ЭЛЕКТРОННОЕ КОДОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2002 года по МПК E05B49/00 

Изобретение относится к электронным системам управления и может быть использовано для защиты различных объектов от доступа посторонних лиц.

Известно электронное кодовое устройство (см. патент РФ N 1769775 от 14.06.90, МКИ: Е 05 В 47/00, "Электронно-кодовый замок", Ю.С. Анфимов, опубл. 15.10.92, Бюл. N 38), содержащее блок установки кода, выходами соединенный по линиям связи со счетными входами n счетчиков, выходы которых подключены к входам n коммутаторов, составляющих n идентичных каналов. Выходы коммутаторов предыдущего канала, с первого по n-1, через элементы задержки подключены к разрешающим входам счетчиков и управляющим входам коммутаторов следующего канала, а выход n-го коммутатора соединен с исполнительным механизмом. Выходы переполнения счетчиков и коммутаторов соединены с входами блока задания ложного кода, а его выход подключен к входам сброса счетчика. Блок установки кода и блок задания ложного кода выполнены в виде набора кнопок.

Недостатком известного кодового устройства является низкая помехоустойчивость в связи с тем, что информация о состоянии разрядов набираемого кода передается числоимпульсным кодом последовательно во времени. Поэтому для открывания замка требуется большой промежуток времени, что определяет высокую вероятность искажения числоимпульсного кода под действием мощных одиночных помех промышленного происхождения. Любое искажение числа импульсов, даже на один импульс, приводит к сбою в работе замка. Кроме этого, необходимо дополнительное нажатие кнопки для установки замка в исходное состояние.

Следует заметить, что количество линий связи равно числу разрядов кода плюс линия связи для установки в исходное состояние.

Известно электронное кодовое устройство (см. патент РФ N 2021453 от 03.06.91, МКИ: Е 05 В 47/00, "Электронно-блокирующее устройство", Воробьев В.П., опубл. 15.10.94, Бюл. N 19), являющееся прототипом, содержащее замок и ключ, имеющее генератор импульсов, первый счетчик и блок набора кода, содержащий первый дешифратор, коммутирующие ключи, первое дифференцирующее звено, накопитель зарядов, устройство задержки, три логические схемы И, две логические схемы НЕ, два одновибратора, усилитель и светодиод. Генератор импульсов выходом подключен к первому счетчику, выходы которого подключены к входам первого дешифратора, выходы которого, кроме одного, подключены через первые коммутирующие ключи к входам первого дифференцирующего звена и накопителя зарядов, выходом подключенного через первую логическую схему НЕ к первому входу первой логической схемы И, второй вход которой соединен с выходом первого дифференцирующего звена, а выход через первый одновибратор подключен к первому входу второй логической схемы И, второй вход которой подключен через устройство задержки к выходу генератора импульсов, а третий вход второй логической схемы И соединен с выходом третьей логической схемы И через последовательно подключенные второй одновибратор и вторую логическую схему НЕ. Первый вход третьей логической схемы И подключен к выходу первого дешифратора, а ее второй вход соединен с первым входом второй логической схемы И, выходом через усилитель соединен со светодиодом оптопары, выход которого является выходом ключа. Фотодиод оптопары, вход которого является входом замка, через усилитель подключен к входам третьего одновибратора и первым входам четвертой и пятой логических схем И, причем последняя выходом подключена к первым входам блоков сравнения, выходы которых через шестую логическую схему И подключены к исполнительному блоку. Выход третьего одновибратора через второе дифференцирующее звено подключен к установочному входу второго счетчика и через последовательно соединенные четвертый одновибратор, третью логическую схему НЕ и третье дифференцирующее звено - к первому входу седьмой логической схемы И, выходом подключенной к установочному входу третьего счетчика, выходами через второй дешифратор подключенного ко вторым входам блоков сравнения. Выход четвертой логической схемы И через второе устройство задержки подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого через четвертую логическую схему НЕ подключен ко второму входу седьмой логической схемы И, через четвертое дифференцирующее звено к счетному входу третьего счетчика и второму входу пятой логической схемы И. Второй вход четвертой логической схемы И через пятую логическую схему НЕ и пятый одновибратор подключен к счетному входу третьего счетчика. Блок сравнения выполнен в виде второго блока коммутирующих ключей (блока эталонного кода цифры десятичного разряда), шифратора, четвертого счетчика импульсов, третьего устройства задержки, пятого дифференцирующего звена, восьмой и девятой логических схем И и шестой НЕ, причем первый вход восьмой логической схемы И является первым, а вход третьего устройства задержки вторым входами блока сравнения, выходом которого является выход девятой логической схемы И. Второй блок коммутирующих ключей через шифратор, счетчик и шестую логическую схему НЕ подключен к входам девятой логической схемы И. Выход третьего устройства задержки через восьмую логическую схему И соединен со счетным входом четвертого счетчика, вход предварительной записи которого подключен к выходу пятого дифференцирующего звена.

Блок ключей содержит одиннадцать ключей в виде кнопок с возвратом. Одна кнопка необходима для установки замка в исходное состояние счетчика импульсов. Остальные десять необходимы для набора кода.

Недостатком известного электронного кодового устройства является низкая помехоустойчивость в связи с тем, что информация о состоянии разрядов набираемого кода передается числоимпульсным кодом последовательно во времени. Поэтому для открывания замка требуется большой промежуток времени, что определяет высокую вероятность искажения числоимпульсного кода под действием мощных одиночных помех промышленного происхождения. Любое искажение числа импульсов, даже на один импульс, приводит к сбою в работе устройства. Также необходимо дополнительное нажатие кнопки для формирования сигнала установки устройства в исходное состояние, который передается вместе с информационной посылкой по одной линии связи, что при воздействии помех может привести к потере данного сигнала, а устройство останется разблокированным.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание электронного кодового устройства повышенной помехоустойчивости.

Технический результат, заключающийся в повышении помехоустойчивости, достигается тем, что в электронном кодовом устройстве, содержащем ключ, включающий блок набора кода и генератор импульсов, первый выход которого соединен со счетным входом делителя частоты ключа, и замок, включающий делители частоты замка, инверторы, блок эталонного кода, разрядные счетчики, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами схемы сравнения, выход которой соединен со входом исполнительного блока, ключ снабжен разрядными счетчиками, а генератор импульсов - вторым выходом, информационные входы разрядных счетчиков ключа соединены с соответствующими информационными выходами блока набора кода, вход разрешения записи каждого из разрядных счетчиков ключа соединен с соответствующим управляющим выходом блока набора кода, пусковой выход которого соединен с входом обнуления делителя частоты ключа, с первыми входами обнуления делителей частоты замка, входами обнуления разрядных счетчиков замка и управляющим входом генератора импульсов, второй выход которого соединен со счетными входами делителей частоты замка, причем выход каждого из делителей частоты замка через соответствующий инвертор соединен со счетными входами разрядных счетчиков замка, счетные входы разрядных счетчиков ключа соединены с выходом делителя частоты ключа, а выход каждого из разрядных счетчиков ключа соединен с собственным входом блокировки, с управляющим входом соответствующего разрядного счетчика замка и вторым входом обнуления соответствующего делителя частоты замка, вторые входы схемы сравнения соединены с соответствующими выходами блока эталонного кода.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить помехоустойчивость электронного кодового устройства за счет уменьшения времени открывания замка путем параллельной передачи информации о состоянии разрядов числоимпульсным кодом, а также за счет обеспечения неискаженной передачи информации при одиночных искажениях числоимпульсного кода.

На фиг. 1 представлена структурная схема электронного кодового устройства (на примере трех разрядов).

На фиг. 2 представлена схема блока набора кода (на примере трех разрядов).

Электронное кодовое устройство (фиг. 1) содержит блок 1 набора кода ключа, генератор 2 импульсов ключа, снабженный вторым выходом, делитель 3 частоты ключа, три разрядных счетчика 4₁...4₃ ключа, три делителя 5₁...5₃ частоты замка, три инвертора 6₁...6₃ замка, три разрядных счетчика 7₁...7₃ замка, схему 8 сравнения замка, блок 9 эталонного кода замка, исполнительный блок 10 замка. Генератор 2 импульсов первым выходом соединен со счетным входом делителя 3 частоты. Разрядные счетчики 7₁...7₃ выходами соединены с соответствующими первыми входами схемы 8 сравнения, выход которой соединен со входом исполнительного блока 10. Информационные входы разрядных счетчиков 4₁...4₃ соединены с соответствующими информационными выходами блока 1 набора кода, вход разрешения записи каждого из разрядных счетчиков 4₁...4₃ соединен с соответствующим управляющим выходом блока 1 набора кода. Пусковой выход блока 1 набора кода соединен с входом обнуления делителя 3 частоты, с первыми входами обнуления делителей 5₁...5₃ частоты, входами обнуления разрядных счетчиков 7₁...7₃ и с управляющим входом генератора 2 импульсов. Второй выход генератора 2 импульсов соединен со счетными входами делителей 5₁...5₃ частоты. Выход каждого из делителей 5₁...5₃ частоты через соответствующий инвертор 6₁. ..6₃ соединен со счетными входами разрядных счетчиков 7₁...7₃. Счетные входы разрядных счетчиков 4₁...4₃ соединены с выходом делителя 3 частоты, а выход каждого из разрядных счетчиков 4₁...4₃ соединен с собственным входом блокировки, с управляющим входом соответствующего разрядного счетчика 7₁...7₃ и вторым входом обнуления соответствующего делителя 5₁...5₃ частоты. Вторые входы схемы 8 сравнения соединены с соответствующими выходами блока 9 эталонного кода.

Блок 1 набора кода (фиг. 2) содержит контакты 11.1 ... 11.11, кнопки 12.1 ... 12.11, резисторы 13.1 ... 13.11, контакты 14.1 ... 14.11, шифратор 15 приоритетов, элемент HE 16, элементы ИЛИ 17.1, ... 17.2, элемент 3ИЛИ- НЕ 18, резистор 19, элемент 3ИЛИ-НЕ 20, регистр 21 сдвига. Контакты 11.1 ... 11.11 кнопок 12.1 . .. 12.11 соединены с общей шиной. Контакт 14.2 кнопки 12.2 соединен с первым входом шифратора 15 приоритетов, контакт 14.3 кнопки 12.3 соединен со вторым входом шифратора 15 приоритетов. Аналогично соединяются контакты 14.4 ... 14.9. Контакт 14.10 кнопки 12.10 соединен с девятым входом шифратора 15 приоритетов. Контакт 14.11 кнопки 12.11 соединен с входом элемента НЕ 16 и генератором 2 импульсов, делителями 3, 5₁...5₃ частоты и разрядными счетчиками 7₁...7₃. Контакт 14.1 кнопки 12.1 соединен с третьим входом элемента 3ИЛИ-НЕ 18. Контакты 14.1 ... 14.11 через резисторы 13.1 ... 13.11 соединены с шиной питания. Первый, второй, третий и четвертый выходы шифратора 15 приоритетов соединены с информационными входами разрядных счетчиков 4₁...4₃. Первый и второй выходы шифратора 15 приоритетов соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ 17.1. Третий и четвертый выходы шифратора 15 приоритетов соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ 17.2. Выходы элементов ИЛИ 17.1 и 17.2 соединены с первым и вторым входами элемента 3ИЛИ-НЕ 18, выход которого соединен с C-входом сдвигового регистра 21. Выход элемента НЕ 16 соединен с R-входом сдвигового регистра 21. Входы D0. ..D4, D<--- и C01 сдвигового регистра 21 соединены с общей шиной, а вход C02 через резистор 19 с шиной питания. Первый и второй выходы сдвигового регистра 21 соединены с первым и вторым входами элемента 3ИЛИ-НЕ 20, выход которого соединен с входом D ---> сдвигового регистра 21. Первый, второй и третий выходы сдвигового регистра 21 соединены с управляющими входами соответствующих разрядных счетчиков 4₁...4₃.

