AVT578 - Zamek elektroniczny na karty chipowe.pdf - AVT - abcom7572

P R O J E K T Y

Zamek elektroniczny na

karty chipowe

AVT-578

Każdy z nas czuje się

pewniej, gdy jego skarby

znajdują się w bezpiecznym,

dobrze chronionym miejscu.

Może to być schowek

za obrazem w ścianie

z mechanicznym zamkiem

szyfrowym, może być metalowa

szkatułka zamykana solidnym

kluczem lub nawet mała

szafa pancerna, jaką można

kupić w Castoramie. My,

majsterkowicze, zrobimy jednak

zabezpieczenie samodzielnie.

Prosto i dość skutecznie.

Rekomendacje : prezentowane

urządzenie stanowi skuteczną

metodę ograniczania dostępu

do wskazanych urządzeń

lub pomieszczeń osobom

niepowołanym. Jako identyi kator

osoby uprawnionej zastosowano

coraz bardziej popularne karty

chipowe.

W opisywanym poniżej zamku

elektronicznym do otwierania rygla

wykorzystywane są karty chipowe.

Nie są to specjalistyczne karty,

lecz powszechnie stosowane kar-

ty dostępu do usług bankowych,

karty operatorów telefonii komór-

kowej, karty dostępu do telewizji

płatnej lub karty otrzymywane

w różnych programach zbierania

punktów oraz inne zgodne ze

standardem ISO7816. Większość

stosowanych obecnie kart spełnia

wymogi tego standardu. Wygląd

oraz opis wyprowadzeń typo-

wej karty jest przedstawiony na

rys . 1 . Jak widać, do komunikacji

wykorzystywane są trzy wyprowa-

dzenia oraz dwa wyprowadzenia

zasilania. Do pracy układu zawar-

tego w karcie chipowej niezbędne

jest dostarczenie sygnału zegarowe-

go do wejścia CLK (niektóre karty

posiadają wewnętrzny generator

sygnału zegarowego, jednak zdecy-

dowana większość korzysta z ze-

gara zewnętrznego). Częstotliwość

tego sygnału powinna mieścić się

w zakresie 1...5 MHz. Od war-

tości częstotliwości sygnału zega-

rowego uzależniona jest prędkość

komunikacji z kartą, prędkość ta

wynika z zależności (Fio=Fosc/

372). Dane wysyłane i odbierane

są poprzez linię I/O, a transmisja

przebiega w sposób asynchronicz-

ny z jednym bitem startu i bitem

parzystości. Aby uzyskać jedną

z typowych prędkości standardu

RS232 (co umożliwia odczyt karty,

na przykład za pomocą kompute-

ra), w generatorze stosuje się re-

zonator kwarcowy o częstotliwości

równej 3,597545 MHz, w ten spo-

sób uzyskuje się prędkość trans-

misji równą 9600 bd. Linia CLR

służy do zerowania karty. Linie

Vcc i GND służą do zasilania

układu zawartego w karcie.

Identyi kacja danej karty polega

na odczycie danych ATR (ang.

Answer To Reset ). Dane te są

wysyłane przez kartę po jej wy-

zerowaniu. Wysyłany pakiet może

składać się z maksymalnie 33

znaków i jest identyi katorem da-

nej karty. Struktura ramki danych

ATR jest przedstawiona na tab . 1 .

Tab. 1. Struktura ramki danych ATR

Nazwa TS T0 Typ interfejsu Znaki historyczne Kontrolny (TCK)

Liczba

bajtów

0...15

Elektronika Praktyczna 6/2004

1 1 0...15

Zamek elektroniczny na karty chipowe

Powyższy opis został stwo-

rzony na podstawie danych

z książki: „Karta elektro-

niczna, bezpieczny nośnik

informacji”, autorzy: Marian

Molski, Monika Glinkowska

(rozdział 5, str. 70).

Funkcje poszczególnych bajtów

są następujące:

TS – znak początkowy – określa

parametry bitów „1” i „0” oraz

wskazuje bit najbardziej(MSB)

i najmniej (LSB)znaczący

T0 – znak formatu – wskazuje

liczbę znaków historycznych

i obecność znaków typu in-

terfejsu

Typ interfejsu (ang. interface

characters ) – określa typ i para-

metry protokołu komunikacyjnego

Znaki historyczne – zawierają

informacje o typie układu, wiel-

kości pamięci, wersji oprogramo-

wania itp.

