Кодовый замок на КМОП-элементах

Texas Instruments CD4066B

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2019

Михаил Шустов, г. Томск

Приведена схема кодового замка кнопочного типа на основе цепочки элементов электронного КМОП-коммутатора CD4066 с наращиваемым уровнем секретности

Кодовые замки [1–4] позволяют путем набора уникального кода на кнопочном табло получить доступ в помещение ограниченного доступа или открыть дверцу сейфа. Степень секретности кодового замка определяется вероятностью случайного подбора кода, а также наличием в составе кодового замка дополнительных элементов, повышающих степень его защиты.

Базовый ключевой элемент электронного кодового замка.
Рисунок 1. Базовый ключевой элемент
электронного кодового замка.

Именно такими свойствами обладает кодовый замок, электрическая схема которого приведена на Рисунках 1 и 2.

Электронный кодовый замок с кнопочным управлением.
Рисунок 2. Электронный кодовый замок с кнопочным управлением.

Базовый ключевой элемент электронного кодового замка показан на Рисунке 1. Его «сердцем» является аналог слаботочного тиристора, выполненный на элементе DA электронного КМОП-коммутатора CD4066. Если на вывод 1 субблока Si подать напряжение питания, а вывод 3 соединить с источником питания и подать на управляющий вход элемента DA напряжение питания, нажав на кнопку SBi, коммутатор замкнется и самозаблокируется. На выводе 2 появится напряжение высокого уровня (напряжение питания).

Поскольку в состав микросхемы CD4066 входят 4 идентичных коммутатора, логично задействовать в схеме кодового замка одну или две таких микросхемы. Соединив последовательную цепочку базовых ключевых элементов (Рисунок 2), можно получить уникальную комбинацию набора кнопок, обеспечивающую появление напряжения высокого уровня на выходе цепочки ключевых элементов при последовательном или одновременном нажатии «верных» кнопок.

При использовании одной микросхемы CD4066 и, соответственно, четырех ключевых элементов и четырех кнопок, им отвечающих, вероятность подбора нужной ключевой комбинации при условии, что одни и те кнопки можно задействовать не один раз, и что используются 9 кнопок набора (наборное поле 3×3), составит 1/94 = 1.5×10–4, что явно недостаточно. При использовании двух микросхем CD4066 (8 ключевых элементов и 8 кнопок) и наборного поля 4×4 вероятность подбора кода при тех же допущениях составит 1/168 = 2.3×10–10.

Разумеется, можно сразу использовать наборное поле из 16 кнопок, из которых лишь 4 будут задействованы в наборе верного кода, тогда вероятность подбора верного кода составит 1/164 = 1.5×10–5.

Особенностью схемы на Рисунке 2 является то, что повторно задействовать одни и те же кнопки невозможно и, кроме того, допускается одновременное нажатие всех четырех или восьми «правильных» кнопок, что несколько снижает рассчитанную выше степень секретности замка.

Положение спасает то обстоятельство, что в схеме замка задействованы дополнительные элементы и схемотехнические решения, повышающие степень его защиты:

  1. Группа «холостых» кнопок SBa–SBn подключена параллельно цепи питания базовых элементов кодового замка. Нажатие любой из них сбрасывает ранее набранный набор.
     
  2. При нажатии на любую из «холостых» кнопок SBa–SBn конденсатор С1 разряжается, в связи с чем происходит задержка времени последующего срабатывания ключевого элемента при «правильном» нажатии кнопки. Время задержки определяется постоянной R1C1-цепочки, которое можно увеличить наращиванием емкости конденсатора С1 (желательно последовательно кнопкам SBa–SBn включить токоограничивающий резистор сопротивлением 100–200 Ом).
     
  3. В случае правильного набора кода управляющее напряжение подается на затвор транзистора VT1, однако для того, чтобы сработало реле К1 (или сам замок, обмотка которого подключена вместо реле) необходимо нажать на потайную кнопку SB1, установленную, например, на ручке дверцы или на ней самой и замаскированную под дефект монтажа («недокрученный» шуруп, винтик и т.п.).

При выполнении всех условий замок срабатывает на время, определяемое постоянной R2C3-цепочки. Одновременно за счет диода VD2 сбрасывается набор кода, что автоматически переводит замок в исходное состояние. Кнопка SB2 предназначена для оповещения звонком хозяев помещения о прибытии гостей.

При эксплуатации ключа стоит время от времени менять код набора. Для повышения надежности работы устройство рекомендуется питать от двух независимых источников, приоритетным из которых является источник сетевого питания, резервным – аккумуляторного или батарейного. В ждущем режиме устройство практически не потребляет электроэнергию.

Литература

  1. Шустов М.А. Кодовые замки // Радиолюбитель. – 1999. – № 9. – С. 24–26.
  2. Шустов М.А. Практическая схемотехника. 450 полезных схем. – М.: Altex-A, 2001. – Кн. 1. – 352 с. (I изд.); 2003 (II изд.); М.: Додэка-XXI–Altex, 2007. – 360 с. (II изд.).
  3. Шустов М.А. Кодовые замки на тиристорах // Радиоконструктор. – 2000. – № 5. – С. 21.
  4. Шустов М.А. Кодовый замок // Радиомир. – 2003. – № 5. – С. 16–17.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD4066B
  2. Datasheet Microchip 2N7000
CD4066B на РадиоЛоцман.Цены
ИС аналогового переключателя AC CMOS Quad Bi- lateral Switch
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ТриемаSTMicroelectronicsCD4066B, (HCF4066M013TR) SO1413,00 руб.
ЭлектроПластTexas InstrumentsCD4066Bпо запросу
Океан ЭлектроникиTexas InstrumentsCD4066B----CALLREPпо запросу
КремнийCD4066Bпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Более неграмотной схемы я давно не встречал. В журнале есть хоть мало мальские грамотные электронщики? Может им поручить проверку материалов перед публикацией?
  • Как известно, все замки - от честных людей. Представленная схема, с "секретными кнопочками", тянет на разработку из "дома пионеров". Даже если вынести за скобки слабую схемотехнику, трудно представить возможную сферу применения такого "электронного замка". Дед Иван прав! С уважением...
  • Если не трудно, в чем именно [I]неграмотность[/I] схемы? Запереть от родителей и братьев дверцу в тумбочке пионера :) Автор слегка лукавит с вероятностями подбора. Для поля 3х3 он указывает вероятность 1/9**4 = 1/6561. 6561 - это число комбинаций, в которых допустимы одинаковые цифры (напр., 1 1 1 1), а также важен порядок - т.е. (1 2 3 4) и (4 3 2 1) считаются разными. Реальное число комбинаций - это число сочетаний из 9 по 4, т.е. 126. Аналогично, реальное число сочетаний на поле 4х4 - 1820, а не 65536. Ну, и в защиту схемы: если бы эта схема и детали существовали, когда я учился классе в 5 - 7, я бы нашел ей применение :)
  • А меня устраивает схема. Возможно, протестируем в кружке в т.г. Вдруг, ребятам домой захочется такой замок.
  • в том, що нема елементов памяти ....
  • При всем уважении, это не неграмотность, а просто тот или иной уровень сложности. Можно упростить схему до трех кнопок, включенных последовательно, которые нужно нажать одновременно, чтобы цепь замкнулась. А можно усложнить до сейфового замка со сканером отпечатков. Для каждого уровня можно найти область применения.
  • ето апогей конструкторской мисли... жаль только, що нажав обеими лапами на все кнопочки, замок откроется на все 100500% ... воопщем, жаль тинола и текстолита, имхо...
  • hrpankov Не нужные кнопки в последовательной цепи на разрыв
  • так если баловатся кнопочками, то можно совсем без електроники ... все кнопки последовательно, а только нужние инвертировать ...
  • Ну это дело вкуса и желания!
Полный вариант обсуждения »