4x4 Matrix Keypad mit Arduino auslesen: Codeschloss & Tastenfeld selbst bauen

Wie eine Matrix-Tastatur funktioniert

Ein 4x4 Keypad hat 16 Tasten, aber nur 8 Anschlusspins – vier für die Zeilen (Rows) und vier für die Spalten (Columns). Jede Taste sitzt am Kreuzungspunkt einer Zeile und einer Spalte. Drückst du eine Taste, verbindet sie genau diese eine Zeile mit genau dieser einen Spalte.

Der Arduino nutzt das so: Er legt nacheinander jede Zeile auf ein bestimmtes Signal und prüft dann, an welcher Spalte dieses Signal ankommt. Kommt es an Spalte 2 an, während gerade Zeile 3 aktiv ist, dann wurde die Taste am Kreuzungspunkt (Zeile 3, Spalte 2) gedrückt – in der Standardbelegung ist das die 8. Dieses blitzschnelle Abfragen aller Zeilen nennt man Scannen, und die Keypad-Bibliothek erledigt es komplett für dich.

Das brauchst du

1Verkabelung

Das Keypad hat eine Reihe von 8 Pins. Von links geht es typischerweise so: die ersten vier sind die Zeilen (R1–R4), die nächsten vier die Spalten (C1–C4). Wir hängen sie an die Digitalpins D9 bis D2. Ein Vorwiderstand oder Pull-up ist nicht nötig – die Bibliothek nutzt die internen Pull-ups des Arduino.

2Erster Test: Welche Taste wurde gedrückt?

Installiere zuerst in der Arduino IDE über Werkzeuge → Bibliotheken verwalten die Bibliothek Keypad von Mark Stanley und Alexander Brevig. Danach liest dieser Sketch jede gedrückte Taste aus und schickt sie an den Seriellen Monitor (115200 Baud):

#include <Keypad.h>

const byte ZEILEN = 4;
const byte SPALTEN = 4;

// Tastenbelegung wie auf dem Keypad aufgedruckt
char tasten[ZEILEN][SPALTEN] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};

byte rowPins[ZEILEN] = {9, 8, 7, 6};   // R1..R4
byte colPins[SPALTEN] = {5, 4, 3, 2};  // C1..C4

Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(tasten), rowPins, colPins, ZEILEN, SPALTEN);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Keypad bereit - druecke eine Taste");
}

void loop() {
  char taste = keypad.getKey();
  if (taste) {              // nur wenn wirklich gedrueckt
    Serial.print("Taste: ");
    Serial.println(taste);
  }
}

Sobald jede Taste das passende Zeichen liefert, ist die Basis fertig. keypad.getKey() gibt bei jedem Loop-Durchlauf entweder das Zeichen der frisch gedrückten Taste zurück oder NO_KEY – die Bibliothek entprellt automatisch, du musst dich also nicht um flackernde Kontakte kümmern.

3Das Codeschloss: PIN prüfen

Jetzt bauen wir aus den Tastendrücken ein Schloss. Der Nutzer tippt Ziffern, mit # bestätigt er, mit * löscht er die Eingabe. Wir sammeln die Ziffern in einem String und vergleichen ihn mit dem hinterlegten Code.

#include <Keypad.h>

const byte ZEILEN = 4, SPALTEN = 4;
char tasten[ZEILEN][SPALTEN] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};
byte rowPins[ZEILEN] = {9, 8, 7, 6};
byte colPins[SPALTEN] = {5, 4, 3, 2};
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(tasten), rowPins, colPins, ZEILEN, SPALTEN);

const String GEHEIMCODE = "1234";   // hier deinen Code eintragen
String eingabe = "";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Code eingeben, mit # bestaetigen");
}

void loop() {
  char taste = keypad.getKey();
  if (!taste) return;

  if (taste == '#') {                 // bestaetigen
    if (eingabe == GEHEIMCODE) {
      Serial.println("\nZugang gewaehrt!");
    } else {
      Serial.println("\nFalscher Code!");
    }
    eingabe = "";                     // zuruecksetzen
  } else if (taste == '*') {          // loeschen
    eingabe = "";
    Serial.println("\nEingabe geloescht");
  } else {                            // Ziffer anhaengen
    eingabe += taste;
    Serial.print("*");                // Maskierung im Monitor
  }
}

4Anzeige auf dem LCD1602

Ohne PC brauchst du eine Anzeige. Das LCD1602 mit I2C-Modul braucht nur vier Kabel (VCC, GND, SDA an A4, SCL an A5). Installiere die Bibliothek LiquidCrystal_I2C. Jede eingegebene Ziffer erscheint als *, das Ergebnis als Klartext:

#include <Keypad.h>
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);   // Adresse ggf. 0x3F

const byte ZEILEN = 4, SPALTEN = 4;
char tasten[ZEILEN][SPALTEN] = {
  {'1','2','3','A'},{'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},{'*','0','#','D'}
};
byte rowPins[ZEILEN] = {9, 8, 7, 6};
byte colPins[SPALTEN] = {5, 4, 3, 2};
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(tasten), rowPins, colPins, ZEILEN, SPALTEN);

const String GEHEIMCODE = "1234";
String eingabe = "";

void zeigeStart() {
  lcd.clear();
  lcd.print("Code eingeben:");
  lcd.setCursor(0, 1);
}

void setup() {
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  zeigeStart();
}

void loop() {
  char taste = keypad.getKey();
  if (!taste) return;

  if (taste == '#') {
    lcd.clear();
    if (eingabe == GEHEIMCODE) lcd.print("Zugang OK :)");
    else                       lcd.print("Falscher Code");
    delay(2000);
    eingabe = "";
    zeigeStart();
  } else if (taste == '*') {
    eingabe = "";
    zeigeStart();
  } else {
    eingabe += taste;
    lcd.setCursor(eingabe.length() - 1, 1);
    lcd.print('*');
  }
}

Mehr zu Adressen, Kontrast und Sonderzeichen des Displays findest du im LCD1602-Tutorial. Zeigt das Display nichts, ist fast immer die I2C-Adresse falsch – prüfe sie mit einem I2C-Scanner.

5Relais schalten: der Türöffner

Damit aus dem Codeschloss ein echtes Schloss wird, schalten wir bei korrektem Code ein KY-019 Relais an D10 für zwei Sekunden. Daran hängst du einen elektrischen Türöffner, ein Schloss oder einfach eine Lampe als Signal.

#define RELAIS_PIN 10

// ... Keypad-Setup wie oben ...

void oeffne() {
  digitalWrite(RELAIS_PIN, HIGH);   // Relais zieht an
  delay(2000);                      // 2 Sekunden offen
  digitalWrite(RELAIS_PIN, LOW);    // wieder verriegeln
}

void setup() {
  pinMode(RELAIS_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAIS_PIN, LOW);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  char taste = keypad.getKey();
  if (!taste) return;

  if (taste == '#') {
    if (eingabe == GEHEIMCODE) {
      Serial.println("Geoeffnet");
      oeffne();
    } else {
      Serial.println("Abgelehnt");
    }
    eingabe = "";
  } else if (taste == '*') {
    eingabe = "";
  } else {
    eingabe += taste;
  }
}

Praxistipps für robuste Bedienfelder

Ein paar Kleinigkeiten machen aus dem Prototyp ein Gerät, das man täglich bedienen mag:

• Timeout: Setze die Eingabe automatisch zurück, wenn 10 Sekunden lang keine Taste kommt – mit millis() statt delay(), damit nichts blockiert. Wie das sauber geht, zeigt der Artikel zu millis() statt delay().
• Fehlversuche zählen: Nach drei falschen Eingaben eine Sperrzeit von 30 Sekunden – einfache, aber wirksame Bremse gegen Durchprobieren.
• Feedback: Kurzes Aufleuchten der LCD-Beleuchtung oder ein Ton bei jeder Taste macht die Bedienung angenehm.
• Code änderbar machen: Speichere den PIN im EEPROM, dann bleibt er auch nach dem Stromausfall erhalten und lässt sich per Menü ändern.

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