TCK – bajt kontrolny

Struktura ramki może różnić

się w zależności od rodzaju karty

i poszczególne bajty mogą wystę-

pować lub nie, jednak znaki TS

i T0 są obowiązkowe.

Przedstawiony układ zamka po

włożeniu karty do czytnika wy-

musza zerowanie, a następnie od-

czytuje dane wysyłane przez kartę

i porównuje je z wzorcem zapisa-

nym w pamięci mikrokontrolera.

Odczyt samych danych ATR ma

Rys. 1. Wygląd oraz opis wyprowadzeń karty chipowej

pewne ograniczenie, gdyż nie jest

on unikatowy dla każdej karty

i może się zdarzyć, że takie same

karty, pochodzące z tej samej se-

rii i od tego samego producenta,

będą miały taką samą strukturę

danych ATR. Dlatego przedstawio-

ny zamek należy stosować jedynie

w amatorskich zastosowaniach.

Jako wyjście zamka elektro-

nicznego został zastosowany prze-

kaźnik o obciążalności styków

równej 2 A(2x1 A). Sterowanie

przekaźnikiem może odbywać się

na cztery sposoby, w zależno-

ści od indywidualnych potrzeb.

Po włożeniu uprawnionej karty

przekaźnik może zostać załączo-

ny do momentu jej wyciągnięcia

z czytnika, do chwili wyłączenia

zasilania, na czas 10 sekund lub

zmieniać stan na przeciwny po

każdorazowym włożeniu karty.

Budowa

Schemat elektryczny zamka

jest przedstawiony na rys . 2.

Głównym elementem jest pro-

cesor PIC16F819, zawierający

w swojej strukturze wszystkie

niezbędne elementy wymagane do

sterowania układem zamka. Wybór

mikrokontrolera był podyktowa-

ny znaczną ilością wewnętrznej

Rys. 3. Schemat elektryczny zamka

Elektronika Praktyczna 6/2004

Zamek elektroniczny na karty chipowe

pamięci EEPROM. 256 B dostęp-

nych w tym układzie pozwala na

zapamiętanie maksymalnie siedmiu

kart. Układ zawiera jeszcze wiele

wewnętrznych modułów typowych

dla mikrokontrolerów irmy Micro-

chip, które nie są jednak wykorzy-

stywane. Na uwagę zasługuje we-

wnętrzny układ generatora sygna-

łu zegarowego, gdyż jego użycie

upraszcza cały układ zamka. Bu-

dowa bloku generatora jest przed-

stawiona na rys. 3. Cały generator

składa się z dwóch niezależnych

generatorów: 8 MHz i 31,25 kHz.

Dzięki zastosowaniu wewnętrznego

dzielnika (postscaler) mikrokontro-

ler może być taktowany z jedną

z częstotliwości z zakresu od

31,25 kHz do 8 MHz. Może być

ona zmieniana podczas pracy mi-

krokontrolera, dostosowując tym

samym prędkość, a więc i pobór

mocy do aktualnych potrzeb. Do-

datkowo częstotliwość można kali-

brować, dostrajając ją do wartości

znamionowej. W przedstawionym

zamku elektronicznym mikrokon-

troler pracuje z częstotliwością

równą 8 MHz. Sygnał ten jest

wewnętrznie dzielony przez cztery

i wyprowadzany na wyjście OSC2,

a następnie kierowany do wejścia

zegarowego karty chipowej. Dzięki

temu nie trzeba stosować dwóch

niezależnych generatorów dla mi-

krokontrolera i karty. W ten spo-

sób karta jest taktowana sygnałem

o częstotliwości 2 MHz. Wartość

ta nie umożliwia komunikacji

karty ze standardową prędkością

9600 bd., jednak w tym ukła-

dzie nie ma to znaczenia, gdyż

mikrokontroler w odróżnieniu

od sterownika portu szeregowego

komputera może odbierać dane

z dowolną prędkością. Dla tej

częstotliwości prędkość komuni-

Rys. 3. Budowa wewnętrzna generatora RC mikrokontrolera PIC16F819

kacji wynosi 5376 bd (2000000/

372). Dodatkowym problemem wy-

daje się niestabilność generowania

częstotliwości przez generator RC

mikrokontrolera. Nie ma to jednak

znaczenia, gdyż obydwa układy

„napędzane” są z tego samego ge-

neratora, jeśli więc częstotliwość

zmieni się, to będzie uwzględnia-

na przez obydwa układy (mikro-

kontroler i kartę chipową).

Jako układ wykonawczy zasto-

sowano miniaturowy przekaźnik

z dwoma parami styków prze-

łącznych o prądzie przewodzenia

równym 1 A każdy. Na złączu

CON2 znajdują się wyprowadze-

nia wszystkich styków przekaź-

nika, możliwe jest więc zarówno

załączenie, jak również przerwa-

nie obwodu wyjściowego w stanie

aktywnym zamka elektronicznego.

Dwukolorowa dioda LED sygnali-

zuje stan pracy zamka, w zależ-

ności od wykonywanych zadań

może świecić na zielono, czer-

wono lub pomarańczowo. Dzięki

dużej wydajności prądowej portów

procesora można bezpośrednio

sterować diodami. Porty proceso-

ra mogą być obciążane prądem

20 mA zarówno w stanie niskim,

jak i wysokim. Zworki JP1...JP3

służą do ustawiania parametrów

pracy zamka.

Do zasilania całego układu wy-

magane jest napięcie 5 V, które

uzyskuje się z wyjścia stabilizato-

ra układu US3. Do zabezpieczenia

układu przed odwrotną polaryzacją

napięcia zasilającego zastosowano

diodę prostowniczą D1.

Tab. 2. Koniguracja trybu pracy

przekaźnika

JP1 JP2

Opis

0 0

Przekaźnik włączony przez

cały czas, gdy karta jest

w czytniku

1 0

Po każdorazowym włoże-

niu karty zmienia stan na

przeciwny

0 1

Po włożeniu karty prze-

kaźnik jest załączany, aż

do wyłączenia zasilania

1 1

Po włożeniu karty prze-

kaźnik jest załączany na

czas około 10 sekund

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej

Elektronika Praktyczna 6/2004

Zamek elektroniczny na karty chipowe

Montaż i uruchomienie

Zamek zmontowano na pytce

dwustronnej. Rozmieszczenie ele-

mentów pokazano na rys. 4. Mon-

taż wykonujemy w kolejności: re-

zystory, podstawka pod układ US1,

a następnie przekaźnik. Układ stabi-

lizatora US3 oraz kondensatory C1

i C3 montujemy na leżąco. Na koń-

cu montujemy złącza CON1, CON2

i CON3. Montaż nie powinien

sprawić problemów, gdyż układ

nie zawiera zbyt wielu elementów.

Po zmontowaniu układu zamka ze

sprawnych elementów jest on go-

towy do pracy. Użytkowanie zamka

rozpoczynamy od przeprowadzenia

procedury programowania. Do zasi-

lania można wykorzystać dowolny

zasilacz o napięciu wyjściowym

równym około 9 V i wydajności

prądowej równej około 100 mA.

Programowanie

Aby wprowadzić mikrokontro-

ler w tryb programowania, na-

leży przy wyłączonym zasilaniu

zewrzeć zworkę JP3 i włączyć

zasilanie. Dioda błyśnie pięć razy

kolorem czerwonym i zgaśnie, na-

stępnie należy wkładać do czytni-

ka uprawnione karty – jeśli karta

zostanie prawidłowo odczytana, to

dioda błyśnie kolorem czerwonym

i zapali się na zielono. Jeśli kar-

ta nie wysyła numeru ATR bądź

wszystkie znaki mają wartość 00h

lub FFh, to dioda będzie świeciła

kolorem czerwonym do momentu

wyciągnięcia karty z czytnika. Taka

karta nie zostanie zarejestrowana.

W ten sposób należy zaprogramo-

wać wszystkie uprawnione karty

(maksymalnie siedem), po ostat-

niej zapisanej karcie dioda zacznie

błyskać kolorem pomarańczowym.

Jeśli będzie programowana mniej-

sza liczba kart, to całą procedurę

można przerwać w dowolnym mo-

mencie, wyłączając zasilanie.

Po zaprogramowaniu upraw-

nionych kart można przejść do

użytkowania zamka. Należy jeszcze

tylko wybrać sposób sterowania

przekaźnikiem. W tab. 2 przedsta-

wiona jest koniguracja zworek JP1

i JP2 oraz odpowiadający sposób

sterowania przekaźnikiem, przy

czym stan „0” odpowiada zwartej

zworce.

Krzysztof Pławsiuk, EP

krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl

Wzory płytek drukowanych w for-

macie PDF są dostępne w Internecie

pod adresem: pcb.ep.com.pl oraz na

płycie CD-EP6/2004B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 6/2004

AVT578 - Zamek elektroniczny na karty chipowe.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: