Семиканальный электронный ключ

Основная функция устройства, о котором рассказывается в статье, — ограничение доступа, ограничение круга лиц, имею­щих доступ к объекту (изделию, устройству и пр.). Это могут быть, например, ячейки банковского сейфа или составные части сложного электронного изделия, ограничение доступа к кото­рым может быть осуществлено как по цепям питания, так и по цепям управления. Одноканальный кодовый замок, пожалуй, можно рассматривать как частный случай подобного электрон­ного ключа. Программные и аппаратные ресурсы микрокон­троллера ATtiny231ЗА позволяют разработать несложный мно­гоканальный электронный ключ с простым и удобным интер­фейсом. Секретный код, хранимый в энергонезависимой памяти (EEPROM) микроконтроллера, не «потеряется ‘при выключенном питании, его всегда легко перепрограммировать, используя при этом только аппаратные ресурсы самого микроконтроллера (т. е. устройства, выполненного на его основе).

Схема семиканального электронного ключа (далее ключа) представлена на рис. 1. Собран он на основе микроконтроллера ATtiny2313A (DD2) и вось­миразрядного синхронного регистра К555ИР23 (DD1). Рассмотрим его основные функциональные узлы. Рабочая частота микроконтроллера задана кварцевым резонатором ZQ1 на частоту 10 МГц. Порт РВ управляет динамиче­ской индикацией, выполненной на циф­ровых семиэлементных индикаторах HG1—HG5 и транзисторах VT1—VT5. Резисторы R3—R10 — токоограничивающие для элементов индикаторов. Для функционирования клавиатуры задействована линия PD4 (вывод 8) порта PD микроконтроллера.

Рис. 1

Питающее напряжение +5 В посту­пает на устройство через вилку ХР1. Конденсатор С6 фильтрует пульсации в цепи напряжения +5 В. Блокировочные конденсаторы С4, С5 включены в цепи питания регистра DD1 и микроконтрол­лера DD2 соответственно. Регистр DD1 задействован для увеличения числа выводных линий. В устройстве имеются семь независимых каналов. Для вклю­чения канала 1 нужно ввести секретный код № 1, канала 2 — секретный код № 2 и т. д. Выходные сигналы каналов сни­мают с контактов 1—7 розетки XS1. Сразу после подачи питания все сигна­лы имеют уровень лог. 1.

Интерфейс устройства включает в себя пятиразрядный дисплей из цифровых семиэлементных индикаторов HG1—HG5 и клавиатуру, содержащую кнопки SB1—SB8. На первых четырёх индикаторах отображается вводимый код, на пятом — номер активированного канала. Как видно из схемы, аппаратные ресурсы микроконтроллера задейство­ваны полностью.

В алгоритме работы устройства мож­но выделить 14 режимов работы. Пер­вые семь из них — режимы ввода рабо­чих кодов (№ 1 — кода N9 1, № 2 — кода № 2 и т. д.). При совпадении рабочего (вводимого с клавиатуры) и секретного кодов на соответствующем номеру канала контакте розетки XS1 на 5 с уста­навливается уровень лог. О (сигнал «Канал N», где N — его номер). Режимы № 8—№ 14 — режимы ввода (записи) секретных кодов в EEPROM микроконт­роллера (режим № 8 — для канала 1, режим № 9 — для канала 2 и т. д.).

Назначение кнопок клавиатуры:

• SB1— SB6 — кнопки ввода кода до­ступа. Они обозначены цифрами от «1» до «6». Вводимый код индицируется на дисплее устройства;
• SB7 («К») — кнопка выбора каналов 1—7 (если выбран канал 1, на индикато­ре HG5 отображается цифра «1», если выбран канал 2, — цифра «2» и т. д.);
• SB8 («З/Р») — кнопка выбора режима работы («Запись» или «Рабочий режим») для каналов 1—7. В режиме «Запись» в четвёртом разряде дисплея (индикатор HG4) индицируется децимальная точка h.

Алгоритм работы устройства следу­ющий. Сразу после включения питания цепь R1С1 формирует на входе микро­контроллера сигнал системного аппа­ратного сброса. На дисплее появляется число 00001. Микроконтроллер DD2 ждёт ввода четырёхразрядного кода. Но вначале необходимо записать секрет­ный код для каждого канала. Нажатием на кнопку SB8 («З/Р») выбираем режим «Запись» и вводим с клавиатуры код для канала 1. Микроконтроллер индицирует его на дисплее и записывает в ОЗУ. За­кончив ввод четырёхразрядного кода, нажимаем на любую из кнопок SB1 — SB6, и индицируемый на дисплее код записывается в EEPROM микроконтрол­лера, становясь секретным для канала 1. После этого на дисплее в разрядах HG1—HG4 снова индицируются нули. Кнопкой SB7 («К») выбираем следую­щий канал и проделываем аналогичные операции для канала 2 и т. д. Для выхо­да из режима записи нажимаем на кноп­ку SB8, при этом децимальная точка h на индикаторе HG4 гаснет. Устройство готово к работе.

