ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧ И ЗАМОК Российский патент 1998 года по МПК E05B47/00 

Изобретение относится к технике защиты объектов от несанкционированного доступа, в частности, к электронным замкам и может быть использовано для систем защиты жилых и служебных помещений, сейфов, автомобилей.

В настоящее время все чаще наблюдается использование электронных замков, что связано с их миниатюрностью, универсальностью, значительно более высокой степенью секретности, по сравнению с механическими замками. Существует устойчивая тенденция использования модулирования инфракрасного излучения для передачи кода от ключа к замку - это надежнее в сравнении с электрическими контактами.

Наиболее интересная разработка в этой области техники представлена в (1).

Предлагается электронный замок и ключ, который подходит к нескольким однотипным замкам с разными кодами. Такой ключ содержит источник питания, генератор тактовых импульсов (ГТИ), счетчик оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в которое с клавиатуры вручную вводятся коды различных замков пользователя, регистр сдвига, ждущий мультивибратор и излучатель, работающий в инфракрасном диапазоне спектра. Замку последовательно передаются все коды ключа. При совпадении одного из кодов ключа с кодом замка происходит открывание последнего.

Код замка хранится в постоянном запоминающем устройстве. Замок также содержит приемник инфракрасного излучения, приемник, RS триггер, ГТИ, регистр сдвига, три счетчика, два цифровых компаратора и логическую схему, обрабатывающую результаты сравнения кодов. Запуск замка осуществляется с приходом первого импульса от ключа, то есть замок работает в режиме асинхронного приема. Пользователь таких замков избавлен от необходимости носить с собой большое количество ключей.

Недостатками данного решения являются: последовательная выдача ключом всех кодов, что увеличивает вероятность проникновения в защищаемое помещение постороннего лица и излишне расходует заряд элементов питания ключа, визуальная доступность содержания ОЗУ ключа, что также снижает степень секретности замка, невозможность смены кода замка, что приводит к определенным трудностям при производстве замка, связанным с программированием его постоянного запоминающего устройства, и в использовании, когда рассекреченный код становится причиной замены всего замка или его части.

Целью предложения является повышение секретности, технологичности и удобства использования электронного замка.

В случае осуществления предложения могут быть достигнуты следующие положительные результаты: повышение секретности, связанное с выдачей ключом из некоторого множества кодов только одного, необходимого для открывания конкретного замка, а также - с визуальной недоступностью информации, хранящейся в ОЗУ, как для пользователя, так и для постороннего лица; - возможность оперативной смены кода замка с помощью генератора цифрового шума и записи этого кода в ОЗУ ключа, что позволяет пользователю передавать код замка доверенному лицу с последующей, в случае необходимости, быстрой отменой этого кода, возможность оперативной смены кода замка путем записи любого из кодов ключа в ОЗУ замка, что позволяет, например, присваивать разным замкам одинаковый код, пригодность для массового производства, что связано с абсолютной идентичностью как всех замков между собой, так и ключей.

Вышеперечисленные положительные стороны предлагаемого решения достигаются применением в ключе и замке счетчика с меньшей, чем в прототипе, разрядностью, соответствующей размеру только одного кода в ОЗУ, и выбором нужного кода из ОЗУ с помощью клавиатуры, которая не участвует непосредственно в программировании кодов, применением в ключе логического элемента И, применением в ключе и замке ОЗУ с однобитным информационным выходом, что позволяет избавиться от регистра сдвига как в ключе так и в замке, применением разъема или системы оптических излучателей и приемников для записи кода из ключа в замок и из замка в ключ, применением в замке ОЗУ или репрограммируемого постоянного запоминающего устройства, например, на основе аморфных полупроводников или МНОП-структуры, применением генератора цифрового шума для смены кода замка, применением ждущего мультивибратора, блокирующего замок после приема любого кода на некоторое время, применением переключателя режимов работы, кнопки смены кода, коммутатора, RS - триггера, D - триггера, дешифратора, логических элементов 2 ИЛИ - НЕ и 2И - Не и схемы формирования сигналов управления и записи, позволяющих достичь гибкости при обмене кодами между замками и ключами.

Клавиатура ключа может быть выполнена в виде матрицы из электрических контактов, а при большом количестве хранящихся кодов - в виде системы из трех кнопок, счетчика, дешифратора, индикатора, при этом номер замка будет выбираться прогоном цифр на индикатор с помощью кнопок "Больше" и "Меньше", а запуск осуществляться отдельной кнопкой. Клавиатура может быть выполнена каким-либо иным способом.

