17_20.pdf
(
421 KB
)
Pobierz
32692403 UNPDF
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
1
Elektronika Praktyczna 6/2004
17
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
18
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
19
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
.
20
Elektronika Praktyczna 6/2004
Plik z chomika:
grzesrekin
Inne pliki z tego folderu:
65_66.pdf
(332 KB)
1.pdf
(338 KB)
10_16.pdf
(529 KB)
117_120.pdf
(488 KB)
121_122.pdf
(185 KB)
Inne foldery tego chomika:
01.04
02.04
03.04
04.04
05.04
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin