.. note::

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.. _py_pi5_password_lock:

3.1.9 Passwortsperre
================================

Einführung
-------------

In diesem Projekt verwenden wir eine Tastatur und ein LCD, um ein Kombinationsschloss zu erstellen. Das LCD zeigt eine entsprechende Aufforderung an, um Ihr Passwort auf der Tastatur einzugeben. Wenn das Passwort korrekt eingegeben wird, wird "Richtig" angezeigt.

Auf der Grundlage dieses Projekts können wir zusätzliche elektronische Komponenten wie einen Summer, eine LED usw. hinzufügen, um verschiedene experimentelle Phänomene für die Passworteingabe zu realisieren.

Benötigte Komponenten
------------------------------

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.14_password_lock_list.png
    :width: 800
    :align: center

Schaltplan
------------------

============ ======== ======== ===
T-Karte Name physisch wiringPi BCM
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
GPIO25       Pin 22   6        25
GPIO17       Pin 11   0        17
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO22       Pin 15   3        22
SPIMOSI      Pin 19   12       10
SDA1         Pin 3             
SCL1         Pin 5             
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.14_password_lock_schematic.png
   :align: center

Experimentelle Vorgehensweise
----------------------------------------------------

**Schritt 1:** Schaltung aufbauen.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.14_password_lock_circuit.png

**Schritt 2:** Verzeichnis ändern.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

**Schritt 3:** Ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo python3 3.1.9_PasswordLock_zero.py

Nachdem der Code ausgeführt wurde, wird die Tastatur verwendet, um das Passwort einzugeben: 1984. Wenn auf dem LCD1602 "Richtig" angezeigt wird, ist das Passwort korrekt eingegeben. Andernfalls wird "FALSCHE TASTE" angezeigt.

.. note::

    * Wenn der Fehler ``Datei nicht gefunden: [Errno 2] Keine solche Datei oder Verzeichnis: '/dev/i2c-1'`` auftritt, müssen Sie sich auf :ref:`i2c_config` beziehen, um I2C zu aktivieren.
    * Wenn der Fehler ``Modul nicht gefunden: Kein Modul mit dem Namen 'smbus2'`` auftritt, führen Sie bitte ``sudo apt install python3-smbus2`` aus.
    * Wenn der Fehler ``OSError: [Errno 121] Remote I/O-Fehler`` auftritt, bedeutet dies, dass das Modul falsch angeschlossen ist oder das Modul defekt ist.
    * Wenn der Code und die Verkabelung korrekt sind, das LCD jedoch immer noch keinen Inhalt anzeigt, können Sie den Potentiometer auf der Rückseite drehen, um den Kontrast zu erhöhen.


.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`

**Code**

.. note::
    Sie können den unten stehenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**. Bevor Sie dies tun, müssen Sie zum Quellcodepfad wie ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5`` gehen. Nachdem Sie den Code geändert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um die Auswirkungen zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3

   from gpiozero import DigitalOutputDevice, Button
   from time import sleep
   import LCD1602

   class Tastatur:
       def __init__(self, reihen_pins, spalten_pins, tasten):
           """
           Initialisieren der Tastatur mit festgelegten Reihen- und Spaltenpins und Tasten.
           :param reihen_pins: Liste der GPIO-Pins für die Reihen.
           :param spalten_pins: Liste der GPIO-Pins für die Spalten.
           :param tasten: Liste der Tasten in der Tastaturanordnung.
           """
           self.reihen = [DigitalOutputDevice(pin) for pin in reihen_pins]  # Einrichtung der Reihenpins
           self.spalten = [Button(pin, pull_up=False) for pin in spalten_pins]  # Einrichtung der Spaltenpins
           self.tasten = tasten  # Tastaturanordnung

       def lesen(self):
           """
           Lesen und Zurückgeben einer Liste der aktuell gedrückten Tasten.
           :return: Liste der gedrückten Tasten.
           """
           gedrueckte_tasten = []
           for i, reihe in enumerate(self.reihen):
               reihe.on()  # Aktiviere aktuelle Reihe
               for j, spalte in enumerate(self.spalten):
                   if spalte.is_pressed:
                       index = i * len(self.spalten) + j
                       gedrueckte_tasten.append(self.tasten[index])
               reihe.off()  # Deaktiviere Reihe nach Überprüfung
           return gedrueckte_tasten