Частные случаи применения:
- структура предлагаемого ключа позволяет производить запись кода или кодов из ключа в ключ при условии, что в разъеме ключа будет дополнительный контакт для внешнего запуска;
- миниатюрность ключа и наличие источника питания позволяют дополнить ключ сервисными устройствами, например часами;
- высокая степень секретности предлагаемого замка позволяет использовать его для защиты банков или сейфов, например, в случае, когда одна дверь защищена несколькими предлагаемыми замками, коды и которым находятся у разных лиц, и открывается только после одновременной передачи замка их кодов, предлагаемые замки также могут быть удобны в отелях с частой сменой проживающих, в домах отдыха, где обладатель ключа с нужным кодом может посетить каток или взять на время лодку, лыжи и другой инвентарь.

На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема ключа.

На фиг. 2 представлена электрическая принципиальная схема замка.

Ключ содержит: ГТИ 1, счетчик 2, логический элемент И 3, клавиатуру 4, ОЗУ 5, выходной усилитель 6, излучатель 7, разъем ил систему оптических излучателей и приемников 8, далее просто разъем 8.

Замок содержит: ГТИ 9, генератор цифрового шума 10, приемник оптического излучения 11, приемник 12, дешифратор 13, счетчик 14, логический элемент 2 И - НЕ 15, ждущий мультивибратор 16, RS-триггер 17, логический элемент 2 ИЛИ - НЕ 18, RS-триггер 19, ОЗУ 20, D-триггер 21, формирователь сигнала сброса 22, устройство сравнения 23, коммутатор 24, логическую схему 25, схему формирования сигналов управления и записи 26, разъем 27, исполнительное устройство 28, переключатель режимов работы 29, кнопку смены кода 30.

Режимы работы: "Ожидание" , "Нормальная работа", "Смена кода замка", "Запись кода в ОЗУ ключа", "Запись кода в ОЗУ замка".

Работает устройство следующим образом. Коды ключа хранятся в ОЗУ 5. Нужный код выбирается клавиатурой 4, подключенной к старшим разрядам шины адреса ОЗУ 5, кроме того клавиатура 4 осуществляет запуск схемы ключа, например, посредством снятия сигнала обнуления со счетчика 2, как показано на фиг. 1. Прямоугольные импульсы ГТИ 1 подаются на счетный вход счетчика 2 и на логический элемент И 3.

После срабатывания клавиатуры 4 выбирается область в ОЗУ 5 с нужным кодом и запускается счетчик 2, который производит подсчет импульсов ГТИ 1. Старшие, кроме последнего, разряды счетчика 2 подключены к младшим адресам ОЗУ 5, на выходе которого появляется последовательный двоичный код, поступающий на вход логического элемента И 3, другие входы которого подключены к младшим разрядам счетчика 2. Логический элемент И 3 формирует короткий импульс, открывающий выходной усилитель 6 при условии, что текущий бит кода, выдаваемый ОЗУ 5, равен логической единице. Логический элемент И 3 в данном случае выполняет роль комбинационной логической схемы, реагирующей на определенный код. Сигнал от нее усиливается выходным усилителем 6 и поступает на излучатель 7. Таким образом после нажатия на одну из клавиш клавиатуры 4 излучатель 7 передает в окружающее пространство хранящийся в ОЗУ 5 один из кодов ключа, причем первый бит любого из кодов всегда должен быть равен логической единице и являться запускающим для замка.

Цикл работы схемы ключа завершается, когда на выходе старшего разряда счетчика 2, соединенном с входом разрешения счета счетчика 2, появляется логическая единица.

Для реализации режимов работы "Запись кода в ОЗУ ключа" и "Запись кода в ОЗУ замка" предусмотрен разъем 8, к которому подключены информационные входи и выход и вход разрешения записи ОЗУ 5, а также выход младшего разряда счетчика 2, осуществляющий запуск электронной схемы замка в этих режимах. Обмен кодами в этих режимах осуществляется последовательно бит за битом асинхронным способом, при этом сигнал "Запуск" формируется ключом, а сигналы разрешения записи - замком.

В режиме "Ожидание" замок находится в ожидании прихода либо кодовой посылки приемником 12, либо сигнала "запуск" через разъем 27, либо сигнала от кнопки смены кода 30.

Этот режим характеризуется тем, что импульсы ГТИ 9 поступают на счетчик 14, на который постоянно подается сигнал обнуления с логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 18, RS-триггеры 17 и 19 находятся в состоянии логического нуля, D-триггер 21 находится в состоянии логической единицы, в ОЗУ 20 выбирается нулевая ячейка, генератор цифрового шума 10 подключен к ГТИ и выдает на выходе псевдослучайную цифровую последовательность.

Режим "Нормальная работа" не зависит от положения переключателя режимов работы 29 и происходит следующим образом. Кодовая посылка от ключа воспринимается приемником оптического излучения 11 и обрабатывается приемником 12 до цифровых уровней. Первый импульс кода из приемника 12 перелюкчает RS-триггер 17 и RS-триггер 19. Выход RS триггера 17 дает разрешение логической схеме 25 на анализ результатов сравнения кодов, а также через логический элемент 2 ИЛИ - НЕ 18 снимает сигнал обнуления со счетчика 14, который начинает счет импульсов ГТИ 9.

Младшие разряды счетчика 14 и выход ГТИ 9 подключены к дешифратору 13, который участвует в формировании сигналов управления и записи. Старшие, кроме последнего, разряды счетчика 14 подключены к адресным входам ОЗУ 20, организуя доступ ко всему адресному пространству, в котором находится только один код.

По мере подсчета импульсов счетчиком 14 на выходе ОЗУ 20 появляется код, который сравнивается на устройстве сравнения 23 с принимаемым кодом, поступающим с RS-триггера 19. RS-триггер 19 служит для увеличения длительности передаваемых ключом импульсов. Перед приходом очередного импульса от приемника 12 RS-триггер 19 сбрасывается дешифратором 13, и если этот импульс оказался равным нулю RS-триггер 19 остается в состоянии логического нуля.

Логическая единица на выходе старшего разряда счетчика 14 сигнализирует об окончании процесса сравнения кодов и вызывает остановку счетчика 14, запуск ждущего мультивибратора 16 и поступает на логическую схему 25, давая сигнал о срабатывании исполнительного устройства 28 в случае совпадения принятого и хранящегося в ОЗУ 20 кодов. Логическая схема 25 так оценивает информацию из устройства сравнения 23, что при несовпадении хотя бы одного бита принимаемого кода с хранящимся в ОЗУ 20 исполнительное устройство не срабатывает.

Сигнал со ждущего мультивибратора 16 поступает на формирователь сигнала сброса 22, который переводит схему замка в режим "Ожидание". Ждущий мультивибратор 16 формирует принудительную паузу в работе замка после принятия любого кода, что затрудняет подбор кода замка посторонним лицом.

Режим "Смена кода замка" реализуется после нажатия кнопки смены кода 30 при условии, что переключатель режимов работы 29 находится в положении "Запись кода в ОЗУ замка". Кнопка смены кода 30 воздействует на схему формирования сигналов управления и записи 26, которая устанавливает D-триггер 21 в состояние логического нуля, а через логический элемент 2 ИЛИ - НЕ 18 снимает сигнал обнуления со счетчика 14, и ГТИ 9, счетчик 14, дешифратор 13 и ОЗУ 20 начинают работать как в режиме "Нормальная работа", только ОЗУ 20 находится не в режиме считывания, а в режиме записи. Импульсы записи выдаются схемой формирования сигналов управления и записи 26 совместно с дешифратором 13 и поступают на вход разрешения записи ОЗУ 20. Псевдослучайный код с генератора цифрового шума 10 через логический элемент 2 И - НЕ 15 и далее через коммутатор 24 подается не информационный вход ОЗУ 20.

D-триггер 21 и логический элемент 2И - НЕ 15 предназначены для записи в нулевую ячейку ОЗУ 20 логической единицы независимо от сигнала с генератора цифрового шума 10. Это достигается тем, что D-триггер 21 устанавливается в состояние логической единицы сигналом с выхода счетчика 14, подключенного к младшему адресу РЗУ 20, таким образом при нулевом адресе ОЗУ 20 D триггер 21 выдает логический ноль на логический элемент 2И - НЕ 15, который выдает логическую единицу на коммутатор 21 и следовательно на информационный вход ОЗУ 20. При всех других состояниях адресной шины логический элемент 2И - НЕ выполняет роль инвертора, что не влияет на выполнение генератором цифрового шума 10 своих функций.

После записи всего кода в ОЗУ 20 ждущий мультивибратор 16 и формирователь сигнала сброса 22 переводят схему замка в режим "Ожидание".

Режим "Смена кода замка" должен вызываться пользователем по крайней мере после подключения электрического питания к замку, гарантируя запись в нулевую ячейку ОЗУ 20 логической единицу, предназначенной для синхронизации, и только после этого должен производится режим "Запись кода в ОЗУ ключа".

Режим "Запись кода в ОЗУ ключа" осуществляется при условии, что переключатель режимов работы 29 находится в положении "Запись кода в ОЗУ ключа" и разъем 27 замка состыкован с ответной частью - разъемом 8 ключа. После выполнения этих условий на клавиатуре 4 выбирается клавиша, под номером которой пользователь желает хранить в ОЗУ ключа код замка. После нажатия клавиши ключ начинает работать, при этом запуск электронной схемы замка будет осуществляться не через приемник 12, а через контакт "Запуск" разъема 27.

Сигнал "Запуск", воспринимаемый схемой формирования сигналов управления и записи 26, запускает счетчик 14, и схема замка работает как и в режиме "Нормальная работа", кроме того, что выход ОЗУ 20 подключен через контакт "Данные замка" разъемов 27 и 8 к информационному входу ОЗУ 5 ключа, и схема формирования сигналов управления и записи 26 формирует импульсы записи, передаваемые через контакт "Импульсы записи" разъемов 27 и 8 на вход разрешения записи ОЗУ 5. После передачи кода формирователь сигнала сброса 22 переводит схему замка в режим "Ожидание".

Режим "Запись кода в ОЗУ замка" производится при условии, что переключатель режимов работы 29 находится в положении "Запись кода в ОЗУ замка", и разъем 27 замка состыкован с ответной частью - разъемом 8 ключа. В этом режиме замок и ключ работают как и в режиме "Запись кода в ОЗУ ключа", кроме того что импульсы записи со схемы формирования сигналов управления и записи 26 поступают не в ОЗУ 5, а в ОЗУ 20, и код от ОЗУ 5 ключа через контакт "Данные ключа" разъемов 8 и 27, через коммутатор 24 поступают в ОЗУ 20 замка, при этом коммутатор 24 переключается под воздействием схемы формирования сигналов управления и записи 26 и передает на информационный вход ОЗУ 20 код, поступающий с контакта "Данные ключа" разъема 27. После приема кода схема замка переводится формирователем сигнала сброса 22 в режим "Ожидание".

Схема формирования сигналов управления и записи 26, анализируя состояние переключателя режимов работы 29, кнопки смены кода 30, разъема 27 и дешифратора 13 выполняет простейшие логические функции и может быть выполнена из разных элементов жесткой логики, поэтому ее внутренняя структура в данном описании не приводится. Также в описании не приводится внутренняя структура логической схемы 25, так как она занимается простейшим анализом результатов сравнения кодов, при этом сигнал с выхода RS-триггера 17 - разрушение сравнения, сигнал с выхода старшего разряда счетчика 14 - окончание сравнения, с сигнал с дешифратора 13 - стробирующий.

Генератор цифрового шума 10 может быть выполнен, например, на основе регистра сдвига, включенного в кольцо с помощью жесткой логики.

Универсальность схемы предлагаемого электронного ключа позволяет выполнять операцию "Запись кода из ОЗУ ключа в ОЗУ ключа", таким образом, что один ключ будет передатчиком кода, а другой - приемником. Для этого необходимо: направить данные из одного ключа в другой; сигнал обнуления счетчика 2 ключа-приемника отключить от клавиатуры 4 и подключить к контакту "Запуск" разъема 8 ключа-передатчика либо использовать логический элемент 2 ИЛИ - НЕ подобно 2 ИЛИ - Не 15 в схеме замка; в ключе-передатчике сформировать сигнал "Запуск" с помощью дополнительного триггера, устанавливающегося в состояние логической единицы с началом передачи и сбрасывающегося сигналом с выхода старшего разряда счетчика 2; сформировать в ключе-передатчике сигналы записи некоторой комбинационной логической схемой, включенной подобно дешифратору 13 в схеме замка, и подать эти сигналы на разъем 8 и далее на вход разрешения записи ОЗУ 5 ключа-приемника. После выполнения этих условий операция "Запись кода из ОЗУ ключа в ОЗУ ключа" для пользователя будет выглядеть следующим образом: стыкуются разъемы ключей; на ключе-приемнике нажимается и удерживается до конца операции нужная клавиша; на ключе-передатчике нажимается клавиша, под которой хранится код, предназначенный для передачи" расстыковываются разъемы ключей.

Изобретение относится к технике защиты объектов от несанкционированного доступа и содержит электронный замок, который может устанавливаться, например, у входа в защищаемое помещение, в сейфе, в автомобиле, и электронный ключ, в котором хранится некоторое количество разных кодов для открывания однотипных замков с разными кодами пользователя. Устройство функционирует так, что смена кода замка осуществляется нажатием кнопки смены кода с помощью генератора цифрового шума так, что код остается недоступным для пользователя или иного лица. Замок открывается после совпадения его кода с кодом, принятым от ключа с некоторого расстояния с помощью инфракрасного излучения или иным способом. Коды могут быть переписаны пользователем из ОЗУ замка в ОЗУ ключа, и наоборот посредством разъема или системы оптических излучателей и приемников, в частном случае применения коды могут быть переписаны из ОЗУ одного ключа в ОЗУ другого ключа. Перечисленные преимущества могут создать для пользователя широкие возможности, например передачу кода замка доверенному лицу с последующей отменой этого кода, присвоение разным замкам одного кода. 2с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Электронный ключ, содержащий подключенный к счетному входу счетчика генератор тактовых импульсов, оперативное запоминающее устройство, адресные входы которого соединены с выходами счетчика, клавиатуру, подключенную к оперативному запоминающему устройству, излучатель, отличающийся тем, что в него введены разъем или система оптических излучателей и приемников, логический элемент И, входами подключенный к выходам генератора тактовых импульсов, младших разрядов счетчика и одноразрядному выходу оперативного запоминающего устройства, а выход подключен через выходной усилитель к излучателю, клавиатура подсоединена к входу обнуления счетчика, последний выход счетчика соединен с входом разрешения счета счетчика, причем контакт "Запуск" разъема или системы оптических излучателей и приемников подключен к выходу младшего разряда счетчика, контакт "Данные замка" - к информационному входу оперативного запоминающего устройства, контакт "Данные ключа" - к информационному выходу оперативного запоминающего устройства, контакт "Импульсы записи" - к входу разрешения записи оперативного запоминающего устройства. 2. Электронный замок, содержащий приемник оптического излучения, подключенный к приемнику, выходом подключенному к S-входу RS-триггера, генератор тактовых импульсов, подключенный к счетному входу счетчика, устройство сравнения, выходом подключенное к логической схеме, выходом соединенной с исполнительным устройством, отличающийся тем, что в замок введены генератор цифрового шума, дешифратор, логические элементы 2ИЛИ - НЕ, 2И - НЕ, ждущий мультивибратор, формирователь сигнала сброса, коммутатор, оперативное запоминающее устройство, второй RS-триггер, D-триггер, схема формирования сигналов управления и записи, переключатель режимов работы, кнопка смены кода и разъем или система оптических излучателей и приемников, при этом S-входы первого и второго RS-триггеров объединены, а R-вход второго RS-триггера подключен к выходу дешифратора, входами соединенного с генератором тактовых импульсов и младшими разрядами выходов счетчика, выход генератора тактовых импульсов соединен с генератором цифрового шума, выходом подключенного к первому входу логического элемента 2И - НЕ, второй вход которого соединен с выходом D-триггера, а выход - к первому входу коммутатора, выходы старших, кроме последнего, разрядов счетчика подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства, первый вход которого соединен с S-входом D-триггера, C-вход которого подключен к первому входу логического элемента 2ИЛИ - НЕ и первому выходу схемы формирования сигналов управления и записи, выход логического элемента 2ИЛИ - НЕ подключен к входу обнуления счетчика, вход разрешения счета которого соединен с выходом старшего разряда, входом ждущего мультивибратора и первым входом логической схемы, выход ждущего мультивибратора подключен через формирователь сигнала сброса к вторым входам логической схемы и схемы формирования сигналов управления и записи и к R-входу первого RS-триггера, выходом подключенного к третьему входу логической схемы и второму входу логического элемента 2ИЛИ - НЕ, при этом второй выход дешифратора соединен с четвертым входом логической схемы, а третий выход - с третьим входом схемы формирования сигналов управления и записи, четвертый и пятый входы которой подключены к переключателю режимов работы и кнопке смены кода, второй выход подключен к второму входу коммутатора, третий выход - к входу разрешения записи оперативного запоминающего устройства, четвертый выход - к контакту "Импульсы записи" разъема или системы оптических излучателей и приемников, первый вход - к контакту "Запуск" разъема или системы оптических излучателей и приемников, контакт которого "Данные ключа" соединен с третьим входом коммутатора, выходом подключенного к D-входу оперативного запоминающего устройства, выходом соединенного с первым входом устройства сравнения и контактом "Данные замка" разъема или системы оптических излучателей и приемников, при этом второй вход устройства сравнения подключен к выходу второго RS-триггера.