Cerradura electrónica con sistema de alimentación integrado en llave

Abstract

Este proyecto pretende presentar una solución alternativa tanto para las cerraduras convencionales, como para aquellas electrónicas de reciente comercialización que, si bien suponen una mejora respecto a las primeras, no acaban de lanzar una propuesta sencilla que permita un uso generalizado.
Las cerraduras convencionales, basadas en elementos mecánicos, ofrecen una seguridad limitada que, aunque se ha incrementado mucho, empieza a ser difícil de mejorar. Por otro lado, las cerraduras electrónicas que se comercializan disponen de las mismas carencias de seguridad, ya que, o no acaban de prescindir de la cerradura mecánica o, la alternativa que ofrecen no acaba de mejorar la seguridad.
Se establece, por tanto, como objetivo principal de este proyecto, desarrollar un sistema de cierre electromecánico que consiga resolver las carencias de seguridad de los actuales sistemas. Siendo un objetivo ambicioso, se pretende poner en práctica las habilidades y capacidades desarrolladas por un estudiante de ingeniería industrial con vocación mecánica y electrónica.
Concretamente, los objetivos establecidos para el presente proyecto son los siguientes:
• Diseño y fabricación de un sistema de cierre electrónico con las siguientes características:
o Accionamiento electromecánico
o Posibilidad de instalación sobre plataformas existentes
o Diseño orientado a futuras mejoras y modularidad
o Bajo coste
• Fabricación de un prototipo funcional que permita la operación de una cerradura en condiciones de operación real.
• Programar el sistema para permitir la operación en condiciones reales, estableciendo la comunicación entre cerradura y llave y, sentando la base para desarrollos futuros.
• Dimensionar el par necesario para la operación de una puerta de seguridad mediante accionamientos electromecánicos, ofreciendo datos fiables para futuras consultas.
Se comienza el proyecto analizando el mercado y las soluciones existentes, llegando a la conclusión de la importancia de disponer de una alta fiabilidad, ya que cualquier fallo acabaría acarreando la imposibilidad de desbloquear el acceso. Con el fin de evitar esta situación pero sin renunciar a los objetivos marcados, se decide adoptar una solución donde la energía quede integrada en la propia llave, permitiendo de esta manera una operación mucho más fiable debido, por un lado, a la ausencia de una conexión a la red eléctrica, lo que evitaría la inoperatividad del sistema en caso de fallo de suministro y, por otro, el reinicio del sistema tras cada operación garantiza la eliminación de cualquier error debido a un fallo en la ejecución.
Una de las ventajas fundamentales de esta solución es que se pretende integrar en el propio sistema de cierre de la puerta, utilizando los bulones propios de esta y, por tanto, disponiendo una seguridad tan elevada como aquella sea capaz de suministrar. Para lograrlo, se ha dimensionado un sistema de cierre habitual en una puerta de alta seguridad, analizando toda una serie de parámetros que influyen en el diseño y la selección de componentes. Este análisis es uno de los aspectos claves de este proyecto, ya que no solo permite definir los parámetros necesarios para el correcto diseño del sistema, sino que también dispone dichos parámetros para su futura consulta.
Con dichos parámetros se procede a la selección de los componentes de una manera definida, es decir, no solo influyen estos parámetros, sino que la selección de unos componentes influye sobre los demás. Así, por ejemplo, la selección del accionamiento electromecánico se realiza en función del par resistivo de la puerta, pero sus parámetros de funcionamiento, tensión, potencia y energía consumida influirán de manera decisiva sobre el resto de componentes. Se hace en este caso necesario el trazado de un orden de diseño preciso que permita la selección de componentes de manera unívoca, evitando incompatibilidades o ineficiencias.
Una vez seleccionados los componentes se procede al diseño y fabricación de las diferentes placas de prototipado, considerando las conexiones y los modos de operación que serán necesarios para el correcto funcionamiento del sistema. Se fabrican dos placas, una de ellas encargada de elevar la tensión de la batería y de ejecutar el programa de apertura y cierre y, la otra, encargada de disponer la batería y el sistema de almacenamiento de clave para la correcta autentificación.
El diseño de estas placas se realiza de manera doble, ya que su operación es la que permite analizar los errores del diseño y, por tanto, facilita la mejora del sistema. Por ello, una vez analizado el funcionamiento del prototipo, se procede a la fabricación de un prototipo definitivo. Este prototipo consiste únicamente en la mejora de la tarjeta llave, facilitando la comunicación con la placa principal. Para lograr esta mejora, se procede a la fabricación mediante impresión 3D de un soporte para la introducción de la tarjeta. La conexión se produce mediante contacto superficial entre distintas superficies conductoras presentes en la parte superior de la placa llave y unos perfiles inclinados, provistos de cobre conductor en el interior del soporte.
El funcionamiento del sistema depende directamente de la programación del microprocesador situado en la placa principal. Esta programación es una parte importante del presente proyecto, y su mejora y verificación resultan fundamentales de cara a una operación satisfactoria del sistema. No obstante, con este programa no se pretende la operación de una cerradura en condiciones reales, sino la demostración de las posibilidades del sistema, así como la verificación del diseño y, en general, de todo el trabajo realizado. Este programa es mejorable de manera intencionada, ya que la programación de un sistema definitivo es un tema de gran amplitud cuyo desarrollo se debería abordar en un trabajo específico.