В рабочем режиме микроконтроллер также ждёт ввода четырёхразрядного кода. Вводимый с клавиатуры код он индицирует на дисплее и записывает в ОЗУ. После ввода четвёртого разряда и последующего нажатия на одну из кно­пок SB1—SB6 микроконтроллер по­байтно сравнивает введённый код с за­писанным в его EEPROM и, если они совпадают, на 5 с подаёт сигнал на включение соответствующего канала (устанавливает лог. 0 на его выходе) и подаёт сигнал на включение звукоизлучателя BF1. Через 5 с микроконтрол­лер выключает сигнал (устанавливает на выходе канала лог. 1), обесточивает звукоизлучатель и обнуляет на дисплее разряды вводимо­го кода. Если вводимый код не совпал с секретным, то микроконтроллер всё равно обнуляет дисплей (на нём индицируется число 00001), но не изменяет состояния вы­ходного сигнала канала. Це­лесообразно, чтобы доступ к кнопке SB8 был ограничен.

Рис. 2

В программе используют­ся два прерывания: Reset и прерывание таймера ТО, об­работчик которого начинает­ся с метки ТІМ0. При переходе на метку Reset инициализируются стек, таймер, порты, а также флаги и ис­пользуемые в программе переменные.

В обработчике прерывания таймера ТО осуществляются процедура опроса кнопок SB1—SB8, функционирование динамической индикации, перекодиров­ка двоичного числа в код для отображе­ния информации на семиэлементных ин­дикаторах, а также формирование вре­менного интервала длительностью 5 с, необходимого для изменения выходных сигналов каналов (установка сигнала уровня лог. О на выводах розетки XS1), и процедуры записи и чтения набранного кода в EEPROM микроконтроллера.

В ОЗУ микроконтроллера с адреса $60 по $64 организован буфер отобра­жения для динамической индикации (по адресу $60 находится число, опреде­ляющее номер канала, а с адреса $61 по адрес $64 — вводимый код).

Секретный код из EEPROM микро­контроллера переписывается в его ОЗУ по адресам с $66 по $69. Флаги, задей­ствованные в программе, находятся 8 регистрах R19 (flo) и R25 (flol). На рис. 2 приведён фрагмент программы записи секретного кода для канала 7.

Разработанная программа на ас­семблере занимает всего около 0,7 Кб памяти программ микроконтроллера.

При изготовлении устройства при­менены резисторы С2-ЗЗН-0.125, но подойдут и любые другие с такой же мощностью рассеяния и допустимым отклонением от номинала ±5 %. Кон­денсаторы С1—С5 — керамические К10-17а, С6 — оксидный импортный. Конденсатор С4 монтируют в непосред­ственной близости от выводов питания регистра DD1, С5 — возможно ближе к выводам питания микроконтроллера DD2. Розетка XS1 — HU-10 (ответная часть — вилка WF-10), вилка ХР1 — WF-2 (ответная часть — розетка HU-2). Ин­дикаторы HG1-HG5 — HDSP-F501 (зе­лёного цвета свечения). Если нет необ­ходимости в визуальном контроле наби­раемого кода, то индикаторы HG1 — HG4, транзисторы VT1—VT4 и резисто­ры R3—R18 можно исключить, на работу устройства это не повлияет.

Схема включения соленоида для втя­гивания ригеля (задвижки) замка при­ведена на рис. 3. При поступлении на контакт 1 вилки ХРЗ сигнала лог. 0 вклю­чается излучающий диод оптрона U1 и открывается встроенный в него фото­транзистор. При этом открывается транзистор VT1 и напряжение 24 В с контакта 1 вилки ХР2 поступает на контакт 1 вилки ХР1 и далее на соленоид, в результате чего ригель замка втягива­ется в него. Резисторы — любые указан­ных на схеме номиналов и рассеивае­мой мощности, конденсатор С1 — оксидный К50-35 или импортный ана­лог. В общем случае схемное решение этого узла определяется конкретными параметрами подключённых к ключу исполнительных устройств.

Рис. 3

Налаживания описанное устройство не требует. При использовании исправ­ных деталей и отсутствии ошибок в мон­таже оно начинает работать сразу после подачи напряжения питания. Для повы­шения степени защиты (увеличения разрядности эталонного кода) можно доработать программное обеспечение. В этом случае на дисплее будут отобра­жаться только четыре младших (или столько же старших) разряда вводимо­го кода.

Автор:  С. ШИШКИН, г. Сэров Нижегородской обл.

Источник: Радио №2,  2015