zamek szyfrowy sterowany kodem DTMF.pdf

Zamek szyfrowy sterowany kodem DTMF

P R O J E K T Y

Zamek szyfrowy

sterowany kodem DTMF

AVT−852

Chcia³bym zaproponowaÊ

Czytelnikom EP budowÍ

kolejnego urz¹dzenia

wykorzystuj¹cego transmisjÍ

lini¹ telefoniczn¹ danych

w†formacie DTMF. Dla

prezentowanego uk³adu moøna

znaleüÊ przynajmniej dwa

zastosowania: jedno jak

najbardziej powaøne i†drugie,

o†nieco rozrywkowym

charakterze.

Proponowany uk³ad moøna za-

stosowaÊ do zabezpieczenia sys-

temu zdalnego sterowania prac¹

najrozmaitszych urz¹dzeÒ za po-

úrednictwem linii telefonicznej,

ktÛr¹ bÍd¹ przesy³ane odpowied-

nie kody DTMF. System taki,

umoøliwiaj¹cy sterowanie 16 urz¹-

dzeniami, a†takøe monitorowanie

pracy kolejnych 16 uk³adÛw, znaj-

duje siÍ obecnie w†ostatniej fazie

opracowywania i†nied³ugo jego

opis zostanie udostÍpniony Czy-

telnikom EP.

Jeøeli taki uk³ad, ìodzywaj¹cyî

siÍ automatycznie po kilku sygna-

³ach przywo³ania telefonu, nie po-

siada odpowiedniego systemu za-

bezpieczaj¹cego, to moøe siÍ zda-

rzyÊ, øe ktoú, nawet zupe³nie nie-

úwiadomie, moøe narobiÊ nam nie-

z³ego ba³aganu w†domu czy w†fir-

mie. Proponowany uk³ad, wymaga-

j¹cy podania (oczywiúcie w†kodzie

DTMF) szeúciocyfrowej liczby iden-

tyfikuj¹cej uøytkownika, ca³kowicie

wyklucza úwiadom¹ czy teø nie-

úwiadom¹ ingerencjÍ w†nasz sys-

tem zdalnego sterowania.

Nasz uk³ad moøe byÊ takøe

zastosowany do budowy zamka

do drzwi wejúciowych domu, czy

teø innego pomieszczenia, lub

w³¹cznika/wy³¹cznika systemu

alarmowego. Zamiast zwykle sto-

sowanej w†takich zamkach kla-

wiatury bÍdziemy uøywaÊ specjal-

nego nadajnika - ma³ego pude-

³eczka emituj¹cego, po naciúniÍ-

ciu odpowiednich klawiszy -

düwiÍki odpowiadaj¹ce ø¹danym

kodom DTMF. Rozwi¹zanie takie,

poza efektownoúci¹, ma takøe

pewne zalety praktyczne. Klawia-

tura z†dziesiÍcioma przyciskami

z†pewnoúci¹ u³atwia szybkie wpro-

wadzanie kodu do zamka szyfro-

wego, ale u³atwia takøe proste

ìz³amanieî tego kodu. Nie ma

sensu opisywaÊ jak moøna to

zrobiÊ, ale naleøy przyj¹Ê do

wiadomoúci, øe jest to moøliwe

i†stosunkowo proste dla ewentu-

alnego intruza.

Nadajnik mog¹cy wspÛ³praco-

waÊ z†proponowanym uk³adem,

zaprojektowany przez niøej pod-

pisanego, zosta³ opisany w†nume-

rze 2/99 Elektroniki Praktycznej.

Moøna takøe wykorzystaÊ gotowy

nadajnik DTMF, ktÛry moøna za-

kupiÊ za niewielkie pieni¹dze od

obywateli WNP na pierwszym

lepszym bazarze. Wad¹ fabrycz-

Elektronika Praktyczna 2/2000

Zamek szyfrowy sterowany kodem DTMF

Rys. 1. Schemat elektryczny zamka.

nych nadajnikÛw DTMF jest jed-

nak to, øe umoøliwiaj¹ emisjÍ

jedynie dziesiÍciu podstawowych

kodÛw DTMF, co nie ma jednak

znaczenia przy wspÛ³pracy takie-

go nadajnika z†naszym uk³adem.

Proponowany uk³ad jest sto-

sunkowo prosty i†³atwy do wyko-

nania. Takøe koszt podzespo³Ûw

potrzebnych do jego zbudowania

nie zrujnuje z†pewnoúci¹ nikogo.

Do odbierania sygna³Ûw DTMF

zosta³ zastosowany, wielokrotnie

juø wykorzystywany w†naszych

konstrukcjach, scalony dekoder

DTMF typu UM92870 (MT8870

lub HT9170). Nie ma najmniejsze-

go sensu opisywaÊ szczegÛ³owo

ten uk³ad - wystarczy jedynie

przypomnieÊ jego podstawowe ce-

chy.

Na wejúcie IN- wzmacniacza

operacyjnego, stanowi¹cego aktyw-

n¹ czÍúÊ wbudowanego w†struk-

turÍ uk³adu

przedwzmacnia-

cza o†duøej czu-

³oúci, podawany

jest sygna³ akus-

tyczny. Po

wzmocnieniu

poddawany jest analizie: uk³ad

sprawdza, czy otrzymany düwiÍk

jest sygna³em DTMF i†jeøeli wy-

nik badania okazuje siÍ pozytyw-

ny, to na wyjúciu STD ustawiany

jest stan wysoki, trwaj¹cy przez

ca³y czas odbierania sygna³u. Jed-

noczeúnie odebrany sygna³ DTMF

zostaje rozkodowany i†na wyjúcia

Q1..Q4 zostaje wys³ana liczba bÍ-

d¹ca binarnym odpowiednikiem

aktualnie odebranego kodu DTMF.

Liczba ta pozostaje ìzatrzaúniÍtaî

Opis dzia³ania uk³adu

Schemat elektryczny zamka

szyfrowego wykorzystuj¹cego ko-

dy DTMF pokazano na rys. 1 . Dla

u³atwienia omawiania schematu

podzielimy go na dwie czÍúci:

blok wprowadzania danych i†blok

ich interpretacji.

Do transformatora separuj¹cego linii telefonicznej

100k

Do transformatora separuj¹cego linii telefonicznej

Rys. 2a. Sposób dołączenia zamka do linii

telefonicznej.

Elektronika Praktyczna 2/2000

Zamek szyfrowy sterowany kodem DTMF

VCC

jako A..F. Warunkiem po-

prawnej pracy uk³adu jest

zakodowanie za pomoc¹

tych elementÛw dowolnej

liczby szeúciocyfrowej. Ko-

dowanie wykonujemy ³¹cz¹c

za pomoc¹ odcinkÛw prze-

wodÛw odpowiednie wy-

júcia demultipleksera z†ko-

lejnymi wejúciami bloku

przerzutnikÛw. Dla u³atwienia za-

k³adamy, øe zaprogramowana zo-

sta³a najprostsza kombinacja: ì1 2

3 4 5 6î, ktÛrej nie radzÍ sto-

sowaÊ w†praktyce.

Jeøeli odebrany przez dekoder

kod DTMF odpowiada³ cyfrze ì1î,

to stan niski powstanie na wyj-

úciu Y1 demultipleksera i†stamt¹d

zostanie doprowadzony do wej-

úcia zegarowego pierwszego prze-

rzutnika IC7B, powoduj¹c jego

w³¹czenie. Zak³adamy, øe nastÍp-

ny kod odebrany przez IC3 od-

powiada³ cyfrze ì2î, co spowodo-

wa³o doprowadzenie opadaj¹cego

zbocza sygna³u do wejúcia zega-

rowego kolejnego przerzutnika. Po-

niewaø poprzedni przerzutnik zo-

sta³ juø uprzednio ustawiony i†na

wejúciu danych IC7A panuje stan

wysoki, to przerzutnik ten takøe

siÍ prze³¹czy, przygotowuj¹c jed-

noczeúnie stan wysoki na wejúciu

kolejnego uk³adu - IC8B. Jeøeli

kolejny kod DTMF bÍdzie odpo-

wiada³ cyfrze ì3î, to ustawiony

bÍdzie przerzutnik IC8B i†tak da-

lej, aø do wybrania wszystkich

cyfr ustawionego kodu.

ZwrÛÊmy uwagÍ, øe na wybra-

nie kodu mamy czas ograniczony

czasem trwania impulsu genero-

wanego przez uniwibrator IC1B.

Po up³ywie tego czasu uk³ad

monostabilny zeruje siÍ i†wszys-

tkie przerzutniki w†bloku dekodo-

wania zostan¹ rÛwnieø wyzerowa-

ne.

Jeøeli ktÛrakolwiek z†wybra-

nych cyfr nie bÍdzie odpowiada³a

ustawionemu kodowi lub zostanie

wybrana w†z³ej kolejnoúci, to je-

den z†przerzutnikÛw nie zostanie

ustawiony. W†tym momencie tra-

cimy jakiekolwiek szanse na ot-

warcie zamka, a†to z†nastÍpuj¹ce-

go powodu: wszystkie impulsy

wysy³ane przez dekoder IC3 zli-

czane s¹ przez licznik IC2B. Jeøeli

wybierzemy nawet o†jedn¹ cyfrÍ

za duøo, to licznik osi¹gnie stan

0110 (BIN) , co spowoduje powstanie

stanu niskiego na wyjúciu bramki

IC5A i wymuszenie stanu wyso-

kiego na wejúciach zeruj¹cych

przerzutnikÛw bloku dekoduj¹ce-

go i†ich natychmiastowe wyzero-

wanie.