   # Einrichtung der Passwortüberprüfung
   LAENGE = 4
   passwort = ['1', '9', '8', '4']  # Voreingestelltes Passwort
   testwort = ['0', '0', '0', '0']  # Speicherung der Benutzereingabe
   tasteIndex = 0  # Index für Eingabetasten

   def ueberpruefen():
       """
       Überprüfen, ob das eingegebene Passwort mit dem voreingestellten Passwort übereinstimmt.
       :return: 1 bei Übereinstimmung, 0 sonst.
       """
       for i in range(LAENGE):
           if passwort[i] != testwort[i]:
               return 0
       return 1

   def einrichten():
       """
       Einrichten der Tastatur und des LCD-Displays.
       """
       global tastatur, letzte_gedrueckte_taste
       # Pin-Konfiguration für die Tastatur
       reihen_pins = [18, 23, 24, 25]
       spalten_pins = [10, 22, 27, 17]
       tasten = ["1", "2", "3", "A",
               "4", "5", "6", "B",
               "7", "8", "9", "C",
               "*", "0", "#", "D"]

       # Tastatur und LCD initialisieren
       tastatur = Tastatur(reihen_pins, spalten_pins, tasten)
       letzte_gedrueckte_taste = []
       LCD1602.init(0x27, 1)  # LCD initialisieren
       LCD1602.clear()
       LCD1602.write(0, 0, 'WILLKOMMEN!')
       LCD1602.write(2, 1, 'Geben Sie das Passwort ein')
       sleep(2)

   def schleife():
       """
       Hauptschleife zur Handhabung der Tastatureingabe und Passwortüberprüfung.
       """
       global tasteIndex, LAENGE, tastatur, letzte_gedrueckte_taste
       while True:
           gedrueckte_tasten = tastatur.lesen()
           if gedrueckte_tasten and gedrueckte_tasten != letzte_gedrueckte_taste:
               if tasteIndex < LAENGE:
                   LCD1602.clear()
                   LCD1602.write(0, 0, "Geben Sie das Passwort ein:")
                   LCD1602.write(15 - tasteIndex, 1, gedrueckte_tasten[0])
                   testwort[tasteIndex] = gedrueckte_tasten[0]
                   tasteIndex += 1

               if tasteIndex == LAENGE:
                   if ueberpruefen() == 0:
                       LCD1602.clear()
                       LCD1602.write(3, 0, "FALSCHE TASTE!")
                       LCD1602.write(0, 1, "Bitte erneut versuchen")
                   else:
                       LCD1602.clear()
                       LCD1602.write(4, 0, "RICHTIG!")
                       LCD1602.write(2, 1, "Willkommen zurück")
                   tasteIndex = 0  # Tastenindex nach Überprüfung zurücksetzen

           letzte_gedrueckte_taste = gedrueckte_tasten
           sleep(0.1)

   try:
       einrichten()
       schleife()
   except KeyboardInterrupt:
       LCD1602.clear()  # LCD-Anzeige bei Unterbrechung löschen


**Code-Erklärung**

#. Das Skript importiert Klassen zur Verwaltung digitaler Ausgabegeräte und Tasten aus der Bibliothek gpiozero. Es importiert auch die sleep-Funktion aus dem time-Modul, um Verzögerungen in der Ausführung des Skripts zu ermöglichen. Darüber hinaus wird die Bibliothek LCD1602 importiert, um das LCD1602-Display zu steuern.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       from gpiozero import DigitalOutputDevice, Button
       from time import sleep
       import LCD1602

#. Definiert eine benutzerdefinierte Klasse zur Verwaltung der Tastatur. Sie initialisiert die Tastatur mit den angegebenen Reihen- und Spaltenpins und bietet eine Methode ``lesen``, um gedrückte Tasten zu erkennen.

   .. code-block:: python

       class Tastatur:
           def __init__(self, reihen_pins, spalten_pins, tasten):
               """
               Initialisieren der Tastatur mit festgelegten Reihen- und Spaltenpins und Tasten.
               :param reihen_pins: Liste der GPIO-Pins für die Reihen.
               :param spalten_pins: Liste der GPIO-Pins für die Spalten.
               :param tasten: Liste der Tasten in der Tastaturanordnung.
               """
               self.reihen = [DigitalOutputDevice(pin) for pin in reihen_pins]  # Einrichtung der Reihenpins
               self.spalten = [Button(pin, pull_up=False) for pin in spalten_pins]  # Einrichtung der Spaltenpins
               self.tasten = tasten  # Tastaturanordnung

           def lesen(self):
               """
               Lesen und Zurückgeben einer Liste der aktuell gedrückten Tasten.
               :return: Liste der gedrückten Tasten.
               """
               gedrueckte_tasten = []
               for i, reihe in enumerate(self.reihen):
                   reihe.on()  # Aktiviere aktuelle Reihe
                   for j, spalte in enumerate(self.spalten):
                       if spalte.is_pressed:
                           index = i * len(self.spalten) + j
                           gedrueckte_tasten.append(self.tasten[index])
                   reihe.off()  # Deaktiviere Reihe nach Überprüfung
               return gedrueckte_tasten

#. Richten Sie das Passwortüberprüfungssystem ein. ``LAENGE`` definiert die Länge des Passworts. ``passwort`` ist das voreingestellte richtige Passwort, während ``testwort`` verwendet wird, um die Eingabe des Benutzers zu speichern. ``tasteIndex`` verfolgt die aktuelle Position in der Benutzereingabe.

   .. code-block:: python

       # Einrichtung der Passwortüberprüfung
       LAENGE = 4
       passwort = ['1', '9', '8', '4']  # Voreingestelltes Passwort
       testwort = ['0', '0', '0', '0']  # Speicherung der Benutzereingabe
       tasteIndex = 0  # Index für Eingabetasten

#. Funktion zum Vergleichen des eingegebenen Passworts (``testwort``) mit dem voreingestellten Passwort (``passwort``) und zur Rückgabe des Ergebnisses.

   .. code-block:: python

       def ueberpruefen():
           """
           Überprüfen, ob das eingegebene Passwort mit dem voreingestellten Passwort übereinstimmt.
           :return: 1 bei Übereinstimmung, 0 sonst.
           """
           for i in range(LAENGE):
               if passwort[i] != testwort[i]:
                   return 0
           return 1

#. Initialisiert die Tastatur und das LCD-Display. Zeigt eine Begrüßungsnachricht und Anweisungen zum Eingeben des Passworts an.

   .. code-block:: python

       def einrichten():
           """
           Einrichten der Tastatur und des LCD-Displays.
           """
           global tastatur, letzte_gedrueckte_taste
           # Pin-Konfiguration für die Tastatur
           reihen_pins = [18, 23, 24, 25]
           spalten_pins = [10, 22, 27, 17]
           tasten = ["1", "2", "3", "A",
                   "4", "5", "6", "B",
                   "7", "8", "9", "C",
                   "*", "0", "#", "D"]

           # Tastatur und LCD initialisieren
           tastatur = Tastatur(reihen_pins, spalten_pins, tasten)
           letzte_gedrueckte_taste = []
           LCD1602.init(0x27, 1)  # LCD initialisieren
           LCD1602.clear()
           LCD1602.write(0, 0, 'WILLKOMMEN!')
           LCD1602.write(2, 1, 'Geben Sie das Passwort ein')
           sleep(2)

#. Die Hauptschleife zur Handhabung der Tastatureingabe und der Passwortüberprüfung. Sie aktualisiert das LCD-Display basierend auf dem eingegebenen Passwort und gibt Rückmeldung, ob das Passwort korrekt oder inkorrekt ist.

   .. code-block:: python

       def schleife():
           """
           Hauptschleife zur Handhabung der Tastatureingabe und Passwortüberprüfung.
           """
           global tasteIndex, LAENGE, tastatur, letzte_gedrueckte_taste
           while True:
               gedrueckte_tasten = tastatur.lesen()
               if gedrueckte_tasten and gedrueckte_tasten != letzte_gedrueckte_taste:
                   if tasteIndex < LAENGE:
                       LCD1602.clear()
                       LCD1602.write(0, 0, "Geben Sie das Passwort ein:")
                       LCD1602.write(15 - tasteIndex, 1, gedrueckte_tasten[0])
                       testwort[tasteIndex] = gedrueckte_tasten[0]
                       tasteIndex += 1

                   if tasteIndex == LAENGE:
                       if ueberpruefen() == 0:
                           LCD1602.clear()
                           LCD1602.write(3, 0, "FALSCHE TASTE!")
                           LCD1602.write(0, 1, "Bitte erneut versuchen")
                       else:
                           LCD1602.clear()
                           LCD1602.write(4, 0, "RICHTIG!")
                           LCD1602.write(2, 1, "Willkommen zurück")
                       tasteIndex = 0  # Tastenindex nach Überprüfung zurücksetzen

               letzte_gedrueckte_taste = gedrueckte_tasten
               sleep(0.1)

#. Führt die Einrichtung aus und tritt in die Hauptschleife ein. Ermöglicht ein sauberes Beenden des Programms mit einer Tastaturunterbrechung (Strg+C) und löscht das LCD-Display.

   .. code-block:: python

       try:
           einrichten()
           schleife()
       except KeyboardInterrupt:
           LCD1602.clear()  # LCD-Anzeige bei Unterbrechung löschen