha_inicial tem seu valor igual aos caracteres gravados na EEPROM do Arduino (senha_inicial[j]=EEPROM.read(j)).

Note ainda que se o projeto for desligado da energia, a função SENHAinicial() será executada quando a energia for religada e, consequentemente, a senha 1234 voltará a ser a senha correta e válida para liberar a trava elétrica. Para que, ao invés disso, a última senha trocada pelo usuário seja mantida em caso de queda de energia, basta adicionar as barras de comentários na linha de código dessa função (//SENHAinicial()), que se encontra na parte de setup() do sketch. Isso feito, a última senha trocada pelo usuário e gravada na EEPROM do Arduino será a senha correta e válida, mesmo que a energia seja desligada.

Espero que esse artigo tenha ajudado você a esclarecer suas dúvidas. Bem, é isso aí. Até a próxima.