Co jednak siÍ stanie, jeøeli

zostanie wybrana cyfra nie wcho-

dz¹ca w†sk³ad zaprogramowanego

kodu? Wyjúcia demultipleksera

IC4, odpowiadaj¹ce ìnie uøywa-

nymî cyfrom, powinny zostaÊ

do³¹czone do wejúÊ oznaczonych

jako ìXî. Powstanie na nich stanu

niskiego spowoduje takøe wymu-

szenie stanu wysokiego na wyj-

úciu bramki IC5C oraz na we-

júciach zeruj¹cych przerzutnikÛw

i†ich natychmiastowe wy³¹czenie.

Podsumowuj¹c: stan wysoki

powstanie na wyjúciu ostatniego

przerzutnika IC9A wtedy i†tylko

wtedy, kiedy wybrana zostanie

w³aúciwa liczba klucza, czyli kom-

binacja szeúciu cyfr we w³aúciwej

kolejnoúci i w†oznaczonym czasie

10k

3,3k

470nF

Mikrofon

elektretowy

Rys. 2b. Interfejs akustyczny bez

wzmacniacza.

na tych wyjúciach do czasu ode-

brania nowego kodu lub wy³¹cze-

nia zasilania.

Popatrzmy teraz na czÍúÊ sche-

matu przedstawiaj¹c¹ g³Ûwny blok

uk³adu, ktÛrego zadaniem jest ba-

danie poprawnoúci wprowadzane-

go szyfru i†podejmowanie odpo-

wiednich dzia³aÒ w†zaleønoúci od

wyniku tego badania. AnalizÍ

uk³adu rozpoczniemy w†ìmar-

twym punkcieî, kiedy wszystkie

przerzutniki s¹ wy³¹czone i†licz-

nik IC2B wyzerowany. Odebranie

przez dekoder IC3 waønego kodu

DTMF spowoduje powstanie sta-

nu wysokiego na wyjúciu STD

tego uk³adu, a†w†konsekwencji sta-

nu niskiego na wyjúciu inwertera

zrealizowanego na bramce IC5B.

W†konsekwencji opadaj¹ce zbocze

sygna³u na wejúciu wyzwalania T-

uk³adu przerzutnika monostabil-

nego IC1B spowoduje wyzwolenie

tego przerzutnika i†wymuszenie

stanu niskiego na wejúciu zeru-

j¹cym licznika IC2B. Jednoczeúnie

stan niski jest podawany na wej-

úcie !E demultipleksera IC4, na

ktÛrego wejúciach adresowych pa-

nuj¹ stany logiczne odpowiadaj¹-

ce aktualnie odebranemu kodowi

DTMF.

ZwrÛÊmy teraz uwagÍ na dwa

elementy niezwykle istotne dla

pracy uk³adu, a†jednoczeúnie bar-

dzo upraszczaj¹ce jego konstruk-

cjÍ. Mam tu na myúli z³¹cze

CON2 i†szereg wejúÊ oznaczonych

VCC

10k

3,3k

220

100nF

UL1321

Mikrofon

elektretowy

100nF

470nF

100uF

(*)

Rys. 2c. Interfejs akustyczny ze wzmacniaczem.

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej.

Elektronika Praktyczna 2/2000

Zamek szyfrowy sterowany kodem DTMF

oraz nie zostanie wprowadzona

øadna cyfra nie wystÍpuj¹ca w†ko-

dzie klucza.

ZastanÛwmy siÍ teraz, jakie

mog¹ byÊ konsekwencje prawid-

³owego wybrania kodu i†powsta-

nia stanu wysokiego na wyjúciu

Q przerzutnika IC9A. Moøliwoúci,

wybierane za pomoc¹ ustawienia

jumpera JP1, s¹ dwie:

1. Przy ustawieniu JP1 takim

jak na schemacie, stan wysoki

z†wyjúcia Q przerzutnika mono-

stabilnego IC1A, wyzwolonego do-

datnim zboczem na jego wejúciu

T+, zostanie doprowadzony do

bazy tranzystora T1, powoduj¹c

jego w³¹czenie na czas ustalony

wartoúciami pojemnoúci C1 i†re-

zystancji R1. Jest to tryb pracy

impulsowej, kiedy to sterowane

przez tranzystor T1 urz¹dzenie

(np. przekaünik) zostanie w³¹czo-

ne po prawid³owym wybraniu

kodu jedynie na pewien czas.

2. Za pomoc¹ jumpera JP1

moøemy do³¹czyÊ bazÍ tranzys-

tora T1 do wyjúcia Q†przerzut-

nika IC10B. Przerzutnik ten pra-

cuje w†uk³adzie dwÛjki licz¹cej,

a†na jego wejúcie zegarowe po-

dawane s¹ impulsy po kaødym

prawid³owym wybraniu kodu za-

mka. Jest to naprzemienny tryb

pracy, w†ktÛrym kaøde kolejne

prawid³owe wybranie szyfru po-

woduje naprzemienne w³¹czanie

lub wy³¹czenie sterowanego urz¹-

dzenia.

W†uk³adzie zastosowa³em sca-

lony stabilizator napiÍcia typu

78L05, zasilaj¹cy zamek napiÍ-

ciem sta³ym o†wartoúci 5VDC.

To chyba w†zasadzie wszystko,

co moøna powiedzieÊ o†tak pros-

tym uk³adzie. OmÛwienia wymaga

chyba jeszcze tylko sprawa wej-

úcia kodera DTMF - IC3. Nie

mog³em w†jakikolwiek sposÛb

przewidzieÊ, do jakiego celu bÍ-

dziecie chcieli wykorzystaÊ zapro-

jektowany przeze mnie zamek,

i†dlatego teø nie wyposaøy³em go

w†jakikolwiek uk³ad wejúciowy.

Na rys. 2 przedstawione zosta-

³y trzy moøliwoúci wykonania

prostych uk³adÛw wejúciowych.

Przy wspÛ³pracy opisanego uk³a-

du z†lini¹ telefoniczn¹ wystarczy

po³¹czyÊ z†ni¹ wejúcie IN za

pomoc¹ rezystora szeregowego

o†wartoúci ok. 100k

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R3: 10M

R4: 300k

Ω

R12: 10k

Ω

Kondensatory

C1: 470nF

C2: 1

C3, C5, C6, C8: 100nF

C4, C7: 220

F/16V

Półprzewodniki

D1: 1N4148 lub odpowiednik

IC1: 4098

IC2: 4520

IC3: UM92870 lub ścisły zamiennik

IC4: 4067

IC5: 4023

IC6: 7805

IC7..IC10: 4013

T1: BC548 lub odpowiednik

Różne

CON1, CON3, CON4: ARK3

(3,5mm)

CON2: 10x goldpin

CON5, CON6: ARK2 (3,5mm)

JP1: 2x goldpin + jumper

Q1: rezonator kwarcowy 3,579MHz

IN: 2x goldpin

. Przy wspÛ³-

pracy z†mikrofonem na ma³e

(0,5..1m) odleg³oúci wystarczaj¹cy

moøe okazaÊ siÍ uk³ad bez jakich-

kolwiek elementÛw wzmacniaj¹-

cych (rys. 2b). W†przypadku ko-

niecznoúci odbierania akustycz-

nych sygna³Ûw DTMF z†wiÍkszej

odleg³oúci, konieczne moøe oka-

zaÊ siÍ zastosowanie prostego

przedwzmacniacza mikrofonowe-

go, ktÛrego przyk³adowy schemat

pokazano na rys. 2c .

Uk³ad zamka powinien byÊ

zasilany napiÍciem sta³ym o†war-

toúci 7..16VDC, niekoniecznie sta-

bilizowanym.

Montaø i†uruchomienie

Na rys. 3 pokazano schemat

montaøowy p³ytki obwodu druko-

wanego. Widok mozaiki úcieøek

dostÍpny jest w†postaci plikÛw

PDF w†Internecie oraz na p³ycie

CD-EP02/2000. Na p³ycie znajduj¹

siÍ takøe projekty p³ytek w†posta-

ci plikÛw pcb dla programu Au-

totrax 1.61.

Montaø wykonujemy typowo,

rozpoczynaj¹c od elementÛw

o†najmniejszych gabarytach. Pod

uk³ady scalone zalecam, jak zwyk-

le, zastosowaÊ podstawki.

Uk³ad zmontowany ze spraw-

dzonych elementÛw dobrej jakoúci

nie wymaga jakiegokolwiek uru-

chamiania ani regulacji.

Andrzej Gawryluk, AVT

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

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

pcb.html oraz na p³ycie CD-EP02/

2000 w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 2/2000

Ω

R2, R6..R11: 100k

R5: 51k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: