Устройство кодового доступа (УКД)

Предназначено для ограничения доступа к различным предметам, объектам или служебным помещениям. Оно имеет автономное питание и электромагнит в качестве исполнительного устройства. Устройство можно использовать как кодовый замок к закрываемому шкафу, сейфу или может быть составной частью различных игр, электро- и радиоэлектронных устройств, для которых требуется упорядочить или ограничить доступ.

По сравнению с профессиональными устройствами предлагаемое имеет сравнительно невысокую степень защиты кода от подбора. Однако за счёт особенностей набора и активирования кода вероятность несанкционированного доступа к охраняемому объекту значительно уменьшается. После первой же попытки активирования кода, введённого методом подбора, устройство блокируется на время, которое устанавливают при налаживании и не разглашается для повышения степени защиты от взлома. В течение этого времени ввод даже правильного кода устройством игнорируется. Отличительной особенностью является то, что для доступа к охраняемому объекту недостаточно знать код, необходимо ещё правильно его ввести и активировать.

К недостаткам устройства относится невозможность повторного ввода кода, после его первого же ошибочного активирования. Для повторного активирования кода следует выключить питание (что незначительно снижает сферы применения), снова включить питание и повторить процедуры ввода и активирования кода. Выключать питание при использовании в качестве дверного кодового замка можно, например, с помощью постоянного магнита, подносимого к геркону, включённому вместо выключателя питания. Такой доступ к выключателю питания для лиц, не знакомых с принципом работы УКД почти не снижает степень защиты кода.

Схема устройства показана на рисунке. Оно содержит два формирователя импульсов на логических элементах DD1.1 и DD1.2, счётчики-дешифраторы DD2 и DD3, одновибратор, собранный на элементах С9, R8, DD1.3 и DD1.4, светодиодный индикатор HL1 "Запрет активирования кода" и электромагнит Y1.

После включения питания цепь C8R9 формирует импульс на входах R (выводах 15) счётчиков—дешифраторов DD2 и DD3, поэтому они устанавливаются в нулевое состояние: на выходах 0 (на схеме не показаны) — лог. 1, а на остальных выходах — лог. 0. На выходе (на анодах диодов VD3—VD6) монтажного логического элемента 4И, собранного на дискретных элементах R12, VD3—VD6, установлен лог. 0, поэтому транзистор VT2 закрыт, а электромагнит Y1 обесточен. Одновременно цепь C10 R10 устанавливает одновибратор в состояние с лог. 1 на выходе (вывод 10 элемента DD1.4), светодиод HL1 обесточен.

В таком состоянии устройство может находиться продолжительное время, потребляя ток в дежурном режиме около 90 мкА. Такой ток устанавливается через 5...10 с после включения питания тумблером SA3, т. е. когда полностью зарядятся оксидные конденсаторы С2 и С11.

Рассмотрим работу с устройством, которая заключается во введении кода нажатием на кнопки SB1, SB2 требуемое число раз и последующем активировании кода. Предположим, что галетными переключателями SA1 и SA2 заранее установлен код "46", т. е. галетный переключатель SA1 "Код 1” установлен в положение "4", a SA2 "Код 2" — в положение "6". После нажатия на кнопки SB2 и SB1 четыре или шесть раз соответственно, на катодах диодов VD3 и VD4 будет установлена лог. 1. И если на катодах диодов VD5 и VD6 при активировании кода также будет лог. 1, транзистор VT2 откроется и реле К1 кратковременно (около 0,5 с) сработает.


Первый формирователь импульсов, состоящий из элементов SB2, R3, СЗ, С6, R6, DD1.2, отвечает за наполнение счётчика DD2, отвечающего за условно старшую декаду кода, а формирователь импульсов, состоящий из элементов SB1, R1, С1, С4, R5, DD1.1, отвечает за наполнение счётчика DD3 (условно названного) младшей декады кода. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 или SB2 формирователи вырабатывают одиночные импульсы, а при удержании кнопки в нажатом положении более 0,66 с формирователь вырабатывает последовательность импульсов (меандр, также без дребезга) частотой порядка 3...4 Гц. Отпускание кнопки приводит к прекращению формирования импульсов.

Для медленного ввода кода кратковременно (длительность нажатия — не более 0,66 с) нажимают на кнопку SB2 "Код 1". Влияние дребезга контактов кнопки устраняет цепь R3C3 и логический элемент DD1.2, содержащий на входе триггер Шмитта. С выхода элемента DD1.2 положительный перепад поступает на вход С1 (вывод 14) счётчика DD2 и увеличивает его содержимое на единицу. Посвящённый пользователь, считая число нажатий на кнопку SB2, легко установит первое число кода (в данном случае — 4) на выходе дешифратора DD2. Аналогично, но уже с помощью кнопки SB1, вводят число 6 — вторую цифру кода.

Введя код с помощью двух кнопок, переходят к его активированию, нажимая одновременно на кнопки SB1 и SB2. При этом одновременно на выходах элементов DD1.1 и DD1.2 не менее чем на 0,66 с устанавливаются лог. 0, которые поступают на затвор транзистора VT1. На его стоке формируется лог. 1 и поступает на катод диода VD6, который совместно с диодами VD3— VD5 и резистором R12 образует монтажный элемент 4И. Так как на остальных входах этого элемента уже установлены лог. 1, на затворе транзистора VT2 будет также лог. 1 и электромагнит Y1 сработает.

При появлении на выходе любого из элементов DD1.1, DD1.2 лог. 1 транзистор VT1 откроется и электромагнит Y1 отпускает. Одновременно на стоке транзистора VT1 формируется спад напряжения, которое через конденсатор С5 поступает на вход элемента DD1.3 и запускает одновибратор. На его выходе (выводе 10 элемента DD1.4) установится лог. 0, который запрещает открывание транзистора VT2 и срабатывание электромагнита Y1. Одновременно красный светодиод HL1 включается на время, пока действует этот запрет.

Длительность импульса одновибратора зависит от времязадающей RC-цепи (C9R8, её приближённо, в секундах, можно рассчитать по формуле т ~ 0.7RC, где С — ёмкость конденсатора С9 в микрофарадах, a R — сопротивление резистора R8 в мегомах). Причём конденсатор С9 должен иметь малый ток утечки. В течение примерно 180 с (пока включён светодиод HL1) ввод и активирование даже правильного кода будут проигнорированы. Это необходимо для повышения уровня защиты кода от взлома.

Резистор R14 ограничивает возможный провал напряжения питания в момент срабатывания электромагнита. Энергия, запасённая конденсатором С11, обеспечивает развитие максимального тягового усилия якоря электромагнита в момент открывания транзистора VT2. Диод VD7 шунтирует обмотку электромагнита в момент закрывания полевого транзистора VT2, когда возникает ЭДС самоиндукции. Применение VD7 особенно важно при возможной замене транзистора IRF840 низковольтным транзистором, например КП505А.

При установке контактов переключателя SA3 "Вкл." в левое по схеме положение оксидные конденсаторы быстро разряжаются через резистор R13. Это надо сделать после каждого успешного открывания, а затем снова включить питание, чтобы устройство вернулось в исходное состояние. Дело в том, что в момент окончания активирования кода происходит увеличение содержимого счётчиков на единицу, и только включение и выключение питания обнуляет их содержимое.

Собранное без ошибок и из исправных деталей устройство работоспособно при первом включении питания. Длительность импульса одновибратора уменьшают за счёт уменьшения сопротивления резистора R8. Для увеличения длительности импульса следует увеличить ёмкость конденсатора С9. Частоту выходных импульсов на выходах формирователей импульсов можно изменить подборкой резисторов R5 и R6. Яркость свечения светодиода HL1 можно изменить подборкой резистора R11, установив его ток в интервале 10...200 мкА. Такой небольшой рабочий ток выбран с целью экономии энергии батареи. Однако ток через светодиод HL1 можно увеличить, уменьшив сопротивление резистора R11, например, до 4,7 кОм. После проверки работоспособности и налаживания устройства светодиод можно исключить. Если мощность электромагнита Y1 окажется недостаточной для его надёжного срабатывания, напряжение питания надо увеличить до 9 В.

Применены резисторы С2-23, С2-33. Конденсатор С9 должен иметь малый ток утечки. Таким требованиям отвечают, например, конденсаторы серии CFM фирмы Maron или серии ТК фирмы Jamicon. Конденсаторы С2, С8, С11 оксидные К50-35 или зарубежного производства, остальные — керамические серий KM, К10-17. Диоды VD1—VD6 — кремниевые малой мощности любые из серий КД503, КД510, КД521, КД522. Диод КД226А можно заменить любым из серии 1N400x. Полевой транзистор VT1 может быть КП501 А, КП504А, a VT2 — КП505А, IRF540. Микросхема К561ТЛ1 заменима зарубежной CD4093A. Микросхемы К561ИЕ8 имеют зарубежный аналог — CD4017A. Светодиод HL1 — любого свечения малогабаритный с повышенной яркостью.

Батарея GB1 составлена из четырёх аккумуляторов или гальванических элементов типоразмера ААА или АА. Переключатели SA1 и SA2 — галетные МПН-1 (10П1Н), их можно заменить более габаритными серии ПМ (11П1Н) или перемычками. Переключатель SA3 — MTS102, SMTS102 или любой другой малогабаритный. Кнопки SB1, SB2 — КМ1. В авторском экземпляре был использован готовый электромагнит от автостопа магнитолы "Аэлита-101", который имеет сопротивление обмотки 18 0м. Его ток при напряжении 4,8 В — 0,266 А, а при напряжении 9 В — 0,5 А.