21_24.PDF

Zamek szyfrowy do sejfu

„Ucho od śledzia panie Kwinto”

AVT−5042

Kwinto podszed³ wolnym

krokiem do czaj¹cej siÍ

w†k¹cie bankowego skarbca

bestii, ktÛr¹ by³ dla niego

sejf znienawidzonego Kramera.

Obecni, szeregowi pomocnicy

od wykonywania czarnej

roboty w†rodzaju wysadzania

dynamitem úciany skarbca,

wstrzymali oddech, kiedy

mistrz po³oøy³ rÍce na

lúni¹cych pokrÍt³ach zamka

szyfrowego, arcydzie³a

dominuj¹cej w†úwiecie,

szwajcarskiej mechaniki

precyzyjnej. Przez d³uøsz¹

chwilÍ by³o s³ychaÊ jedynie

cichutki terkot obracanych

przek³adni. Nagle da³ siÍ

s³yszeÊ niezbyt g³oúny trzask,

potem drugi, trzeci... Kwinto

poci¹gn¹³ za uchwyt i†drzwi

sejfu zaczÍ³y siÍ powoli

otwieraÊ...

PiÍkna scena, piÍkne czasy! Cza-

sy, w†ktÛrych krÛlami przestÍpcÛw

nie byli zwykli bandyci, ale genial-

ni kasiarze, otwieraj¹cy kaødy za-

mek bez uøywania si³y i†robienia

komukolwiek krzywdy. Mechanicz-

ne zamki do sejfÛw by³y prawdzi-

wymi cudami Ûwczesnej techniki,

obecnie zast¹pionymi przez bez-

duszne zamki elektroniczne.

SprÛbujemy jednak zbudowaÊ

elektroniczny odpowiednik szyf-

rowego zamka do sejfu, ktÛry przy

obecnym stanie elektroniki powi-

nien byÊ uk³adem banalnie pros-

tym. Tylko, øe tym razem: ucho

od úledzia, panie Kwinto, ucho od

úledzia! Tego zamka nie otworzy

nawet najgenialniejszy kasiarz, ani

Pan ani nawet sam mistrz Szpic-

brÛdka! Nawet najlepszy s³uch

i†najwiÍksze ìczucieî w†palcach

s¹ bezradne wobec nowoczesnej

elektroniki!

Prezentowany w†artykule zamek

moøe byÊ zarÛwno niezwykle efek-

town¹ zabawk¹, jak i†w†pe³ni uøy-

tecznym urz¹dzeniem zabezpiecza-

j¹cym dostÍp, moøe nie do skarbca

bankowego, ale do domowego sej-

fu czy skrytki. Moøe byÊ takøe

³atwym w†obs³udze i†trudnym do

otwarcia przez niepowo³ane osoby

zamkiem do drzwi wejúciowych

domu lub innego pomieszczenia.

Kluczem do zamka jest dowol-

ny ci¹g liczb ( nie cyfr! ) dwucyf-

rowych. Dowolny, poniewaø ich

maksymalna liczba wynosi 125,

co znacznie przekracza moøliwoú-

ci pamiÍciowe przeciÍtnego cz³o-

wieka. Nawet przy wykorzystywa-

niu kilku liczb odgadniÍcie klucza

jest praktycznie niemoøliwe,

a†w†kaødym razie wymaga wiÍcej

szczÍúcia niø wylosowania ìszÛst-

kiî w†Toto Lotku.

Dok³adne skopiowanie w sposÛb

elektroniczny klasycznego zamka

szyfrowego do sejfu nie mia³oby

chyba wiÍkszego sensu. Prowadzi-

³oby to do zastosowania kilku

pokrÍte³, czyli do niepotrzebnego

komplikowania konstrukcji oraz

zwiÍkszenia kosztÛw wykonania.

Dlatego teø w†uk³adzie zastosowa-

³em tylko jedno pokrÍt³o (impul-

sator obrotowy) oraz podwÛjny wy-

úwietlacz siedmiosegmentowy LED,

na ktÛrym jest prezentowane aktu-

alne po³oøenie pokrÍt³a zamka.

