В радиотехнической литературе приводилось множество различных по сложности и управлению описаний электронных кодовых замков - как на микросхемах малой и средней степени интеграции, так и на микроконтроллерах. В большинстве конструкций нельзя оперативно изменить код, так как для этого необходимо перелаять перемычки или внести другие изменения в монтаж.

Хорошая конструкция была опубликована в (1) однако микроконтроллер в ней можно перепрограммировать только определенное (небольшое) количество раз, кроме того схема потребляет в ждущем режиме ток около 1 мА, что заставляет внимательно отнестись к подбору источника питания при использовании в автономных (полевых) условиях, где невозможно применять сетевые источники питания.

Например при использовании наиболее дешевых солевых (марганец-цинковых) гальванических элементов широко распространенного формата АА (диаметром 14 мм высотой 50 мм), емкость которых - 0,45 0 65 А.ч. [2] ожидаемая гарантированная продолжительность работы составит величину 450 - 850 ч или 19 - 35 суток.

В действительности реальная продолжительность работы может быть несколько больше, так как емкость гальванического элемента зависит от тока разряда (при малых токах разряда элемент отдает большее количество электричества). Можно использовать солевые гальванические элементы больших форматов, щелочные (емкость которых для формата АА находится в пределах 1-37 А.ч.), но это утяжеляет и удорожает конструкцию, не позволяя кардинально улучшить положение.

Описываемая конструкция потребляет в ждущем режиме ток не более 40 мкА. Работа замка основана на сравнении двух двоично-десятичных кодов первый из них определяется нажимаемой кнопкой (на клавиатурном поле из десяти кнопок) второй хранится в ПЗУ.

При совпадении кодов счетчик увеличивает свои показания на единицу. При восьми совпадениях выходной одновибратор выдает импульс высокого логического уровня, вызывающий срабатывание исполнительного устройства, после чего схема возвращается а исходное состояние. Устройство выполнено на КМОП- микросхемах и - древнем ППЗУ ТТЛШ - типа, однако питание на последнее подается только на время считываний кода, что позволяет минимизировать энергопотребление. Таким образом, обеспечивается вероятность подбора кода порядка 10 в минус восьмой степени (100 000 000 комбинаций).

Для иллюстрации этой величины приведем пример. Пусть для набора одной комбинации из восьми цифр требуется 5 секунд. Тогда для перебора всех комбинаций потребуется 500 000 000 секунд или более 15 лет. При добавлении еще одной микросхемы длина кодовой последовательности увеличивается до 15 цифр, что делает подбор кода и вовсе невозможным.

Схема замка, работающего по такому принципу, показана на рис.1.

В исходном состоянии все счетчики обнулены DD2 - высоким уровнем на входе R [вывод 9), DD4 и DD9 обнуляются при включении питания - в этом случае на выходе элемента DDB 4 устанавливается уровень лог 1 на время около 70 мс, определяемое постоянной времени цепочки R16 С9.

Установить счетчики в исходное состояние можно и нажатием кнопки 311, что может понадобиться после неудачных попыток подбора кода.

Входной код генерируется с помощью микросхемы импульсного номеронабирателя D01 типа КР1008ВЖ1 и двоичного счетчика DD2.

Опишем кратко микросхему номеронабирателя и назначение ее выводов. Входы YO-Y3 (выводы 13-16), ХО-Х2 (выводы 3-5) предназначены для подключения клавиатуры, входы R1.C.R2 (выводы 7-9) -для подключения внешних времязадающих элементов внутреннего тактового генератора, вход U (вывод 1) - напряжение питания, вход OV (вывод6) - общий, вход OVS (вывод 2) - общий вывод встроенного стабилизатора (внутренний стабилизатор в данном случае не используется), вход HS (вывод 17) - вход от “рычажного переключателя” (положение трубки) вход DRS (вывод 10) - выбор частоты кодовой посылки (10 или 20 импульсов в секунду), вход M/S (вывод 11) - выбор отношения импульс/пауза (3 2 или 21), выход NSA (вы­вод 12) - выход разговорного ключа (в данном случае не используется), выход NSI (вывод 18) - выход импульсного ключа. Выходы NS! и NSA выполнены по cхеме с открытым коллектором. Более подробно микросхема описана в [3].

Частота следования посылок выбрана равной 20 импульсов/сек (вход DRS соединен с -плюсом” источника питания), отношение импульс/ пауза выбрано равным 2 1 (вход M/S соединен с "плюсом" источника питания), т.е. длительность посылки лог 0 равна 33,3 мс. лог 1 - 17,6 мс. Выход импульсного ключа через притягивающий резистор R5 соединен с -"плюсом" источника питания. При нажатии любой из кнопок на выходе импульсного ключа появляется импульсная последовательность часто­той 20 Гц с числом импульсов, соответствующим нажатой кнопке, и амплитудой, практически равной напряжению питания.

Через буферный элемент DD3.1 она поступает на вход формирователя, состоящего из элементов DD32, R3, С2. Цепочка R6. С4 служит для начальной установки микросхемы номеронабирателя при включении питания. Формирователь обладает свойствами триггера Шмитта и интегрирующей цепочки.

Им пульсы на его выходе (рис.2, эпюра Т) имеют крутые фронты независимо от крутизны входных импульсов. Кроме того, он подавляет импульсные помехи малой длительности, так как конденсатор не успевает зарядиться до порога переключения элемента DD3. 2.

С выхода формирователя импульсы поступают на детектор посылки, который собран на элементах DD3 3. VD1 R4. СЗ. Детектор посылки работает следующим образом.

Первый отрицательный импульс последовательности, проходя через диод VD1 на вход элемента DD3 3, переключает его в лог 0. В паузах между соседними импульсами последовательности конденсатор. СЗ заряжается через резистор R4, однако при этом напряжение на входе элемента DD3 3 не достигает порога переключения.

Каждый последующий импульс через диод VD1 быстро разряжает конденсатор СЗ (рис.2, эпюре 2), поэтому во время прохождения последовательности на выходе элемента DD3 3 будет лог 0. В паузах между последовательностями напряжение на конденсаторе СЗ достигает порога переключения и элемент DD3 3 переключается в лог 1.

Это произойдет приблизительно через 30 мc после окончания набора (рис.2, эпюра Э). Таким образом, во время следования импульсов при наборе любой цифры на выходе детектора посылки присутствует лог 0.

Одновременно импульсы с выхода формирователя поступают на счетный вход двоичного счетчика DD2. Счетчик DD2 подсчитывает количество импульсов, (счет ведется по положительному перепаду) и запоминает его. На его выходах при этом присутствует двоичный код количества импульсов. Этот код поступает на один из портов цифрового компаратора DD5 - на входы A1 - А4.

По окончании набора цифры положительный перепад поступает на счетный вход двоичного счетчика DD4 и устанавливает на его выходах код 0001. Этот код поступает на младшие разряды шины адреса микросхемы ПЗУ DD6. Код старших разрядов шины адреса формируется съемными перемычками (джемперами) JP1 - JP5.

Таким образом, возможны 2' = 32 кодовых комбинации. Одновременно положительный перепад поступает на вход одновибратора, состоящего из D - триггера DD7 1 и элементов С6, R13. По этому перепаду на инверсном вы­ходе триггера появляется короткий отрицательный импульс (рис.2, эпюра 5) длительностью около 10 мкс. Этот импульс поступает через ограничительный резистор R14 на базу транзистора VT1 и открывает его.

Через открытый транзистор VT1 подается питание на микросхему ПЗУ DD6, и на ее выходах D0 - D3 появляется двоичный код, содержащийся в ячейке с номером 0001. Этот код поступает на второй порт цифрового компаратора (входы В1 - В4). Происходит сравнение кода, содержащегося в ПЗУ, и кода на выходе счетчика DD2. При совпадении кодов (т. е. при наборе - правильной цифры) на выходе цифрового компаратора (вывод 3) появляется уровень лог. 1, который инвертируется элементом DD8 3. Лог 0 на выходе элемента DD8.3 поступает на инверсный вход переноса CJ двоичного счетчика DD9, разрешая счет.

На счетный вход счетчика DD9 поступает задержанный сигнал с выхода формирователя (рис.2, эпюра 4). Задержка осуществляется элементами DD8.1, DD8.2, R8, С5 и составляет величину около 4 мкс. За время задержки считываются данные из ПЗУ, происходит сравнение кодов и устанавливается низкий уровень на входе CJ счетчика DD9. При совпадении кодов счетчик DD9 увеличивает свои показания на единицу. Если коды не совпали, то на выходе цифрового компаратора присутствует уровень лог 0. на входе CJ счетчика DD9 - лог 1 (что запрещает счет), и положительный перепад на его счетном входе не вызывает изменения показаний.

С выхода инвертора DD8 2 сигнал поступает и на вход сброса R счетчика DD2. При появлении лог.1 на входе R счетчик DD2 обнуляется, после чего он готов к приему новой импульсной последовательности (следующей цифры). При наборе восьми - правильных цифр на выходе “8” счетчика D09 (вывод 2) появляется положительный перепад (рис.2, эпюра б), который поступает на одновибратор состоящий из триггера DD7 2 и элементов R17, С7.

Этот перепад запускает одновибратор, и на прямом выходе триггера появляется положительный импульс длительностью около 2 с (рис.2, эпюра 7). Этот импульс открывает составной транзистор VT2, который подключает исполнительное устройство к общему проводу. Светодиод VD3 индицирует включение исполнительного устройства.

Одновременно на инверсном выходе триггера DD7 2 появится отрицательный импульс такой же длительности (рис.2, эпюра в), из заднего фронта которого элементы С9, R20 и R2I формируют положительный импульс длительностью около 70 мкс, который через буферный элемент DD3 4 и диод VD2 поступает на входы R счетчиков DD4 и OD9, обнуляя их. Таким образом, схема устанавливается в исходное состояние и готова к приему очередной кодовой комбинации.

Конструктивно замок выполнен в виде двух модулей на печатных платах и исполнительного устройства. Первый модуль содержит клавиатуру SI S11, микросхему номеронабирателя DD1. времязадающие элементы R1, R2. С1, цепь начальной установки R6, С4, притягивающий резистор R5 и светодиод VD3. Он устанавливается с наружной стороны двери и соединен гибкими проводами с другим модулем, на котором установлены остальные детали, кроме исполнительного устройства. Исполнительное устройство представляет собой маломощный электромагнит, который не оттягивает ригель замка, а лишь снимает блокировку.

Фрагмент примера прошивки кода ПЗУ приведен в листинге 1.

Можно придумать и свои коды, только при этом надо учитывать, что набираемой цифре - 0 - (при этом микросхема DD1 выдает 10 импульсов) соответствует код А (1010) ПЗУ.

Одна строка листинга соответствует одному коду.

Собственно код начинается с адресов 01, 11, 21, 31 и т. д. заканчивается на адресах 08. 18 28 38 и т. д.

Старший полубайт ячеек памяти не используется, поэтому там можно оставить код F (в микросхеме КР556РТ5 в исходном состоянии - зашиты лог 1). Таким образом, первая строка листинга соответствует коду 23715560.

Входы неиспользуемых логических элементов соединены с “плюсом” источника питания Конденсаторы С10 - С12 - блокировочные.

Для усиления секретности замка можно увеличить число цифр кода. Достаточно выходы счетчика СЮ9 подключить к входам элемента 4И, а выход последнего подключить к счетному входу триггера DD7 2. При этом можно использовать микросхему 564ЛА8 (2 элемента 4И-НЕ), включив ее второй элемент инвертором (рис. 3).

В этом случае выходной одновибратор запускается после 15-го совпадения.

В качестве источника питания используются 4 гальванических элемента общим напряженней 6 В.

Они крепятся стальной скобой с обратной стороны второго модуля.

Работоспособность замка сохраняется при снижении напряжения питания до 4,8 В.

Разумеется, можно использовать и сетевые источники питания, а в качестве исполнительного устройства применить низковольтное реле управляющее соленоидом на напряжение 22С В оттягивающим ригель замка. Однако в случае отсутствия сетевого напряжения доступ в помещение станет невозможным.

В устройстве используются микросхемы серии 564 (DD2 - DD5, DD7 - DD9), KP1008ВЖ10 (DD1), КР556РТ5 (DD6), транзисторы КТ3107К (VT1) КТ829А (VT2), резисторы С - 2 - 22 с мощностью рассеяния 0 125 Вт, конденсаторы КМ - 5 (С1), КМ -6 (С2 - С6, С9, С11 - С12), К50 - 35 (С7, С8, С10), диоды КД521 (VD1 - VD3), диод AЛ307 (VD4). В качестве кнопок S1 - S11 можно использовать практически любые подходящие не фиксируемые. В авторском варианте использованы кнопки от клавиатуры компьютера.

В качестве съемных перемычек используются перемычки, аналогичные используемым в компьютерных платах. Благодаря этому код замка можно изменить за несколько секунд. Вместо микросхем серии 564 можно использовать микросхемы серии 561, однако, при этом увеличатся габариты второго модуля, и потребуется изменение топологии печатной платы. В качестве элементов питания лучше использовать щелочные гальванические элементы.

На рис.4 и рис. 5 приведены рисунки печатных плат соответственно первого и второго модулей. Масштаб 1:1, справа показан вид со стороны, детален слева - с обратной стороны.

Расположение элементов на этих платах изображено на рис.6 и рис.7.

В. Василенко

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. П. Редькин Модуль управления электрическим замом. - Радио - N7 2000 г.

2. Б. Михаилов Элементы питания бытовой аппаратуры - Радио - №9 2000 г.

3. Интегральные микросхемы Микросхемы для телефонии Выпуск 1 М. ДО-ДЭКА 1994.

4. Бирюков С. А. Цифровые устройства на КМОП интегральных микросхемах. - М. Радио и связь 1990г.

5. Микросхемы интегральные Серия 564. Руководство по применению ОСТ. П340.907-80

материал подготовил Ю. Замятин (UA9XPJ).