Zamek elektroniczny na J E K T Y
P R Okarty chipowe
Zamek elektroniczny na
karty chipowe
AVT-5054
Coraz czÍÅ›ciej jesteÅ›my
zmuszani do ochrony swojego
mienia. Stosowane sÄ…
przerÛÅ‚ne urzÄ…dzenia: od
standardowych zamkÛw
mechanicznych po wymyślne
konstrukcje elektroniczne.
Wraz z dynamicznym
rozwojem elektroniki, do
zabezpieczeÒ coraz czÍÅ›ciej
stosuje siÍ wÅ‚aÅ›nie ukÅ‚ady
elektroniczne.
Jedno z nowoczesnych,
a przy tym bardzo modnych
rozwiÄ…zaÒ przedstawiamy
w artykule.
Coraz czÍÅ›ciej widzimy, Å‚e samochodu. WÛwczas stosowane
w drzwiach zamiast typowych sÄ… klawiatury, pastylki Dallas,
wkładek mechanicznych znajduje karty magnetyczne itp.
siÍ klawiatura. Ma to wielkÄ… zaletÍ, Kolejnym, chyba najwygodniej-
gdył nie trzeba nosiĘ przy sobie szym w stosowaniu, sposobem za-
kluczy i nie ma ryzyka przypadko- bezpieczenia jest wykorzystanie
wego zatrzaÅ›niÍcia drzwi, co siÍ komunikacji bezstykowej za po-
czÍsto zdarza akurat wtedy, gdy mocÄ… fal elektromagnetycznych.
zapomnimy zabraĘ ze sobą klucza. Układ takiego zabezpieczenia skła-
Stosowane sÄ… rÛwnieÅ‚ zamki na da siÍ z odbiornika, w ktÛrym
karty magnetyczne - to z kolei znajduje siÍ antena nadawczo-
uwalnia nas od noszenia pÍku odbiorcza oraz ukÅ‚adu nadajnika.
kluczy dzwoniÄ…cych w kieszeni. Stosowane sÄ… nadajniki o rÛÅ‚nych
Zabezieczenia tego rodzaju sÄ… wymiarach. Najmniejsze obecnie
stosowane rÛwnieÅ‚ w samocho- stosowane majÄ… wymiary 12x6mm,
dach. ZarÛwno producenci samo- co pozwala na umieszczenie ich
chodÛw jak i alarmÛw samocho- na przykÅ‚ad w kluczyku. UkÅ‚ad
dowych przeÅ›cigajÄ… siÍ w konstru- odbiornika wytwarza pole elektro-
owaniu coraz to bardziej skompli- magnetyczne, ktÛre indukuje
kowanych systemÛw. Od podsta- w cewce nadajnika napiÍcie zasi-
wowego, sterowanego pilotem ra- lajÄ…ce jego ukÅ‚ady wewnÍtrzne.
diowym ze staÅ‚ym kodem, po- Komunikacja pomiÍdzy nadajni-
przez piloty ze zmiennym kodem, kiem i odbiornikiem odbywa siÍ
aÅ‚ po komunikacjÍ dwukierunko- wskutek modulacji pola magne-
wÄ…, w ktÛrej wykorzystuje siÍ tycznego - wystarczy tylko zbliÅ‚yĘ
skomplikowane algorytmy kodujÄ…- nadajnik do odbiornika.
ce. Jako dodatkowe zabezpiecze- W zaleÅ‚noÅ›ci od rozmiarÛw an-
nie mołe byĘ stosowany dodatko- teny nadawczo-odbiorczej oraz na-
wy ukÅ‚ad umieszczony w kabinie dajnika uzyskuje siÍ rÛÅ‚ne odleg-
Elektronika Praktyczna 3/2002
21
Zamek elektroniczny na karty chipowe
W prezentowanym elektronicz- naleły strzec karty, aby nie do-
nym urzÄ…dzeniu identyfikujÄ…cym staÅ‚a siÍ w niepowoÅ‚ane rÍce.
zostaÅ‚a zastosowana Å‚atwo dostÍp- W celu zaprogramowania karty
na karta chipowa firmy Xicor zastosowano metodÍ rÍcznego ge-
X24026. Nie jest to rozbudowana nerowania kodu dostÍpu. MoÅ‚na
karta mikroprocesorowa, bowiem zastosowaĘ programowy generator
zawiera w swojej strukturze tylko liczb pseudolosowych, ale takie
256 bajtÛw nieulotnej pamiÍci generatory wykazujÄ… duÅ‚Ä… powta-
EEPROM, ale do pracy z naszym rzalnośĘ generowanych liczb. Mog-
urządzeniem jest w zupełności łoby to spowodowaĘ wygenerowa-
Rys. 1. WyglÄ…d oraz opis
wystarczajÄ…ca. nie takiego samego kodu przez
wyprowadzeń karty X24026.
Na rys. 1 przedstawiono widok dwa rÛÅ‚ne zamki elektroniczne,
karty oraz opis jej wyprowadzeÒ. a co za tym idzie dostÍp do
Å‚oÅ›ci, przy ktÛrych moÅ‚liwa jest Jest to karta o wymiarach standar- chronionego urzÄ…dzenia osÛb nie-
wymiana informacji (od kilku cen- dowej karty płatniczej. powołanych.
tymetrÛw nawet do kilku met- Komunikacja pomiÍdzy pamiÍ- RÍczne generowanie kodu po-
rÛw). Komunikacja bezstykowa jest ciÄ… wbudowanÄ… w kartÍ i otocze- lega na cyklicznym zatrzymywa-
dziedzinÄ… stale rozwijajÄ…cÄ… siÍ. niem odbywa siÍ za pomocÄ… ma- niu licznika zawartego w proceso-
W przyszÅ‚oÅ›ci bÍdzie moÅ‚na na gistrali I2C. Dla procesora jest ona rze, w rÛÅ‚nych odstÍpach czasu.
przykÅ‚ad zapÅ‚aciĘ za przejazd au- zwykÅ‚Ä… pamiÍciÄ… EEPROM o roz- Zasada jest podobna jak w elek-
tostradÄ… przejeÅ‚dÅ‚ajÄ…c pomiÍdzy miarze 256 bajtÛw i adresie bazo- tronicznej kostce do gry. Taki
specjalnymi bramkami bez ko- wym B10100000. MoÅ‚na jÄ… wiÍc sposÛb wydaje siÍ byĘ najbardziej
niecznoÅ›ci zatrzymywania siÍ lub traktowaĘ jako pamiÍĘ umieszczo- przypadkowy, gdyÅ‚ nie moÅ‚na
kupiĘ bilet do kina przechodzÄ…c nÄ… w nieco nietypowej obudowie. przewidzieĘ, w ktÛrym momencie
przez drzwi. Ale do czasu kiedy Karta nie ma ładnego kodu, obsługujący zatrzyma licznik, a nie
to nastÄ…pi musimy zadowoliĘ siÍ ktÛry by jÄ… identyfikowaÅ‚, jak to zna on stanu licznika w danym
rozwiÄ…zaniami konstrukcyjnymi jest w przypadku pastylek Dallas, momencie, wiÍc nie moÅ‚e celowo
stosowanymi obecnie. Coraz czÍÅ›- gdyÅ‚ kaÅ‚dy ukÅ‚ad ma swÛj uni- wybraĘ konkretnej wartoÅ›ci. Spo-
ciej mamy przy sobie rÛÅ‚ne karty, kalny numer seryjny. Za pomocÄ… sÛb programowania zostanie opi-
czy to telefoniczne czy pÅ‚atnicze. tego numeru moÅ‚na identyfikowaĘ sany w dalszej czÍÅ›ci artykuÅ‚u.
Nawet dowÛd osobisty czy obec- dany ukÅ‚ad, a tym samym nada- WyjÅ›cie sterujÄ…ce zamka moÅ‚e
nie stosowane prawo jazdy ma waĘ mu określone uprawnienia. pracowaĘ w jednym z trzech try-
wymiary karty pÅ‚atniczej. Jak wi- Nowa karta jest zwykÅ‚Ä… pamiÍ- bÛw:
daĘ karta pÅ‚atnicza zostaÅ‚a przy- ciÄ… EEPROM, w ktÛrej wszystkie 1. Po wÅ‚oÅ‚eniu karty z prawid-
jÍta jako standard wszelkiego ro- komÛrki majÄ… wartośĘ FFh, a za- Å‚owym kodem przekaünik jest za-
dzaju noÅ›nikÛw danych. tem karty nie rÛÅ‚niÄ… siÍ niczym Å‚Ä…czony przez czas, gdy karta jest
Karty moÅ‚na podzieliĘ na dwie miÍdzy sobÄ…. Dlatego kaÅ‚dÄ… kartÍ w czytniku - po wyjÍciu karty
grupy: karty magnetyczne i karty przed uÅ‚yciem naleÅ‚y zaprogra- przekaünik zostaje zwolniony.
chipowe. W kartach magnetycz- mowaĘ. Mołna to uczyniĘ za 2. Po kałdorazowym włołeniu
nych noÅ›nikiem informacji jest pomocÄ… programatora kart, co wy- wÅ‚aÅ›ciwej karty stan przekaünika
pasek magnetyczny. Pomimo, Å‚e magaÅ‚oby dobudowania do pre- zmienia siÍ na przeciwny.
ten rodzaj karty jest obecnie naj- zentowanego w artykule urzÄ…dze- 3. Po wÅ‚oÅ‚eniu karty przekaü-
bardziej rozpowszechniony, to po- nia dodatkowego programatora. nik zostaje załączony na określo-
siada on wiele wad. Przede wszys- PoniewaÅ‚ identyfikator ma fun- ny czas, nastÍpnie powraca do
tkim na karcie mołna zapisaĘ kcjonowaĘ jako niezalełne urzą- stanu spoczynkowego. Czas załą-
niewiele informacji, ponadto są dzenie, dlatego konieczne stało czenia mołe byĘ regulowany w za-
one maÅ‚o odporne na uszkodzenia siÍ wbudowanie w niego progra- kresie od 1 do 50 sekund.
mechaniczne, a takÅ‚e na dziaÅ‚anie matora, ktÛry w czasie programo- WybÛr odpowiedniego trybu
pola magnetycznego. KartÍ magne- wania generuje ciÄ…g przypadko- jest zaleÅ‚ny od indywidualnych
tycznÄ… moÅ‚na Å‚atwo uszkodziĘ. wych liczb sÅ‚uÅ‚Ä…cych pÛüniej jako potrzeb uÅ‚ytkownika.
Karty chipowe mogÄ… mieĘ, hasÅ‚o dostÍpowe. Generowany kod
w zalełności od potrzeb, dowolną (hasło) mołe byĘ 10 lub 20- Budowa układu
pojemnośĘ pamiÍci rÛÅ‚nego rodza- bajtowy, w zaleÅ‚noÅ›ci od wybra- Na rys. 2 przedstawiono schemat
ju, np. EPROM, EEPROM, RAM nej opcji. PrÛba ìzÅ‚amaniaî kodu elektryczny zamka. GÅ‚Ûwnym ele-
czy teÅ‚ Flash, do ktÛrej dostÍp o takiej liczbie bajtÛw jest raczej mentem jest procesor PIC16F84A,
moÅ‚e byĘ zabezpieczony hasÅ‚em. niemoÅ‚liwa, a przynajmniej bar- ktÛry zawiera w swojej strukturze
MogÄ… byĘ wyposaÅ‚one w wewnÍ- dzo czasochÅ‚onna. Dla porÛwna- wszystkie niezbÍdne elementy wy-
trzny procesor, dziÍki ktÛremu nia pastylki Dallas zawierajÄ… kod magane do sterowania funkcjami
wymiana informacji pomiÍdzy 8-bajtowy, ktÛry jest niemal nie- zamka. WewnÍtrzna, nieulotna pa-
czytnikiem moÅ‚e wymagaĘ specjal- moÅ‚liwy do zÅ‚amania. OczywiÅ›- miÍĘ mikrokontrolera typu EEP-
nych algorytmÛw. Zastosowanie cie, moÅ‚na skopiowaĘ zawartośĘ ROM umoÅ‚liwia zapamiÍtanie ko-
procesora znacznie utrudnia do- pamiÍci karty, ale ten mankament du uprawnionej karty, rÛwnieÅ‚
stÍp osÛb niepowoÅ‚anych do da- dotyczy wszystkich urzÄ…dzeÒ wy- w przypadku braku zasilania. Do
nych zawartych w pamiÍci karty. korzystujÄ…cych kod staÅ‚y. Dlatego zasilania caÅ‚ego ukÅ‚adu wymagane
Elektronika Praktyczna 3/2002
22
Zamek elektroniczny na karty chipowe
Rys. 2. Schemat elektryczny zamka.
jest napiÍcie 5V, ktÛre uzyskuje zuje stan pracy zamka. W zaleÅ‚- ukÅ‚ad US1 oraz przekaünik. UkÅ‚ad
siÍ z wyjÅ›cia stabilizatora (ukÅ‚ad noÅ›ci od stanu moÅ‚e Å›wieciĘ na stabilizatora US3 oraz kondensa-
US3). Do zabezpieczenia ukÅ‚adu zielono, czerwono, pomaraÒczowo tory C1 i C3 montujemy na leÅ‚Ä…-
przed odwrotnÄ… polaryzacjÄ… na- lub bÅ‚yskaĘ. co. Na koÒcu montujemy zÅ‚Ä…cza
piÍcia zasilajÄ…cego zastosowano DziÍki duÅ‚ej wydajnoÅ›ci prÄ…- CON1, CON2 i CON3. PoniewaÅ‚
diodÍ prostowniczÄ… D1. dowej portÛw procesora moÅ‚na urzÄ…dzenie nie zawiera zbyt wielu
PoniewaÅ‚ identyfikator ma sÅ‚u- bezpoÅ›rednio sterowaĘ diodami elementÛw, montaÅ‚ nie powinien
Å‚yĘ do zabezpieczania, musi wiÍc Å›wiecÄ…cymi. Porty procesora mo- byĘ kÅ‚opotliwy. Po zmontowaniu
byĘ niezawodny. W tym celu mu- gÄ… byÅ› obciÄ…Å‚ane prÄ…dem 20mA, ze sprawnych elementÛw, ukÅ‚ad
si posiadaĘ niezawodne ürÛdÅ‚o zarÛwno przy poziomie niskim zamka jest gotowy do pracy, tzn.
sygnaÅ‚u zerujÄ…cego, ktÛre unie- jak i wysokim. Takie wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci do programowania, bo od tego
moÅ‚liwi zawieszenie siÍ programu portÛw sÄ… rzadko spotykane naleÅ‚y zacząĘ jego uÅ‚ytkowanie.
przy spadku napiÍcia zasilajÄ…cego. w procesorach innych producen- Do zasilania moÅ‚na wykorzystaĘ
Do tego celu zastosowano scalony tÛw. PrzewaÅ‚nie wyjÅ›cia portÛw dowolny zasilacz o napiÍciu wyj-
ukÅ‚ad zerujÄ…cy US2 (DS1813). moÅ‚na obciÄ…Å‚aĘ duÅ‚ym prÄ…dem Å›ciowym rÛwnym okoÅ‚o 9V i prÄ…-
Układ ten zeruje mikrokontroler, tylko, gdy na jego wyjściu jest dzie około 100mA.
gdy napiÍcie zasilajÄ…ce spadnie niski poziom napiÍcia.
poniÅ‚ej napiÍcia progowego Jako ürÛdÅ‚o sygnaÅ‚u zegarowe- ObsÅ‚uga zamka
i umoÅ‚liwia ponownÄ… pracÍ po go procesora zastosowano genera- Przed rozpoczÍciem pracy
około 150ms od chwili, gdy na- tor RC, gdył nie ma potrzeby układ naleły odpowiednio skon-
piÍcie wzroÅ›nie powyÅ‚ej okreÅ›lo- bardzo precyzyjnego odliczania figurowaĘ, w zaleÅ‚noÅ›ci od zamka
nego progu. czasu. PoniewaÅ‚ wewnÍtrzny z jakim ma wspÛÅ‚pracowaĘ. Za-
Jako układ wykonawczy zasto- układ generatora, po odpowied- czynamy od zaprogramowania ko-
sowano miniaturowy przekaünik nim skonfigurowaniu, moÅ‚e du karty. W tym celu zwieramy
z dwoma parami stykÛw o prÄ…dzie wspÛÅ‚pracowaĘ z generatorem RC, zworkÍ JP3. JeÅ‚eli kod zabezpie-
przewodzenia rÛwnym 1A. Do zostaÅ‚ on zastosowany, co pozwo- czajÄ…cy ma byĘ 20-bajtowy, zwie-
zÅ‚Ä…cza CON2 sÄ… doÅ‚Ä…czone wypro- liÅ‚o zmniejszyĘ koszt ukÅ‚adu. ramy rÛwnieÅ‚ zworkÍ JP1 (w prze-
wadzenia stykÛw przekaünika. ciwnym przypadku kod bÍdzie
MoÅ‚liwe jest wiÍc zarÛwno zaÅ‚Ä…- MontaÅ‚ i uruchomienie 10-bajtowy). NastÍpnie wÅ‚Ä…czamy
czenia, jak rÛwnieÅ‚ przerwanie Schemat montaÅ‚owy pÅ‚ytki za- zasilanie - dioda Å›wieci pomaraÒ-
obwodu wyjÅ›ciowego w stanie ak- mka pokazano na rys. 3. MontaÅ‚ czowo - i wkÅ‚adamy kartÍ do
tywnym zamka elektronicznego. zaczynamy od rezystorÛw, nastÍp- zÅ‚Ä…cza CON3. JeÅ‚eli wybraliÅ›my
Dwukolorowa dioda LED sygnali- nie montujemy podstawkÍ pod kod 10-bajtowy, to bÅ‚yska dioda
Elektronika Praktyczna 3/2002
23
Zamek elektroniczny na karty chipowe
stajÄ… przepisane do pa-
WYKAZ ELEMENTÓW
miÍci karty. Gdy wy-
Rezystory
ciÄ…gniemy kartÍ, to za-
R1, R2: 4,7k&!
pali siÍ dioda czerwo-
na. Jeśli chcemy uły- R3, R4: 330&!
RP: 8*10k&!
waĘ tylko jednej karty,
to proces programowa- Kondensatory
nia zostaÅ‚ zakoÒczony.
C1, C3: 100µF/16V
Jełeli zaś chcemy, aby
C2, C4: 100nF
uprawnienia miaÅ‚o wiÍ-
C5: 33pF
cej uÅ‚ytkownikÛw, to
Półprzewodniki
wkładamy do czytnika
D1: 1N4007
kolejnÄ… kartÍ. Procesor
D2: dioda LED 5mm dwukolorowa
ponownie skopiuje za-
T: BC547
wartośĘ kodu z we-
US1: PIC16F84A zaprogramowany
wnÍtrznej pamiÍci EEP-
US2: DS1813
ROM do pamiÍci karty.
US3: 7805
W czasie programowa-
Różne
nia dioda bÍdzie bÅ‚ys-
CON1: ARK2 (3,5mm)
kała w kolorze poma-
CON2: ARK3 (3,5mm)
raÒczowym. Proces pro-
CON3: złącze kart np. LM08
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce gramowania dodatko-
drukowanej zamka.
wych kart mołna po- JP1...JP3: goldpin 1x2 + jumper
PK: przekaznik OMRON 5V typ G6H
wtarzaĘ wielokrotnie,
zielona, jeÅ‚eli zaÅ› kod 20-bajtowy, a zatem liczba uprawnionych osÛb Karta X24026
to błyska dioda czerwona. Teraz do otwierania zamka nie jest
musimy 10 lub 20 razy, w zaleÅ‚- ograniczona. czas zaÅ‚Ä…czenia przekaünika naleÅ‚y,
ności od wybranego rozmiaru ko- Wszystkie karty mają zapisany przy wyłączonym zasilaniu, ze-
du, rozwieraĘ i zwieraĘ zworkÍ ten sam kod, nie ma wiÍc moÅ‚- wrzeĘ zworki JP1, JP2 i JP3, a na-
JP3 w rÛÅ‚nych odstÍpach czasu. liwoÅ›ci ìcofniÍciaî uprawnieÒ jed- stÍpnie wÅ‚Ä…czyĘ zasilanie. Po wÅ‚Ä…-
W czasie gdy zworka jest zwarta, nej karty, jełeli chcemy zmieniĘ czeniu zasilania procesor przecho-
wewnÍtrzny licznik procesora nie- liczbÍ uprawnionych kart, to mu- dzi do procedury zmiany czasu
ustannie zwiÍksza swojÄ… zawar- simy ponownie wykonaĘ procedu- zaÅ‚Ä…czenia przekaünika i zapala siÍ
tośĘ, a w momencie rozwarcia stan rÍ programowania. dioda czerwona. NastÍpnie odÅ‚Ä…-
licznika zapisywany jest do we- Po zaprogramowaniu kart wyÅ‚Ä…- czamy zworkÍ JP3 i rozpoczyna siÍ
wnÍtrznej pamiÍci EEPROM jako czamy zasilaniei wyciÄ…gamy wszys- proces mierzenia czasu, po kaÅ‚dej
kolejna cyfra kodu. tkie zworki. Do zakoÒczenia usta- odmierzonej sekundzie bÅ‚yska dio-
PoniewaÅ‚ nie znamy zawartoÅ›- wiania parametrÛw poczÄ…tkowych da czerwona sygnalizujÄ…c upÅ‚ywa-
ci licznika w chwili zatrzymania pozostaje nam jeszcze okreÅ›lenie jÄ…cy czas. Po upÅ‚yniÍciu wymaga-
zliczania, generowane liczby są sposobu reakcji zamka na włołenie nego czasu zwieramy ponownie
zupeÅ‚nie przypadkowe. Po 10 lub uprawnionej karty. Przekaünik mo- zworkÍ JP3. Czas pomiÍdzy rozwar-
20 krotnym wykonaniu tej opera- łe byĘ załączany na jeden z trzech ciem, a ponownym zwarciem zwor-
cji zapala siÍ dioda zielona, syg- sposobÛw, w zaleÅ‚noÅ›ci od ki JP3 zostaje zapisany w pamiÍci
nalizujÄ…c koniec zapisywania ko- ustawienia zworek JP1 i JP2. procesora. Od tej pory (w trybie
du. Wszystkie liczby kodu z we- Jełeli zworki JP1 i JP2 są zwar- trzecim) po włołeniu karty prze-
wnÍtrznej pamiÍci procesora zo- te, to po kaÅ‚dorazowym wÅ‚oÅ‚eniu kaünik bÍdzie zaÅ‚Ä…czany na zapro-
uprawnionej karty stan przekaüni- gramowany przez nas czas. Zapro-
ka jest zmieniany na przeciwny. gramowany czas bÍdzie ìpamiÍ-
JeÅ‚eli JP1 jest zwarta, a JP2 tanyî rÛwnieÅ‚ po wyÅ‚Ä…czeniu za-
rozwarta, to po włołeniu karty silania. Zmiana czasu załączenia
przekaünik jest zaÅ‚Ä…czony, gdy przekaünika bÍdzie szczegÛlnie
karta znajduje siÍ w czytniku - po przydatna przy zastosowaniu za-
wyciÄ…gniÍciu karty przekaünik po- mka do uruchamiania rygla elek-
wraca do stanu spoczynkowego. tromagnetycznego, na przykład
JeÅ‚eli zworki JP1 i JP2 sÄ… roz- w drzwiach. MoÅ‚emy wÛwczas do-
warte, to włołenie karty powoduje braĘ czas zwolnienia blokady drzwi.
zaÅ‚Ä…czenia przekaünika na okreÅ›lo- Krzysztof PÅ‚awsiuk, AVT
ny czas, po czym przekaünik zo- krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl
staje zwolniony. Domyślny czas
załączenia jest ustawiony w zapro- Wzory płytek drukowanych w for-
gramowanym procesorze na okoÅ‚o macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
10s, ale mołe byĘ zmieniany w za- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
kresie od 1 do 50 sekund z roz- ?pdf/marzec02.htm oraz na płycie
dzielczością 100ms. Aby zmieniĘ CD-EP03/2002B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 3/2002
24
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
(21 Potencjał zakłócający i anomalie)980928 21173 21 (10)2 21 SPAWANIE MIEDZI I STOPÓW MIEDZI (v4 )USTAWA z dnia 21 marca 1985 r o drogach publicznychcommercial howto 21Nyx Password Storage 1 21 readme21 (206)więcej podobnych podstron