Кодовый замок на ИК лучах

Кодовый замок на ИК лучах

Особенность предлагаемой конструкции — высокая секретность, обеспеченная программированием ключа и замка с помощью компьютера.
Разработанный автором кодовый замок обладает высокой секретностью (число кодовых комбинаций превышает два миллиарда!) и удобен в эксплуатации. Для записи кода не нужно паять перемычки или диоды, двигать переключатели. Все необходимое сделает персональный компьютер (ПК). Разработана специальная программа, с помощью которой пользователь имеет возможность по своему усмотрению изменять код в ключе. Смена кода в замке производится посредством ключа при переводе замка в режим записи кода.

Устройство собрано на доступных деталях отечественного производства. Исключение составляет лишь батарея питания. Ключ и замок полностью выполнены на КМОП микросхемах, которые в статическом режиме практически не потребляют электроэнергию.

С целью упрощения конструкции было решено отказаться от использования кварцевых генераторов, но при этом потребовалось выбрать такие принципы работы устройства, которые обеспечили бы надежный прием кодовой посылки. Для этого была предусмотрена посимвольная синхронизация каждого информационного бита. Устройство защищено от помех, вызываемых осветительными лампами.

Кодовая посылка состоит из 256 бит. Вся информация записана в ОЗУ соответствующей емкости и при формировании кодовой посылки считывается из ОЗУ. Причем лишь часть ее (64 бита) содержит информационные биты, остальная же предназначена для передачи информации о синхроимпульсах и паузах. Это также позволяет существенно упростить схему кодового ключа.

Каждый такт передачи информации (рис. 1) начинается с синхронизирующего импульса (СИ). Далее может следовать информационный импульс (ИИ). В следующих двух битах такта записаны паузы, т. е. импульсы в это время не передаются.



Приемная часть устройства (замок) переходит в режим ожидания приема ИИ по завершению принятого СИ и находится в этом режиме в течение времени, составляющем половину такта передачи. Таким образом, требования к стабильности времязадающих цепей замка и ключа совсем нежесткие. Важно, чтобы время ожидания было не меньше четверти такта и не больше его длительности. По наличию или отсутствию ИИ определяется принятый бит в переменной части кодовой посылки, который сравнивается с соответствующим битом информации, записанным в замке.

Для передачи кода используется только 31 бит из 64 возможных, поскольку этого достаточно для обеспечения более двух миллиардов комбинаций. Это тоже несколько упрощает схему замка и позволяет зарезервировать оставшуюся часть кодовой посылки для других целей. На рис. 2 показана схема кодового ключа, который может находиться в одном из трех состояний: режиме хранения, режиме формирования кодовой посылки и режиме записи кода.



Рассмотрим вначале первый из них в режиме хранения. Адаптер не подключен к разъему Х2. Кодовый ключ переходит в этот режим после генерации очередной кодовой посылки. На выходе 213 счетчика DD2 появляется высокий уровень, который останавливает процесс формирования посылки. На выходе логического элемента DD4.2 окажется низкий уровень, который запрещает работу мультивибратора, выполненного на триггере Шмитта DD1.1. На выходах 23 и 24 счетчика DD2 низкий уровень, следовательно, на выходе триггера Шмитта DD1.4 — высокий. ОЗУ DD3 не "выбрано", и его выходы находятся в высокоимпедансном состоянии.

На вывод 12 логического элемента DD4.4 через резистор R9 поступает напряжение питания, а значит, на его выходе — низкий уровень. В это время транзистор VT1 закрыт и инфракрасный светодиод ВI1 не излучает.

После нажатия на кнопку SB1 ключ переходит в режим формирования кодовой посылки. При этом на вход триггера Шмитта DD1.3 поступает кратковременный импульс низкого уровня, а на его выходе формируется импульс высокого уровня, который устанавливает счетчик DD2 в исходное состояние. На выходе 213 возникает низкий уровень, и мультивибратор на DD1.1 начинает работать. На вход С счетчика DD2 поступает серия импульсов.

Логический элемент DD4.1 и триггер Шмитта DD1.4 предназначены для формирования импульсов выборки ОЗУ DD3. Поскольку на входе WE ОЗУ DD3 низкий уровень, ОЗУ находится в режиме чтения. Если в процессе работы из ОЗУ считана единица (на инверсном выходе 14 — лог. 0), на выходе логического элемента DD4.4 будет высокий уровень, транзистор VT1 откроется и потечет ток через ИК светодиод ВI1.

Работа устройства в режиме формирования кодовой посылки продолжится до тех пор, пока не закончится полный цикл считывания ОЗУ, после чего на выходе 213 счетчика появится высокий уровень и ключ перейдет в режим хранения информации.

В процессе работы кодового ключа генерируются весьма мощные токовые импульсы (около 100 мА), поэтому напряжение на элементе питания может изменяться. Диод VD1 разделяет силовую и логическую части, обеспечивая стабилизацию напряжения на микросхемах с целью поддержания временных интервалов в норме. Дальность действия кодового ключа — 20...30 см.

В режим записи информации кодовый ключ переходит при подключении к разъему Х2 адаптера с целью перезаписи кода. Дальнейшая работа ключа происходит под внешним управлением со стороны ПК в соответствии с его программным обеспечением (ПО). В этом режиме производятся запись информации в ОЗУ ключа и проверка правильности записи.

На рис. 3 показана схема адаптера, который обеспечивает сопряжение ПК с кодовым ключом для перезаписи информации в нем. Адаптер состоит из пяти транзисторных инверторов, которые согласуют уровни сигналов порта ПК и кодового ключа. Транзисторы VT1— VT4 предназначены для передачи сигналов от ПК к кодовому ключу, а транзистор VT5 — от кодового ключа к ПК. Разъем Х1 предназначен для подключения кодового ключа, а Х2 — для ПК. Указано общепринятое обозначение номеров выводов цепей параллельного (LPT) порта.



На рис. 4 показана схема фотоприемника. Его назначение — преобразование ИК посылки в электрические импульсы. Приемник конструктивно выполнен в виде отдельного блока с целью обеспечения возможности выноса его на некоторое расстояние от самого замка.



R1C1 — фильтр низких частот, имеющий частоту среза около 100 Гц. Поэтому колебания выходного напряжения, вызванные переменным световым потоком от сетевых осветительных приборов, в значительной степени подавляются. В исходном состоянии на фотодиоде максимально возможное напряжение — около 8 В. При этом емкость перехода фотодиода минимальна. Это важно, поскольку при большой емкости слабые токовые импульсы могут интегрироваться, что уменьшает чувствительность приемника.

Кодовый замок (рис. 5) может находиться или в режиме приема и анализа кодовой посылки, или в режиме записи кода.



Как отмечалось выше, запись кода в замок производится от кодового ключа. С этой целью кодовый замок переводят в режим записи кода подачей низкого уровня на вход "Запись", например, с помощью кнопки. Если в этом режиме на вход замка (вывод 2 разъема Х1 "Вых. Приемника") поступит кодовая посылка, то в ОЗУ (DD8) будет записан соответствующий код. После этого замок перейдет в режим приема.

При переводе замка в режим записи происходит сброс триггера микросхемы DD5 с выходом 2 и на его выходе появляется низкий уровень. Во время приема кодовой посылки на триггер DD1.1 поступают импульсы. Первый принятый импульс вызывает срабатывание ждущего мультивибратора (логический элемент DD2.3 и триггер Шмитта DD1.4). На выходе DD1.4 возникает импульс низкого уровня длительностью около 50 мс, при этом адресный счетчик DD7 подготавливается к работе.

Узел, выполненный на триггерах DD3.1, DD1.2, DD1.3 и логических элементах микросхемы DD4, выполняет функции селекции синхросигналов и информационных импульсов, а также формирует необходимые сигналы для записи информации в ОЗУ DD8. Состояние триггера DD3.1 определяет, на каком из логических элементов DD4.3 или DD4.4 будет выделяться импульс из принятой кодовой посылки. На выходе DD4.4 выделяются только синхроимпульсы, а на выходе DD4.3 — информационные импульсы. Триггер Шмитта DD1.3 предназначен для формирования импульсов записи в ОЗУ. Эти импульсы поступают на вход элемента DD9.2, с выхода которого импульсы записи поступают на вход WE ОЗУ DD8. На выходе 1 триггера DD5 формируются сигналы выборки ОЗУ.

В исходном состоянии до приема первого импульса кодовой посылки триггер DD3.1 находится в сброшенном состоянии (на прямом его выходе низкий уровень). На выходе триггера DD1.2 при этом высокий уровень, на выходе элемента DD4.1 — низкий, и на выходе DD4.2 тоже низкий, поскольку на его вход поступает высокий уровень с инверсного выхода триггера DD3.1.

Первый принятый импульс, как и все последующие синхроимпульсы, будет выделен элементом DD4.4. С его выхода импульс поступит на вход R2 триггера DD5 (произойдет очистка триггера, в который записывается принятый ИИ), а также на вход адресного счетчика DD7 (при этом произойдет переключение адреса ОЗУ).

По завершению действия СИ в триггер DD3.1 будет записана лог. 1. Таким образом, элемент DD4.3 окажется подготовленным для выделения ИИ. Ждущий мультивибратор DD1.2 сформирует импульс, длительность которого зависит от номиналов конденсатора С1 и резистора R3. Длительность этого импульса определяет цикл приема ИИ. В результате триггер микросхемы DD5 с выходом будет сброшен, следовательно, ОЗУ — выбрано (к этому времени смена адресов уже произойдет).

Если за время действия импульса ждущего мультивибратора DD1.2 поступит ИИ, то на выходе 2 микросхемы DD5 появится высокий уровень (а в противном случае — низкий). По завершению действия импульса ждущего мультивибратора на выходе DD1.2 возникнет низкий уровень, следовательно, на выходе DD4.2 — высокий. Таким образом, триггер DD3.1 будет сброшен, и устройство готово к приему следующего СИ.

Как только импульс ждущего мультивибратора завершится, на выходе триггера DD1.3 возникнет кратковременный импульс, который сформирует импульс записи. При этом в ОЗУ будет записана информация (в зависимости от наличия или отсутствия ИИ) по соответствующему адресу. Импульс с выхода DD1.3 поступит также на вход С триггера DD3.2, в который при этом запишется единица. Сигнал с выхода триггера DD3.2 поступит на вход S1 триггера DD5, и на выходе 1 появится высокий уровень. ОЗУ окажется в "невыбранном" состоянии. В этом случае произойдет переключение адресов после приема следующего СИ.

После окончания цикла записи на выходе 2 счетчика DD7.2 возникает высокий уровень. На выходе 3 микросхемы DD5 тоже появляется высокий уровень. Устройство переходит в режим приема и анализа кодовой посылки.

Работа в режиме приема во многом аналогична. Отличие состоит лишь в том, что на выходе 3 DD5 присутствует высокий уровень, а значит, на выходе элемента DD9.2 постоянно низкий уровень. Таким образом, ОЗУ DD8 все время находится в режиме чтения.

Каждый принятый бит кода сравнивается с битом из ОЗУ. Эту функцию выполняет элемент DD6.2, на один вход которого поступает сигнал с инверсного выхода ОЗУ, а на другой — с выхода 2 триггера микросхемы DD5, в который записывается текущее состояние принятого информационного бита. Если информация не соответствует этому биту, то на выходе элемента DD6.2 возникает низкий уровень. А если это произойдет, то при формировании импульса на выходе триггера DD1.3 сформируется также импульс на выходе элемента DD9.1, который выполнит сброс триггера микросхемы DD5 с выходом 4. В исходном состоянии до начала приема кодовой посылки на выходе этого триггера высокий уровень. Таким образом, если есть несоответствие хотя бы в одном бите, на выходе 4 триггера DD5 появится низкий уровень.

По завершению цикла приема на выходе 2 счетчика DD7.2 возникает высокий уровень. В случае совпадения кодов на выходе элемента DD2.2 формируется импульс, в противном случае его не будет. Этот выходной импульс можно использовать для управления исполнительным устройством, которое подаст питание на соленоид замка.

Некоторые рекомендации по подбору и замене элементов. Главное требование — все конденсаторы должны иметь минимальный ток утечки, в первую очередь это относится к оксидным конденсаторам. От суммарного тока потребления устройства (в том числе утечек конденсаторов) в режиме хранения зависит, как долго прослужит батарея питания в ключе. Следует также отметить, что малый ток утечки желателен для обеспечения смены батареи без разрушения информации. На практике информация в ОЗУ ключа сохранялась в течение нескольких минут при отключенной батарее.

В устройстве возможно применение микросхем серии К176. Диод VD1 (см. рис. 2) обязательно импульсный, в противном случае работа силовой части ключа может оказать влияние на логическую часть. Транзистор VT1 должен иметь коэффициент передачи тока не менее 100, а его максимальный импульсный ток — не менее 100 мА.

В случае замены транзисторов в приемнике кодовой посылки (см. рис. 4) следует иметь в виду, что транзисторы VT1 и VT2 должны иметь минимальные паразитные емкости, иначе чувствительность приемника может снизиться.

Рекомендуется резистор R11 (см. рис. 2) переставить в цепь коллектора транзистора VT1, а резистор R10 включить между выходом элемента DD4.4 и базой VT1. Резистор R10 при этом должен иметь сопротивление 1...2 кОм. Транзистор VT1 желательно заменить на КТ972 с любым буквенным индексом.

Представленный автором вариант программного обеспечения для записи кода в ключ вы можете скачать .

В связи с тем, что данный вариант программного обеспечения некоммерческий и предназначен для свободного распространения, он предусматривает сокращенные функции. В частности, код пароля имеет уменьшенную длину - 15 бит.

В. АЛЕКСАНДРОВ, г. Петрозаводск
Радио 04-05-2001






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.