Nawet najlepszy zamek szyfro-

wy niewiele by³by wart bez uk³a-

dÛw wykonawczych. Uk³ad nasze-

go zamka zosta³ wyposaøony

w†dwa wyjúcia. W jednym zasto-

sowano zwyk³y przekaünik o†duøej

obci¹øalnoúci stykÛw, za poúred-

nictwem ktÛrego moøemy sterowaÊ

dowolnym urz¹dzeniem elektrycz-

nym nie pobieraj¹cym wiÍcej niø

8A przy 220VAC. Natomiast do

drugiego wyjúcia moøemy do³¹czyÊ

typowy serwomechanizm modelar-

ski. Po otwarciu zamka wa³ na-

pÍdowy serwa ustawiany jest

w†jednym ze skrajnych po³oøeÒ,

a†po zamkniÍciu, w†przeciwnym,

po obrÛceniu wa³u o†180 o . Serwo-

mechanizm modelarski charakte-

Elektronika Praktyczna 1/2002

P R O J E K T Y

Zamek szyfrowy do sejfu

Rys. 1. Schemat elektryczny zamka.

ryzuje siÍ znacznym momentem

obrotowym, co umoøliwia przesu-

wanie nawet bardzo ciÍøkich za-

suw, a†nawet ich zespo³Ûw.

Uk³ad zamka szyfrowego do

sejfu nie jest skomplikowany i†jest

moøliwy do wykonania nawet

przez zupe³nie pocz¹tkuj¹cych

konstruktorÛw.

Wszystkie wyjúcia portu B†pro-

cesora zosta³y wykorzystane do

sterowania segmentami wyúwietla-

czy siedmiosegmentowych DP1

i†DP2. WspÛlne anody tych wy-

úwietlaczy s¹ zasilane za pomoc¹

tranzystorÛw T1 i†T2. Bazy tych

tranzystorÛw s¹ wysterowywane

z†wyjúÊ 0†i†1†portu D.

Do wprowadzania danych za-

stosowano obrotowy impulsator,

ktÛry podczas obracania jego oúk¹

generuje impulsy na dwÛch wyj-

úciach. KolejnoúÊ wystÍpowania

tych impulsÛw jest taka, øe do-

³¹czony do wyjúÊ impulsatora pro-

cesor moøe z†³atwoúci¹ nie tylko

je zliczyÊ, ale takøe okreúliÊ kie-

runek obrotu oúki impulsatora.

WewnÍtrzny oscylator proceso-

ra stabilizowany

jest rezonatorem

kwarcowym

o†czÍstotliwoúci

podstawowej

8MHz. Jako ele-

ment wykonaw-

czy, do³¹czany

do z³¹cza CON2,

zastosowano

przekaünik RL1,

ktÛrego cewka za-

silana jest przez

tranzystor T3,

wysterowywany

z wyjúcia PD6

procesora. Z³¹cze CON3 s³uøy do

do³¹czenia do uk³adu serwome-

chanizmu modelarskiego.

Uk³ad zasilany jest napiÍciem

sta³ym o†wartoúci oko³o 12VDC,

doprowadzonym do z³¹cza CON1.

NapiÍcie to jest nastÍpnie obniøa-

ne i†stabilizowane na poziomie

5VDC za pomoc¹ scalonego stabi-

lizatora napiÍcia IC1. Uk³ad

DS1813 zapewnia pewny start pro-

cesora po w³¹czeniu zasilania i†za-

bezpiecza przed niekontrolowanym

dzia³aniem procesora w†przypadku

obniøenie napiÍcia zasilania poni-

øej dopuszczalnej wartoúci.

AnalizÍ dzia³ania uk³adu roz-

poczniemy od momentu pierwsze-

go w³¹czenia napiÍcia zasilaj¹ce-

go. Pierwsz¹ czynnoúci¹, jak¹ wy-

Opis dzia³ania uk³adu

Schemat elektryczny uk³adu za-

mka do sejfu pokazano na rys. 1 .

Najwaøniejszym elementem, decy-

duj¹cym o†jakoúci dzia³ania, jest

zaprogramowany procesor typu

AT90S2313, RISC-owy odpowied-

nik popularnego '2051. Procesor

'2313 ma wbudowan¹ nieulotn¹

pamiÍÊ danych EEPROM, co zwal-

nia z†koniecznoúci przechowywa-

nia w†pamiÍci zewnÍtrznej liczb

wchodz¹cych w†sk³ad klucza. Dru-

gim atutem procesora '2313, ktÛry

przes¹dzi³ o†zastosowaniu go

w†uk³adzie zamka, jest jego sprzÍ-

towy watchdog. Zgodnie ze swoim

przeznaczeniem, uk³ad zamka

szyfrowego ma dzia³aÊ w†stanie

czuwania ca³e miesi¹ce i lata.

W†ci¹gu tak d³ugiego czasu zawie-

szenie procesora na skutek cho-

ciaøby zak³ÛceÒ zewnÍtrznych jest

wiÍcej niø prawdopodobne. Przed

takim w³aúnie przypadkiem strze-

øe nas sprzÍtowy watchdog.

Rys. 2. Zawartość pamięci danych EEPROM

podczas działania podprogramu rejestracji kodu.

Elektronika Praktyczna 1/2002

Zamek szyfrowy do sejfu

List. 1.

Sub Numbers_registration 'podprogram rejestracji kodu dostępu

Eeprom_address = 1

'wstępne ustawienie adresu pamięci danych EEPROM na 1

'sprawdź stan przycisku

'impulsatora

If Pind.3 = 0 Then

'jeżeli przycisk został

'naciśnięty, to:

Verification

EndIf

For Temp1 = 1 To 10

Flash_flag = Not Flash_flag 'zmień wartość zmiennej pomocniczej FLASH_FLAG na

'przeciwną. Efekt działania tego fragmentu programu możemy

'prześledzić analizując podprogram sterowania multipleksowanym

'wyświetlaniem danych

Waitms 100

Next Temp1

Switch_scan 'wezwij podprogram badania stanu styków impulsatora. Procedura ta

'została omówiona w EP5/2001 (regulator obrotów silników DC)

If Button_flag = 1 Then 'jeżeli został naciśnięty przycisk impulsatora, to:

Writeeeprom Disp, Eeprom_address 'zapisz w pamięci danych EEPROM aktualnie

'prezentowaną na wyświetlaczach liczbę

Reset Watchdog

Loop

End Sub

Flash_flag = 0

'włącz wyświetlanie kropek dziesiętnych na wyświetlaczach LED

Waitms 100

Flash_flag = 1

'wyłącz wyświetlanie kropek dziesiętnych na wyświetlaczach LED

Wait 1

Set Portd.3 'spróbuj ustawić stan wysoki na przycisku impulsatora

If Pind.3 = 0 Then 'jeżeli próba nieudana, co oznacza że przycisk jest naciśnięty

'dłużej niż 1 sekundę, to:

Writeeeprom Eeprom_address, 126 'zapisz w pamięci danych EEPROM informację

'o ilości wprowadzonych liczb

Temp1 = 133 'zmienna pomocnicza TEMP przyjmuje wartość 133

'(patrz opis procedury badania stanu pamięci EEPROM)

Writeeeprom Temp1, 127

'zapisz tą wartość pod adresem 127

NaciúniÍcie przycisku impulsa-

tora powoduje natychmiastowe

przejúcie do podprogramu identy-

fikacji wprowadzanego kodu klu-

cza. W³¹czone zostaj¹ wyúwietla-

cze i†trzykrotnym b³yskiem kropek

dziesiÍtnych jest sygnalizowana

gotowoúÊ uk³adu do przyjmowa-

nia wprowadzanych liczb. Dla

wygody uk³ad startuje z†pocz¹tko-

w¹ wartoúci¹ rÛwn¹ 50 ( list. 3 ).

