Автоматика и электроника в быту

КОДОВЫЙ ЗАМОК

Кодовые замки нашли применение для охраны внутренних помещений. В статье описан замок, в котором пульт ввода кода оформлен в виде одной кнопки и двух цифровых светодиодных индикаторов, пометенных в общий металлический корпус, который устанавливается на месте замочной скважины обычного механического замка и не более уязвим, чем механический замок. Замок обеспечивает кодировку последовательностью двузначных чисел, которых в коде может быть от двух до шести — на выбор владельца, кроме того, учитывается их последовательность в коде.

Число возможных комбинаций кода определяется по формуле, где п — общее число кнопок, т. —

Отсюда следует, что использование кодовой последовательности более чем из шести чисел практически бессмысленно, так как уже в этом случае число возможных кодовых комбинаций достигает числа К = 1011, а вероятность угадывания кодовой комбинации соответственно равна Р = 10-11. Для сравнения вероятность выигрыша в спортлото (угадывание 6 чисел из 49) равна 10-6.

Питание электрической части замка автономно — сухие элементы. В ждущем режиме потребляемый от батареи ток составляет приблизительно 2 мА.

Процесс открывания замка на практике выглядит так. При нажатии на кнопку начинают светиться цифровые индикаторы. Каждый кратковременный нажим на кнопку увеличивает показания индикаторов на 10. При появлении нужного десятка кнопку задерживают в нажатом положении. Спустя 300 мс начинают автоматически, с частотой 3 Гц изменяться показания разряда единиц. В момент появления на индикаторе кодового числа кнопка отпускается. В течение половины секунды для контроля правильности набора показания на индикаторе сохраняются, затем происходит ввод числа в память и установка индикаторов в нуль. Можно набирать следующее число. При любой ошибке или нарушении последовательности ввода код надо вводить заново, так как уже записанные в память замка числа стираются. Внешне эти сбросы информации никак не проявляются. В случае правильного набора кода сразу после ввода последнего числа срабатывает исполнительное устройство и открывает замок. Примерно через 5 с после отпускания кнопки индикация прекращается независимо от того, сработало исполнительное устройство или нет.

Принципиальная схема замка состоит из двух частей. Первая часть (рис. 1) представляет собой формирователь чисел и содержит элементы DD2.I, DD3.1, DD3.2, DD4—DD7 с соответствующими RC-цепочками и цифровые индикаторы HG1 и HG2. Вторая часть (рис. 2) — назовем ее процессорной — собрана на базе незамкнутого кольцевого регистра (триггеры DD11 — DD13) с цепями защиты от нарушений правил ввода (микросхемы DD3.3, DD8—DDIO, DD14, DD15) и выходного устройства на транзисторах VT2, VT3 и реле К1, контакты которого включают исполнительное устройство, открывающее замок. Контакты реле К1 и исполнительное устройство на схеме не показаны.

Рассмотрим работу обеих частей по очереди. В исходном состоянии все счетчики и триггеры находятся в состоянии логического 0. На логических элементах (см. рис. 1) DD1.I и DD1.2 собран генератор с периодом следования импульсов около 3 мс, а на DD1.3 и DD1.4 — генератор с периодом около 300 мс. Длительность периодов определяется цепочками R2C2 и R7C6 соответственно. Параметры входной цепи первого генератора RICIR3 подобраны так, чтобы при нажатии на кнопку SB1 генератор вырабатывал только один импульс, что обеспечивается временем зарядки конденсатора С1 и которое несколько больше длительности одного периода генератора.

Рис. I. Принципиальная схема (I часть —формирователь чисел)

Этим исключается влияние искрения контактов на работу генератора.

Параметры входной цепи второго генератора VD2R6C5 выбраны такими, чтобы генерация начиналась только спустя 300 мс после нажима и удерживания кнопки SB1, что обусловлено временем зарядки конденсатора С5 через резистор R6, а прекращалась сразу после ее отпускания за счет разрядки этого конденсатора через диод VD1 и резистор R3.

Импульсы с каждого генератора поступают на соответствующую пару счетчиков DD4, DD5 или DD6, DD7, один из которых служит для индикации чисел на светодиодном индикаторе HG1 (или HG2), а другой создает высокие потенциалы на входах микросхем DD9 и DD10 (1ис. 2). У каждого элемента этих микросхем один вход подсоединяется к любому из выходов счетчика DD4, второй — к любому из выходов счетчика DD6 и третий — к схеме разрешения ввода чисел в регистр, собранной на инверторе DD3.1 и триггере DD2.1.

транзистор закрывается и индикаторы гаснут.

Вторая часть схемы — процессор (рис. 2) — выполняет функции памяти, опознавания кодового числа, защиты от попыток подобрать код и включения исполнительного устройства. Ее основная часть — триггеры DDll—DD13. В исходном состоянии у всех триггеров Q-выходы находятся в состоянии логического 0. На D-входе первого (DD11.1) триггера постоянно установлен высокий уровень. На D-входе каждого следующего триггера уровень зависит от состояния Q-выхода предыдущего триггера, и в исходном состоянии на D-выходах — нули. Это означает, что при подаче импульсов на С-вход любого триггера, кроме первого, его состояние не изменится. Этим обеспечивается соблюдение последовательности при вводе кодовых чисел.

Чтобы закодировать замок, как было сказано ранее, необходимо каждую пару входов элементов DD9 и DD10 подсоединить соответственно к выходам счетчика десятков DD4 и счетчика единиц DD6.

Рис. 2. Принципиальная схема (II часть,—процессор). Указанное подключение входов DD9 и ОО10 к счетчикам DD4 и DD6 образует код 20—31-54-76-89—19

При этом число одновременно подсоединяемых входов к одному и тому же выходу счетчика не ограничено, например в каждом числе кода может встречаться одна и та же цифра. Однако повторение в коде одного и того же числа не допускается. К примеру, код 15—25—35—45—55—65 или 31—32—33—34—35—36 допустим, а код 05—23—45—05—56—99 — нет. Объясняется это тем, что при вводе числа 05 в регистр первый триггер регистра на команду отреагирует нормально, а четвертый триггер расценит ее как нарушение последовательности ввода чисел и в результате сформируется команда сброса.

-При необходимости уменьшение длины кодовой последовательности осуществляется простым подключением входов элемента DD3.4 к Q-выходу соответствующего триггера. При этом в случае набора выключенной части кода происходит сброс регистра как от нарушения последовательности, т. е. автоматически превращается в не кодовую.

Используемые цифровые индикаторы потребляют ток около 5 мА на сегмент и поэтому подключены к выводам микросхем DD5 и DD7 непосредственно. Хотя технические условия этого не допускают. Практически это возможно (см., например, статью С. Алексеева Применение микросхем серии К176 в журнале Радио № 4 за 1984 г.). Если используются индикаторы с большим потребляемым током, необходимо между ними и микросхемами установить промежуточные транзисторы, как описано в той же статье.

Во избежание появления сбоев в работе замка в конце срока службы батарей при включении индикаторов, реле или исполнительного устройства микросхемы питаются через развязывающий фильтр R13C9.

В связи с практической невозможностью подобрать код в замке не предусмотрена сигнализация о попытках подбора кода. Если же такая сигнализация необходима, ее можно собрать по схеме, показанной на рис. 3. Работает она следующим образом. На элементах DD16.1 и DD16.2 собран KS-триггер. В исходном состоянии на выходе элемента DD 16.1 находится логическая 1, конденсатор СЮ заряжен почти до напряжения источника питания и в результате на . выходе элемента DD16.3 поддерживается низкий уровень, закрывающий транзистор VT4. В это время реле К2 обесточено и сигнализатор выключен.

Рис. 3. Схема сигнализации о попытках подбора кода

При первом же нажиме на кнопку SB1 (см. рис. 1) триггер перейдет в другое устойчивое состояние. На выходе элемента DD16.1 появится низкий уровень и конденсатор СЮ начнет разряжаться через резистор R15. Спустя некоторое время, равное здесь 40 с, на выходе элемента DD16.3 появится высокий уровень, откроется транзистор VT4 и контакты реле К2 включат сигнализатор.

Одновременно этот высокий уровень поступит на вход 5 элемента DD16.2 и вернет триггер в исходное состояние. Конденсатор СЮ вновь начнет заряжаться через цепочку VD4R14R15 и примерно через 5 с сигнализатор выключится. Так схема будет работать в том случае если в течение 40 с ход не будет набран. Если же код за это время будет введен, то высокий уровень, пришедший с Q-выхода последнего триггера регистра на вывод 4 элемента DD16.2, переведет схему в исходное состояние еще до включения сигнализатора, и конденсатор СЮ, не успев разрядиться, зарядится снова.

Конструкция и детали. Замок собран на микросхемах серии К176, однако вполне допустимо использовать серии К561 и К564 без каких-либо изменений в схеме. Если возникнут затруднения с приобретением счетчиков-дешифраторов К176ИЕ8 и К176ИЕ4, каждую их пару можно заменить одним счетчиком К176ИЕ2 и двумя дешифраторами К176ИД1 и К176ИД2 (или К176ИДЗ). К остальным элементам схемы особых требований не предъявляется. Транзисторы и диоды могут быть любыми кремниевыми, с малыми обратными токами (для снижения потребляемого тока в ждущем режиме), конденсаторы керамические типа КМ-6, КМ-5 или КЛС; электролитические — типа К50-24. Все резисторы типа МЛТ-0,125 или аналогичные. Кнопка SB1 — любая без фиксации. В схеме на рис. 3 в качестве сигнализатора можно использовать любой квартирный звонок. Электромагнит — самодельный, его конструкция приведена на рис. 4. Он представляет собой трубчатый каркас 1 из бумаги или лучше латуни, на который намотан в навал провод 2 марки ПЭВ-0,2 до заполнения. С одного торца в каркас туго вставлен или вклеен короткий отрезок 4 из магнитомягкого железа, с другого вставляется якорь 5 из того же материала.

Изготовленный по данному описанию электромагнит подключается к + батареи через контакты реле KI. Следует заметить, что тяга такого электромагнита может оказаться недостаточной для надежного отвода щеколды замка, так как он рассчитывался не для отвода щеколды, а для ее разблокировки.

Рис. 4. Эскиз электромаг нита: 1 — каркас; 2 — обмот ка; 3 — щечки; 4 — заглушка; 5 — якорь

Рис. 5. Конструкция пульта

Открывался же замок с помощью дверной ручки. Иными словами, силовых нагрузок к якорю электромагнита не прилагалось. При необходимости дистанционно открывать замок с помощью электромагнита лучше воспользоваться более мощным сетевым электромагнитом или, если это нежелательно, использовать в качестве исполнительного устройства микроэлектродвигатель с редуктором.

Возможная конструкция пульта приведена на рис. 5, он представляет собой стальной стакан 10, в дне которого сделаны два прямоугольных окна. За окнами установлены светодиодные индикаторы 6. В окна вставлены защитные пластинки 3 из оргстекла. Для фиксации пластинок в окнах края последних и края пластинок слегка расширяются внутрь. Пластинки вставляют в окна изнутри и через тонкую прокладку из белой бумаги поджимают стальным диском 4, имеющим такие же окна, как и стакан, но поменьше. В свою очередь диск крепится ко дну стакана тремя штифтами 5, разнесенными друг от друга на 120. В дне стакана и в диске есть отверстие под шарик от подшипника 1, являющийся кнопкой пульта. Отверстие сделано таким, чтобы шарик в него не проваливался, но слегка выступал наружу из дна стакана. Внутри стакана закреплен упор II, ограничивающий ход шарика. В упоре есть наклонное отверстие, в которое вставлен штифт 2, механически связывающий шарик с контактами 9. Штифт должен быть изолирован от контактов или быть неметаллическим. Светодиодные индикаторы 6 прижимаются к диску 4 резиновым бруском 7. Сзади на стакан навинчивается крышка с отверстием под провода от контактов и индикаторов. Крышка одновременно служит гайкой для крепления пульта в двери. Габаритные размеры пульта не указаны, так как они в основном определяются размерами индикаторов.

Электронная часть замка собрана на универсальной печатной плате, соединения выполнены монтажным проводом марки МШВ-0,07 или аналогичным. Возможен и любой другой способ монтажа.

В качестве источника питания используется батарея из 6-9 элементов А373, которой хватает на год непрерывной работы. Использовать сетевой источник питания не следует.

Благодаря компактности, некритичности к источнику питания, механической прочности пульта и высокой надежности замок можно применять для охраны практически любого помещения — квартиры, дачи и даже автомашины, если установить его вместо замка зажигания. В последнем случае схему надо несколько доработать: убрать конденсатор С4, поставив вместо него кнопку с нормально разомкнутыми контактами между резистором R5 и точкой А схемы. Эта кнопка предотвратит выключение зажигания в момент гашения индикации и одновременно будет служить выключателем зажигания. А схема сигнализации о попытках подбора кода станет неплохим автосторожем, особенно если третий, неиспользуемый вход элемента DD16.1 подключить к кнопке освещения салона в двери машины. Тогда сигнал тревоги появится через 40 с после открывания двери, если за это время зажигание не будет включено, и будет повторяться каждый раз при попытках подобрать код.

Все налаживание замка при правильном монтаже сводится к его кодировке и установке приемлемых временных задержек, если те задержки, которые обеспечиваются указанными номиналами деталей, неприемлемы. Однако следует помнить, что чем меньше длительность индикации и выше частота изменения показаний индикатора, тем быстрее можно открыть замок. Кроме того, увеличивается срок службы источника питания и затрудняются попытки подобрать код.

Кодировка осуществляется однократно в процессе монтажа, какие-либо разъемы или переключатели для этой цели не предусмотрены из-за невозможности подобрать код.

Из каждой пары свободных входов элементов DD9 и DO 10 один подсоединяется к одному из выходов счетчика DD4 (десятки), а второй ~ к одному из выходов счетчика DD6 (единицы). В результате синтезируется двузначное число. При этом число, синтезированное элементом DD9.1, будет первым числом кода и с него надо будет начинать ввод кода с пульта. Число, синтезированное элементом DD 10.3, будет последним числом кода. При необходимости (если все-таки она возникнет) изменить код следует перепаять входы элементов DD9 и DD10 к другим выходам счетчиков DD4 и DD6.