Cerradura digital con un 4017
Este es el circuito de una llave codificada o cerradura digital construida con un solo circuito integrado, el CD4017, y sin embargo es bastante segura y fácil de construir. Para activarla hay que presionar cuatro pulsadores en el orden correcto y dentro de un tiempo límite; si alguien presiona una tecla equivocada, el sistema se reinicia. En este post te explico cómo funciona paso a paso, cómo calcular el tiempo para introducir la clave, la lista de componentes y cómo montarla.
El esquema
¿Qué es el CD4017?
El 4017 es un contador decimal Johnson de tecnología CMOS con 10 salidas (Q0 a Q9). Cada vez que recibe un pulso en su entrada de reloj (CLK, pata 14), la salida activa avanza una posición: primero está en alto Q0, luego Q1, luego Q2, y así sucesivamente. Si su entrada de reinicio (RST, pata 15) recibe un nivel alto, el contador vuelve a Q0. La entrada de habilitación (CE, pata 13) se conecta a masa para que el contador funcione siempre.
Cómo funciona la cerradura
- Estado inicial: el contador está en Q0 (pata 3) en alto.
- Primera tecla correcta (SW1): SW1 está conectado entre Q0 y la línea que, a través del diodo D2, lleva un pulso a la entrada de reloj. Al presionarlo, ese nivel alto llega al reloj y el contador avanza a Q1.
- Segunda, tercera y cuarta tecla: SW2 está conectado a Q1, SW3 a Q2 y SW4 a Q3. Cada tecla solo produce un pulso de reloj si su salida es la que está activa en ese momento. Si presionas SW3 cuando el contador está en Q1, no pasa nada, porque Q2 está en bajo.
- Clave completa: después de SW4 el contador llega a Q4 (pata 10). Esa salida, a través de R2 (1 kΩ), satura al transistor Q1 (BD139), que energiza el relé RL1. Los contactos del relé encienden la lámpara LA1 o accionan una chapa eléctrica.
- Teclas falsas: SW5 a SW9 están conectados entre +12 V y la línea de reinicio. Presionar cualquiera de ellas lleva RST a nivel alto y el contador vuelve a Q0: hay que empezar de nuevo.
Así, la clave es SW1 → SW2 → SW3 → SW4, en ese orden. Mezclando físicamente las nueve teclas en un teclado, nadie sabe cuáles son las correctas ni su orden.
El tiempo límite: la constante R4 · C1
Luego de presionar el primer dígito de la clave, tienes un tiempo limitado para terminar de introducir los demás; si no lo haces, el circuito se rearma solo. Ese tiempo lo da la constante de tiempo de R4 y C1, que junto con el transistor Q2 (2N2222A) controlan la línea de reinicio.
τ = R4 · C1 = 580 000 Ω × 0,000022 F ≈ 12,8 s
Es decir, unos 13 segundos. La descripción original hablaba de 15 segundos; la diferencia es normal, porque los condensadores electrolíticos suelen tener tolerancias de ±20 % y el tiempo exacto también depende del umbral de la entrada CMOS. Si quieres más tiempo, aumenta C1 (por ejemplo, a 33 µF da unos 19 s); si quieres menos, redúcelo.
Lista de componentes
| Referencia | Componente |
|---|---|
| IC1 | CD4017 con zócalo de 16 pines |
| Q1 | BD139 (NPN) |
| Q2 | 2N2222A (NPN) |
| R1 | 10 kΩ |
| R2, R3, R5 | 1 kΩ |
| R4 | 580 kΩ (o 560 kΩ, valor comercial más común) |
| C1 | 22 µF / 16 V electrolítico |
| C2, C3 | 100 nF |
| D1 | 1N4007 |
| D2 | 1N4148 |
| RL1 | Relé con bobina de 12 V |
| SW1 a SW9 | Pulsadores normalmente abiertos |
| B1 | Fuente o batería de 12 V |
Funciones de los componentes auxiliares
- R1 y C2 mantienen la entrada de reloj en bajo cuando no se presiona ninguna tecla y filtran rebotes de los pulsadores.
- C3 (100 nF) desacopla la alimentación del 4017; colócalo muy cerca del integrado.
- D1 protege al transistor Q1 de los picos de tensión que genera la bobina del relé al desactivarse.
- R3 asegura que Q1 se apague completamente cuando Q4 está en bajo.
Montaje paso a paso
- Suelda el zócalo del 4017, las resistencias y los diodos, respetando la polaridad de D1 y D2.
- Coloca los condensadores, cuidando la polaridad de C1.
- Suelda los transistores, identificando bien emisor, base y colector en su hoja de datos.
- Conecta el relé y el diodo D1 en paralelo con su bobina (cátodo hacia +12 V).
- Monta los nueve pulsadores en un teclado, mezclando su posición para que no sea evidente cuáles son los de la clave.
- Inserta el 4017 al final, tocando antes una superficie metálica a tierra: los integrados CMOS son sensibles a la electricidad estática.
- Prueba la secuencia y verifica que una tecla falsa reinicie el contador.
Seguridad
Si los contactos del relé van a manejar una chapa o una lámpara conectada a la red eléctrica (110–120 V), aísla muy bien esa parte, usa un relé con contactos de la capacidad adecuada y nunca trabajes en el circuito con la red conectada. Ten en cuenta también que esta cerradura es un proyecto didáctico: para proteger una puerta real se recomiendan sistemas comerciales certificados.
Solución de problemas
- El relé se activa con cualquier tecla: revisa el cableado de SW1–SW4; probablemente alguno no está conectado a su salida correspondiente.
- El contador avanza dos pasos con una sola pulsación: rebotes del pulsador. Aumenta C2 o agrega una resistencia en serie.
- El tiempo límite es muy corto o no existe: revisa C1, R4 y el transistor Q2.
- El relé no se activa al final: mide la tensión en Q4 (pata 10) y revisa Q1 y la bobina del relé.
Preguntas frecuentes
¿Puedo hacer una clave más larga?
Sí. El 4017 tiene 10 salidas: puedes usar más teclas de clave conectando pulsadores a Q4, Q5, etc., y mover el transistor del relé a la siguiente salida libre.
¿Puedo alimentarlo con 9 V?
El 4017 funciona entre 3 y 15 V, pero el relé debe ser de 9 V y los tiempos cambiarán un poco.
¿Cómo cambio la clave?
Basta con intercambiar físicamente qué pulsadores del teclado son SW1–SW4 y cuáles son falsos.
Si los transistores aún te confunden, lee el transistor NPN explicado fácil. Y para otro integrado clásico de temporización, la guía del NE555.
Conclusión
Con un solo 4017, dos transistores y un relé se construye una cerradura de clave secuencial: cada tecla correcta avanza el contador, cualquier tecla falsa lo reinicia y la red R4·C1 da unos 13 segundos para completar la secuencia. Es un proyecto excelente para aprender lógica digital aplicada. El circuito fue publicado originalmente en el sitio electronica-electronics.com, donde se ofrecía también un archivo para simularlo en Livewire.
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