Waiting

'wezwij podprogram oczekiwania na podanie kodu dostępu

End If

Incr Eeprom_address 'zwiększ wartość adresu pamięci EEPROM o 1

End If

Loop

End Sub

konuje procesor jest sprawdzenie,

czy w†pamiÍci danych EEPROM

znajdujÍ siÍ liczby, wchodz¹ce

w†sk³ad klucza:

mu MULTIPLEXING, wywo³ywa-

nego przez przerwanie pochodz¹-

ce od timera0 ( list. 2 ).

Po zarejestrowaniu kodu klucza

dostÍpu, podobnie jak po otwarciu

i†ponownym zamkniÍciu zamka

program przechodzi do podpro-

gramu oczekiwania WAITING. Nie

dzieje siÍ tam nic szczegÛlnego,

poniewaø jedyn¹ funkcj¹ wykony-

wan¹ przez program jest sprawdza-

nie, czy przycisk impulsatora nie

zosta³ przypadkiem naciúniÍty oraz

zerowanie sprzÍtowego watchdoga.

Montaø i†uruchomienie

Na rys. 3 pokazano rozmiesz-

czenie elementÛw na p³ytce dru-

kowanej, wykonanej na laminacie

dwustronnym z†metalizacj¹ otwo-

rÛw. Montaø tak prostego uk³adu

nie wymaga chyba szczegÛ³owych

komentarzy, z†wyj¹tkiem jednego:

wyúwietlacze siedmiosegmentowe

LED oraz impulsator obrotowy

musz¹ zostaÊ zamontowane od

umownej strony úcieøek, czyli od

strony lutowania. Pozwoli to na

³atwiejsze umieszczenie uk³adu

w†obudowie.

Zmontowany ze sprawdzonych

elementÛw uk³ad zamka nie wy-

maga regulacji i†po zaprogramowa-

niu kodu klucza nadaje siÍ do

eksploatacji. Po pierwszym w³¹-

czeniu zasilania uk³ad automatycz-

nie przechodzi do trybu rejestracji

kodu klucza dostÍpu, o†czym jes-

Readeeprom Temp, 127

If Temp <> 133 Then

Numbers_registration

EndIf

Ca³kowicie umowna liczba

ì133î jest zapisywana w†pamiÍci

EEPROM pod adresem 127 po

zarejestrowaniu kodu klucza.

Stwierdzenie innej wartoúci pod

tym adresem powoduje automa-

tyczne przejúcie do podprogramu

rejestracji kodu klucza otwieraj¹-

cego zamek ( list. 1 ).

Efekt dzia³ania podprogramu

rejestracji klucza moøna zobaczyÊ

na rys. 2 , gdzie pokazana zosta³a

zawartoúÊ pamiÍci danych EEP-

ROM. Zosta³y tam zapisane daty

bitew pod Grunwaldem i†Auster-

litz, data urodzin autora tego

projektu i†kilka innych liczb.

Szczerze polecam tak¹ metodÍ

ìkomponowaniaî kodu klucza,

u³atwiaj¹c¹ jego zapamiÍtanie.

W†uk³adzie zamka zastosowano

multipleksowane wyúwietlanie da-

nych, realizowane z†czÍstotliwoú-

ci¹ ok. 488Hz. Multipleksowanie

taktowane jest za pomoc¹ timera0 ,

ktÛrego konfiguracjÍ sprzÍtow¹

i†programow¹ okreúlaj¹ polecenia:

Sub Waiting

'podprogram oczekiwania na

'wybranie kodu dostępu

Disable Timer0

'zawieś obsługę przerwania

'timera0

Set Portd.0: Set Portd.1

'wyłącz wyświetlacze

Wait 1

'zaczekaj sekundę

Set Portd.3

List. 2.

Multiplexing:

Set Portd.0: Set Portd.1 'wstępnie wyłącz obydwa wyświetlacze

Portb = 255 'wyłącz wszystkie segmenty wyświetlaczy

Digit_number = Not Digit_number 'zmień numer aktywnego wyświetlacza

If Digit_number = 0 Then 'jeżeli aktywny będzie wyświetlacz 0, to:

Temp = Disp / 10 'oblicz wartość dziesiątek wyświetlanej liczby

Portb = Lookup(temp, 7segment) 'przekodowanie otrzymanej wartości na kod wyświetlacza

'siedmiosegmentowego

If Flash_flag = 1 Then Set Portb.7 'jeżeli punkty dziesiętne wyświetlaczy nie mają

'migotać, to ustaw stan wysoki na pinie 7 portu B

Reset Portd.1

'włącz pierwszy wyświetlacz

End If

If Digit_number = 1 Then

'jeżeli aktywny będzie drugi wyświetlacz, to:

Temp = Disp / 10

'oblicz wartość jednostek wyświetlanej liczby

Temp = Temp * 10

Temp = Disp - Temp

Portb = Lookup(temp, 7segment)'przekodowanie otrzymanej wartości na kod wyświetlacza

'siedmiosegmentowego

If Flash_flag = 1 Then Set Portb.7 'jeżeli punkty dziesiętne wyświetlaczy nie mają

'migotać, to ustaw stan wysoki na pinie 7 portu B

Config Timer0=Timer, Prescale=64

On Timer0 Multiplexing

Reset Portd.0

'włącz drugi wyświetlacz

End If

Return

.............

7segment:

Data 64, 121, 36, 48, 25, 18, 2, 120, 0, 16

Wyúwietlanie danych realizo-

wane jest za pomoc¹ podprogra-

Elektronika Praktyczna 1/2002

Zamek szyfrowy do sejfu

List. 3.

Sub Verification

Disp = 50

'ustaw wstępną wartość wyświetlanej liczby na 50

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2: 3,3k

Enable Timer0

'włącz wyświetlacze

For Temp1 = 1 To 3

Flash_flag = Not Flash_flag 'zmień wartość zmiennej pomocniczej FLASH_FLAG na

'przeciwną. Efekt działania tego fragmentu programu możemy prześledzić

'analizując podprogram sterowania multipleksowanym wyświetlaniem danych

Ω

R3, R4, R5: 1k

Waitms 200

Next Temp1

Time_counter = 0 'wyzeruj licznik upływu czasu

Eeprom_address = 1 'ustaw wstępnie adres pamięci danych EEPROM na 1

Code_flag = 1 'zakładamy, że wprowadzany kod jest poprawny

Readeeprom Numbers, 126'odczytaj z pamięci EEPROM ilość liczb w kodzie

F/16V

C2, C3: 100nF

C4: 100

F/10V

C5, C6: 27pF

Półprzewodniki

D1: 1N4148

IC1: 7805

IC2: AT90S2313 (zaprogramowany)

IC3: DS1813

T1, T2: BC557

T3: BS107

Różne

CON1: ARK2 (3,5mm)

CON2: ARK3

CON3: 3 x goldpin

DP1, DP2: wyświetlacz

siedmiosegmentowy LED, wsp.

anoda

Q1: rezonator kwarcowy 8MHz

RL1: przekaźnik RM96

S1: impulsator obrotowy

Switch_scan 'wezwij podprogram badania stanu styków impulsatora. Procedura ta

'została omówiona w EP5/2001 (regulator obrotów silników DC)

If Button_flag = 1 Then 'jeżeli został naciśnięty przycisk impulsatora, to:

Time_counter = 0 'wyzeruj licznik upływu czasu

Readeeprom Temp1, Eeprom_address 'odczytaj z pamięci EEPROM wartość kolejnej liczby kodu

If Temp1 <> Disp Then Code_flag = 0

'jeżeli odczytana wartość nie jest równa wartości wprowadzonej, to wyzeruj zmienną

'poprawności kodu. Od tego momentu wprowadzanie dalszych liczb nie odnosi już żadnego

'skutku

If Code_flag = 1 And Eeprom_address = Numbers Then Opening

'jeżeli wszystkie wprowadzone liczby są poprawne, zostały podane w prawidłowej

'kolejności i żadna liczba nie została do kodu dodana, to wezwij podprogram otwierania

'zamka

Incr Eeprom_address 'zwiększ wartość licznika adresu pamięci EEPROM o 1

Flash_flag = 0

'wygeneruj krótki błysk punktów dziesiętnych wyświetlaczy

Waitms 255

Flash_flag = 1

End If

If Time_counter > 12000 Then Exit Do

'jeżeli licznik czasu osiągnął wartość 12000, to powróć do stanu oczekiwania

Loop

End Sub

teúmy zawiadamiani dziesiÍcioma

b³yskami kropek dziesiÍtnych na

wyúwietlaczach. KolejnoúÊ postÍ-

powania podczas programowania

kodu klucza jest nastÍpuj¹ca:

1. Za pomoc¹ pokrÍt³a impul-

satora ustawiamy na wyúwietla-

czach pierwsz¹ liczbÍ wchodz¹c¹

w†sk³ad kodu.

2. KrÛtkie naciúniÍcie przycis-

ku impulsatora powoduje wpro-

wadzenie ustawionej liczby do

pamiÍci i†automatyczne przejúcie

do programowania kolejnej liczby.

Potwierdzane jest to krÛtkim b³ys-

kiem kropek dziesiÍtnych na wy-

úwietlaczach.

3. Czynnoúci opisane w†punk-

tach 1 i†2 powtarzamy tyle razy,

ile liczb mamy zamiar zaprogra-

mowaÊ. Moøe ich byÊ maksymal-

nie 125.

4. Po ustawieniu na wyúwiet-

laczach ostatniej liczby kodu klu-

cza przytrzymujemy przycisk d³u-

øej niø uprzednio, przez okres

oko³o 1†sekundy. Spowoduje to

zapisanie do pamiÍci ostatniej

liczby, wy³¹czenie wyúwietlaczy

i†przejúcie uk³adu w†stan czuwa-

nia, o†czym zostajemy zawiado-

mieni za pomoc¹ piÍciu b³yskÛw

punktÛw dziesiÍtnych na wyúwiet-

laczach.

Otwieranie zamka przebiega

w†sposÛb podobny do jego progra-

mowania. Pierwsze naciúniÍcie

przycisku impulsatora powoduje

w³¹czenie wyúwietlaczy i†przygo-

towanie uk³adu do wprowadzenia

kodu klucza. Za pomoc¹ pokrÍt³a

impulsatora ustawiamy na wy-

úwietlaczach kolejne liczby kodu

i†potwierdzamy to krÛtkim naciú-

niÍciem przycisku. NastÍpnie,

w†identyczny sposÛb wprowadza-

my kolejne liczby. Jeøeli wszys-

tkie liczby wchodz¹ce w†sk³ad

kodu zostan¹ wprowadzone we

w³aúciwej kolejnoúci, to zamek

otworzy siÍ natychmiast po poda-

niu ostatniej liczby. Zamek pozo-

stanie otwarty aø do ponownego

naciúniÍcia przycisku impulsatora.

Wprowadzenie b³Ídnej liczby

lub liczby wchodz¹cej w†sk³ad

kodu klucza, ale podanej w†nie-

w³aúciwej kolejnoúci powoduje

uniewaønienie ca³ej operacji wpro-

wadzania kodu, a†otwarcie zamka

staje siÍ niemoøliwe. Naleøy wte-

dy odczekaÊ ok. 20 sekund, po

czym wyúwietlacze zostan¹ wy³¹-

czone, a†my moøemy rozpocz¹Ê

kolejn¹ prÛbÍ wprowadzenia po-

prawnego klucza.

Podczas eksploatacji zamka mo-

øe zajúÊ koniecznoúÊ zmiany usta-

wionego uprzednio kodu klucza.

Ponowne przejúcie w†tryb rejest-

racji kodu wymuszamy nastÍpu-

j¹co:

1. Wy³¹czamy zasilanie zamka.

2. Naciskamy przycisk impul-

satora

3. Trzymaj¹c ca³y czas przy-

cisk impulsatora naciúniÍty po-

nownie w³¹czamy zasilanie.

Po wykonaniu tych czynnoúci

uk³ad automatycznie przejdzie

w†tryb rejestracji nowego kodu

dostÍpu.

Zbigniew Raabe

zbigniew.raabe@ep.com.pl

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej.

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/styczen02.htm oraz na p³ycie

CD-EP01/2002B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 1/2002

Kondensatory

C1: 470

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: