Pin-Eingabe mit LCD und Servomotor – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Auf einem Tastenfeld soll ein zufällig erzeugter Pin eingegeben werden. Das Programm soll diesen Pin abfragen. Wurde der Pin nach Druck auf die Taste # richtig eingegeben, wird die Meldung „korrekter Pin“ angezeigt und der Servomotor öffnet die Schranke.

So sieht es aus:

Schließe das LCD an:

⇒LCD

Normalerweise wäre eine komplexe Verkabelung zum Betrieb eines LCDs nötig. Der ⇒I2C-Bus regelt über einen eigenen Mikroprozessor die Kommunikation der Datenleitungen untereinander. Es werden deshalb nur vier Anschlüsse benötigt.

Auf der Rückseite befindet sich ein Drehpotentiometer, mit dem die Helligkeit des LCDs eingestellt wird.

Der 180° Servomotor ist ein spezieller Elektromotor, der eine 180°-Drehung ausführen und der innerhalb dieser Drehung zu einer beliebigen Position gefahren werden kann.

Benötigte Bibliotheken:

Benötigte Bauteile:

4-zeiliges LCD mit I²C-Schnittstelle
Servomotor
Tastenfeld 3×4
Leitungsdrähte

Das Tastenfeld besteht aus Reihen und Spalten, die von unten nach oben in einem ⇒zweidimensionalen Array angeordnet werden:

Baue die Schaltung auf.
(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)

Binde die Bibliotheken ein und definiere die Variablen:

#include "Adafruit_Keypad.h"
#include "Servo.h"
#include "LiquidCrystal_I2C.h"

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

// Bezeichnung des Motors
Servo Motor;

// Größe des Tastenfeldes
// 3 Spalten
const byte SPALTEN = 3;

// 4 Zeilen
const byte REIHEN = 4;

// die Ziffern/Zeichen:
// Array 3 x 4
char Tasten[REIHEN][SPALTEN] =
{
  { '#', '0', '*' },
  { '9', '8', '7' },
  { '6', '5', '4' },
  { '3', '2', '1' }
};

// die Pins für die 3 Spalten
byte SpaltenPins[SPALTEN] = { 3, 4, 5 };

// die Pins für die 4 Zeilen
byte ReihenPins[REIHEN] = { 6, 7, 8, 9 };

// TastenFeld ⇒ Name des Keypads
// -> Zuordnung der Pins zu den REIHEN und SPALTEN des Arrays
Adafruit_Keypad Tastenfeld = Adafruit_Keypad(makeKeymap(Tasten), ReihenPins, SpaltenPins, REIHEN, SPALTEN);

String Vergleich;
String Pin;

// char-Array für die eingegebenen Zeichen
char Zeichen[5];

// Position im Array Zeichen
int Position = 0;

// Position der angezeigten Spalte LCD
int PositionSpalte = 0;

// Pin des Servos
int ServoPin = 12;

#include "Adafruit_Keypad.h"

#include "Servo.h"

#include "LiquidCrystal_I2C.h"

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

// Bezeichnung des Motors

Servo Motor;

// Größe des Tastenfeldes

// 3 Spalten

const byte SPALTEN = 3;

// 4 Zeilen

const byte REIHEN = 4;

// die Ziffern/Zeichen:

// Array 3 x 4

char Tasten[REIHEN][SPALTEN] =

{

{ '#', '0', '*' },

{ '9', '8', '7' },

{ '6', '5', '4' },

{ '3', '2', '1' }

};

// die Pins für die 3 Spalten

byte SpaltenPins[SPALTEN] = { 3, 4, 5 };

// die Pins für die 4 Zeilen

byte ReihenPins[REIHEN] = { 6, 7, 8, 9 };

// TastenFeld ⇒ Name des Keypads

// -> Zuordnung der Pins zu den REIHEN und SPALTEN des Arrays

Adafruit_Keypad Tastenfeld = Adafruit_Keypad(makeKeymap(Tasten), ReihenPins, SpaltenPins, REIHEN, SPALTEN);

String Vergleich;

String Pin;

// char-Array für die eingegebenen Zeichen

char Zeichen[5];

// Position im Array Zeichen

int Position = 0;

// Position der angezeigten Spalte LCD

int PositionSpalte = 0;

// Pin des Servos

int ServoPin = 12;

Der setup-Teil:

void setup()
{
  // Pin dem Servo zuordnen
  Motor.attach(ServoPin);

  // Tastenfeld starten
  Tastenfeld.begin();

  // LCD einschalten
  lcd.init();
  lcd.backlight();

  Serial.begin(9600);

  // auf serielle Verbindung warten
  while (!Serial) { ; }
  delay(500);

  // nur beim Start anzeigen
  Serial.println("Bitte 4-stelligen Pin eingeben:");
  Serial.println("Pin-Eingabe mit # abschlie\u00dfen");
  Serial.println("Korrektur mit * ");

  // Zufallsgenerator starten
  randomSeed(analogRead(A0));

  // neuen Pin erstellen
  neuerPin();
  
  // Servo in Ausgangsposition fahren
  Motor.write(0);
}

void setup()

{

// Pin dem Servo zuordnen

Motor.attach(ServoPin);

// Tastenfeld starten

Tastenfeld.begin();

// LCD einschalten

lcd.init();

lcd.backlight();

Serial.begin(9600);

// auf serielle Verbindung warten

while (!Serial) { ; }

delay(500);

// nur beim Start anzeigen

Serial.println("Bitte 4-stelligen Pin eingeben:");

Serial.println("Pin-Eingabe mit # abschlie\u00dfen");

Serial.println("Korrektur mit * ");

// Zufallsgenerator starten

randomSeed(analogRead(A0));

// neuen Pin erstellen

neuerPin();

// Servo in Ausgangsposition fahren

Motor.write(0);

}

Der loop-Teil:

void loop()
{
  // gedrückte Taste lesen
  Tastenfeld.tick();

  while (Tastenfeld.available())
  {
    keypadEvent Taste = Tastenfeld.read();

    // wenn die Taste losgelassen wurde
    // Wert abgefragter Taste zu char umwandeln
    if (Taste.bit.EVENT == KEY_JUST_RELEASED)
    {
      lcd.setCursor(0, 0);
      lcd.print("Pin eingeben:      ");

      // Zeilen LCD löschen
      ZeileLoeschen(1);
      ZeileLoeschen(3);

      Motor.write(0);

      // eingegebenes Zeichen an der aktuellen Position speichern
      Zeichen[Position] = (char)Taste.bit.KEY;

      // Zeichen anzeigen
      Serial.print(Zeichen[Position]);

      lcd.setCursor(PositionSpalte, 2);
      lcd.print(Zeichen[Position]);

      // nächstes Zeichen -> Position erhöhen
      // Position Spalte LCD erhöhen
      Position++;
      PositionSpalte++;

      // Korrektur ASCII-Wert 42 = *
      if (Taste.bit.KEY == 42)
      {
        // char-Array Zeichen leeren
        for (int i = 0; i < sizeof(Zeichen); i++)
        {
          Zeichen[i] = NULL;
        }

        // Variablen zurücksetzen, Zeilen LCD löschen
        Position = 0;
        PositionSpalte = 0;
        ZeileLoeschen(0);
        ZeileLoeschen(2);

        Serial.println("\tKorrektur: ");
        lcd.setCursor(0, 0);

        lcd.print("Korrektur: ");
      }

      // Zeichen ASCII-Wert 35 = #
      if (Taste.bit.KEY == 35)
      {
        // char-Array in String umwandeln
        Vergleich = String(Zeichen);

        // letzte Zeichen des Strings sind 0 und # -> müssen entfernt werden
        Vergleich = Vergleich.substring(0, Vergleich.length() - 2);

        Serial.println();
        Serial.print(Vergleich);

        // Zeilen LCD löschen
        ZeileLoeschen(0);
        ZeileLoeschen(2);

        lcd.setCursor(0, 0);
        lcd.print("Pin: " + Vergleich + " ");

        // Eingabe mit Pin vergleichen
        if (Vergleich == Pin)
        {
          Serial.println("\korrekter Pin - Schranke \u00f6ffnen!");
          lcd.setCursor(0, 1);
          lcd.print("-> korrekter Pin!");
          delay(2000);
          lcd.setCursor(0, 1);
          lcd.print("Schranke \357ffnen!");
          Motor.write(90);
        }
        else
        {
          Serial.println("\tFalscher Pin - kein Zugriff");

          lcd.setCursor(0, 1);
          lcd.print("-> falscher Pin!");
        }

        // Variable zurücksetzen
        Position = 0;
        PositionSpalte = 0;

        // neuen Pin erstellen
        neuerPin();
      }
    }
  }
}

100

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void loop()

{

// gedrückte Taste lesen

Tastenfeld.tick();

while (Tastenfeld.available())

{

keypadEvent Taste = Tastenfeld.read();

// wenn die Taste losgelassen wurde

// Wert abgefragter Taste zu char umwandeln

if (Taste.bit.EVENT == KEY_JUST_RELEASED)

{

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Pin eingeben: ");

// Zeilen LCD löschen

ZeileLoeschen(1);

ZeileLoeschen(3);

Motor.write(0);

// eingegebenes Zeichen an der aktuellen Position speichern

Zeichen[Position] = (char)Taste.bit.KEY;

// Zeichen anzeigen

Serial.print(Zeichen[Position]);

lcd.setCursor(PositionSpalte, 2);

lcd.print(Zeichen[Position]);

// nächstes Zeichen -> Position erhöhen

// Position Spalte LCD erhöhen

Position++;

PositionSpalte++;

// Korrektur ASCII-Wert 42 = *

if (Taste.bit.KEY == 42)

{

// char-Array Zeichen leeren

for (int i = 0; i < sizeof(Zeichen); i++)

{

Zeichen[i] = NULL;

}

// Variablen zurücksetzen, Zeilen LCD löschen

Position = 0;

PositionSpalte = 0;

ZeileLoeschen(0);

ZeileLoeschen(2);

Serial.println("\tKorrektur: ");

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Korrektur: ");

}

// Zeichen ASCII-Wert 35 = #

if (Taste.bit.KEY == 35)

{

// char-Array in String umwandeln

Vergleich = String(Zeichen);

// letzte Zeichen des Strings sind 0 und # -> müssen entfernt werden

Vergleich = Vergleich.substring(0, Vergleich.length() - 2);

Serial.println();

Serial.print(Vergleich);

// Zeilen LCD löschen

ZeileLoeschen(0);

ZeileLoeschen(2);

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Pin: " + Vergleich + " ");

// Eingabe mit Pin vergleichen

if (Vergleich == Pin)

{

Serial.println("\korrekter Pin - Schranke \u00f6ffnen!");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("-> korrekter Pin!");

delay(2000);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Schranke \357ffnen!");

Motor.write(90);

}

else

{

Serial.println("\tFalscher Pin - kein Zugriff");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("-> falscher Pin!");

}

// Variable zurücksetzen

Position = 0;

PositionSpalte = 0;

// neuen Pin erstellen

neuerPin();

}

Die Funktion neuerPin() erzeugt einen neuen, zufälligen Pin und zeigt ihn an..

String neuerPin()
{
  // zufälligen PIN bestimmen
  Pin = "";
  Serial.println("---------------------------------------");

  for (int i = 0; i < sizeof(Zeichen) - 1; i++)
  {
    int Zahl = random(0, 10);
    Pin = Pin + String(Zahl);
  }

  // Pin anzeigen
  Serial.println("neuer Pin: " + Pin);
  lcd.setCursor(0, 3);
  lcd.print("neuer Pin: " + Pin);
  return Pin;
}

String neuerPin()

{

// zufälligen PIN bestimmen

Pin = "";

Serial.println("---------------------------------------");

for (int i = 0; i < sizeof(Zeichen) - 1; i++)

{

int Zahl = random(0, 10);

Pin = Pin + String(Zahl);

}

// Pin anzeigen

Serial.println("neuer Pin: " + Pin);

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("neuer Pin: " + Pin);

return Pin;

}

Die Funktion ZeileLoeschen() löscht einzelne Zeilen auf dem LCD.

void ZeileLoeschen(int Zeile)
{
  for (int i = 0; i < 20; i++)
  {
    lcd.setCursor(i, Zeile);

    lcd.print(" ");
  }
}

void ZeileLoeschen(int Zeile)

{

for (int i = 0; i < 20; i++)

{

lcd.setCursor(i, Zeile);

lcd.print(" ");

}

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