Автор: С. Кулешов
Опубликовано: Журнал "Радио", 9/1999

Предлагаемый электронный кодовый замок весьма прост, собран из небольшого числа деталей. Он отличается высокой надежностью в работе, снабжен цифровой клавиатурой для введения кода из восьми цифр, узлом включения сигнализации при наборе неправильного кода и защищен от ошибки при нажатии нескольких кнопок одновременно. Устройство может быть постоянно включено, так как выполнено на микросхемах КМОП и потребляет незначительный ток от источника питания.

На страницах журнала "Радио" было описано немало различных конструкций электронных кодовых замков, например, [1,2]. Однако интерес к подобным устройствам по-прежнему велик. Замки различаются по сложности, секретности, способу введения кода. Многие из них - с одно- или двухкнопочным управлением. И все же устройства с цифровой клавиатурой остаются наиболее популярными. Они позволяют добиться большой секретности при сохранении удобства пользования.

Схема подобного кодового замка приведена на рис. 1. На счетчике-дешифраторе DD2 и управляемом тактовом генераторе на элементах DD1.1 и DD1.2 выполнен узел защиты от одновременного нажатия нескольких кнопок. Счетчик DD3.1 подсчитывает число введенных цифр, а счетчик DD3.2 - только тех из них, которые совпадают с кодом. Одновибратор на элементах DD1.3 и DD5.1 подавляет дребезг контактов при нажатии кнопок. На мультиплексоре DD4 собран узел сравнения введенной цифры с кодом. Элемент DD5.3 включает сигнальное устройство, если введен неправильный код. Цепь R4СЗVD1 обеспечивает начальную установку устройства (сброс счетчиков микросхемы DD3).

В исходном состоянии на выходах счетчиков DD3.1 и DD3.2 - напряжение низкого уровня, тактовый генератор на элементах DD1.1 и DD1.2 вырабатывает импульсы, поступающие на счетный вход счетчика-дешифратора DD2, на выходах которого последовательно появляется единичный сигнал. На адресных входах мультиплексора DD4 - напряжение низкого уровня, что соответствует соединению его выхода с входом D0.

При нажатии на кнопку, например "3", в момент появления единичного сигнала на соответствующем выходе счетчика-дешифратора запускается одновибратор на элементах DD1.3 и DD5.1. На выходе DD5.1 - напряжение низкого уровня, запрещающее работу тактового генератора. Если цифра "3" правильная, единичный сигнал, присутствующий на входе мультиплексора, передается на его выход, разрешая увеличение на единицу значения счетчика DD3.2. Изменение состояния счетчика произойдет по спаду импульса на выходе одновибратора. Счетчик DD3.1 также увеличит свое значение на единицу. Если набранная цифра неверна, изменится только состояние счетчика DD3.1. Пока на выходе одновибратора будет присутствовать единичный сигнал, нажатие других кнопок или дребезг контактов уже нажатой не вызовут изменения состояния устройства. При вводе следующей цифры будет подключен вход D1 мультиплексора и т. д.

Если код введен правильно, после набора восьмой цифры на выходе 8 счетчика DD3.2 появляется единичный сигнал, разрешающий работу исполнительного механизма замка; на выходе элемента DD5.3 присутствует нулевой сигнал, запрещающий работу сигнального устройства. При наборе неправильного кода число в счетчике DD3.2 будет меньше, чем в счетчике DD3.1. Это вызовет появление напряжения высокого уровня на выходе элемента DD5.3 и включение сигнализации.

При нажатии любой кнопки конденсатор С3 разряжается через диод VD1 и выходные цепи элемента DD5.2. После этого в течение некоторого времени (при указанных номиналах резистора R4 и конденсатора С3 - около 4 с) напряжение на конденсаторе С3 достигает порогового уровня сброса счетчиков DD3.1 и DD3.2. Это необходимо для того, чтобы при ошибке введения кода можно было через некоторое время повторить набор.

Временная задержка создает дополнительные трудности злоумышленнику, так как требует много времени на попытки подобрать код.

Нажатие на кнопку должно быть коротким, меньше длительности импульса, формируемого одновибратором на элементах DD1.3, DD5.1. В противном случае, если клавиша останется нажатой, одновибратор снова запустится и та же цифра будет введена вновь. Для злоумышленника это также станет дополнительной преградой.

Установка кода сводится к распайке перемычек между выходами счетчика-дешифратора и входами мультиплексора (на схеме указан код 14236757). Число возможных комбинаций равно 10 ⁸ , что выше по сравнению, например, с [1]. При необходимости число цифр в коде можно уменьшить до четырех, подключив нижний (по схеме) вход элемента DD5.3 к выходу 4 счетчика DD3.2, а верхний вход - к выходу 4 счетчика DD3.1, предварительно отключив от цепей, использованных ранее. Незадействованные входы микросхемы DD4 следует соединить с общим проводом. Естественно, секретность замка в этом случае будет ниже.

Сигнальное устройство должно включаться напряжением высокого уровня и работать после приведения электронной части замка в исходное состояние. Сброс устройства в исходное состояние можно выполнять отдельной кнопкой, размещенной вместе с остальными. Для этого необходимо исключить элементы R4, СЗ и VD1, подключив резистор сопротивлением 100 кОм между точкой соединения выводов 7 и 15 микросхемы DD3 и общим проводом и дополнительную кнопку между этой точкой и проводом питания. Надежность устройства несколько повысится, если между каждой кнопкой и точкой соединения резистора RЗ с нижним (по схеме) входом элемента DD5.2 включить любые кремниевые диоды (например, КД521А) анодами к кнопкам.

Желательно, чтобы сигнальное устройство при включении блокировало дальнейшую работу замка, например, отключало питание электронной части. Если это не предусмотрено, можно доработать замок согласно рис. 2, предварительно отключив вывод 5 DD1.2 от остальных цепей. После включения сигнального устройства работа тактового генератора будет блокирована, что усложнит дальнейшие попытки подборки кода.

Электронная часть кодового замка выполнена на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Клавиатура должна находиться в непосредственной близости от печатной платы во избежание помех, наводимых в длинном соединительном кабеле. Ее конструкция может быть произвольной. Например, допустимо использовать клавиатуру от телефона с кнопочным номеронабирателем (в этом случае необходимо изменить подключение ее клавиш). Устройство питают от стабилизированного источника питания напряжением 9...15 В. Так как устройство потребляет в режиме покоя довольно малый ток, возможно введение резервного источника питания на случай отключения напряжения питающей сети.

Микросхемы устройства могут быть заменены на аналогичные серий 564 или К176. На месте VD1 применимы любые кремниевые импульсные диоды, например, Д220, КД503А. Резисторы и конденсаторы могут быть любых типов, подходящие по размерам. В непосредственной близости от микросхем к их цепям питания необходимо подключить керамические блокировочные конденсаторы суммарной емкостью 0,047...0,5 мкФ (на схеме не показаны).

Описываемый кодовый замок, собранный без ошибок, начинает работать сразу. Требуется только при необходимости установить нужные временные задержки: подбором резистора R2 - для устранения дребезга контактов после нажатия кнопки и резистора R4 - для приведения устройства в исходное состояние.

В авторском варианте электронная часть кодового замка смонтирована в корпусе от кнопочного телефонного аппарата "СПЕКТР-305". Питание осуществляется от источника с гасящим конденсатором. Механическая часть представляет собой электромагнит от реле РКМ-1 (паспорт РС4.500.841), снимающий блокировку замка (аналогично описанному в [1]).

От редакции. Для более четкой работы устройства рекомендуется последовательно с конденсатором С2 включить резистор сопротивлением 5...10 кОм.

Литература

1. Баранов В. Кодовый замок с однокнопочным управлением. - Радио, 1991, # 12, с. 24-27.

2. Сергеенко С. Кодовый замок с сенсорным управлением. - Радио, 1994, # 11, с. 30, 31.