Генератор 2 импульсов может быть выполнен по схеме (см. Е.А. Зельдин "Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре" Л. : Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986 г., стр. 275, рис 14-14а). Делители 3, 5₁...5₃ частоты, разрядные счетчики 4₁...4₃, 7₁...7₃ могут быть выполнены на микросхеме 1564ИЕ10. Инверторы 6₁...6₃ могут быть выполнены на микросхеме 1564ЛН1. Схема 8 сравнения может быть выполнена на компараторе 1564СП1. Блок 9 эталонного кода может быть выполнен на энергонезависимых ячейках памяти (см. Авторское свидетельство СССР N 845287, кл. H 03 K 19/16, опубл. 07.07.81 г., Бюл. 25). Исполнительный блок 10 представляет собой электромагнитный механизм, управляемый составным транзистором.

Электронное кодовое устройство работает следующим образом.

После включения питания генератор 2 импульсов находится в исходном состоянии, делители 3, 5₁...5₃ частоты, разрядные счетчики 7₁...7₃ удерживаются в нулевом состоянии, исполнительный блок 10 заблокирован сигналом со схемы 8 сравнения (на выходах блока 9 эталонного кода выставлен эталонный код). Разрядные счетчики 4₁...4₃ могут находиться в любом состоянии. Запись информации в разрядные счетчики 4₁...4₃ запрещена сигналами с выхода сдвигового регистра 21.

Нажатием кнопки 11.11 производится установка сдвигового регистра 21 в нулевое состояние. После отпускания кнопки 11.11 устройство готово к набору кода.

Для набора первой цифры десятичного кода необходимо нажать соответствующую кнопку (11.1 ... 11.10) на блоке 1 набора кода, сигнал с которой преобразуется в двоичный формат шифратором 15 приоритетов и поступает на информационные входы разрядных счетчиков 4₁...4₃. Нажатие кнопки приводит также к формированию импульса сдвига на элементах ИЛИ 17.1, 17.2 и элементе 3ИЛИ-НЕ 18, в результате чего на выходе Q0 сдвигового регистра 21 формируется сигнал записи информации в первый разрядный счетчик 4₁. При нажатии кнопки, соответствующей следующей цифре кода, импульс записи информации формируется на выходе Q1 сдвигового регистра 21, что означает запись во второй разрядный счетчик 4₂ информации, появившейся на выходе шифратора 15 приоритетов.

Аналогично набираются остальные цифры кода. Элемент 3ИЛИ-НЕ 20 служит для обеспечения работы сдвигового регистра 21 в режиме коммутатора. Если после заполнения всех разрядных счетчиков 4₁...4₃ набор кода продолжается, то разрядные счетчики 4₁...4₃ изменяют свои значения на вновь набираемые. После набора всех цифр кода разрядные счетчики 4₁...4₃ содержат начальные значения, соответствующие введенному коду. Нажатием кнопки 11.11 производится запуск генератора 2 импульсов. Счетные импульсы с выходов генератора 2 импульсов синфазно через делители 3, 5₁...5₃ частоты (например, делители на четыре) поступают на счетные входы разрядных счетчиков ключа 4₁...4₃ и замка 7₁...7₃ соответственно. Причем счетные импульсы, поступающие с делителей 5₁. . . 5₃ частоты, инвертируются для того, чтобы моменты переключения разрядных счетчиков 7₁...7₃ опережали моменты переключения разрядных счетчиков 4₁...4₃ на половину периода выходных импульсов делителей 5₁...5₃ частоты, что определено режимом работы устройства.

Разрядные счетчики 7₁...7₃ считают до переполнения; с запаздыванием на половину периода начинают считать разрядные счетчики 4₁...4₃. После прихода сигналов переполнения от разрядных счетчиков 4₁...4₃ счет в соответствующих им разрядных счетчиках 7₁...7₃ прекращается, и на их выходах устанавливается полученный в результате счета код. Если коды, приходящие на схему 8 сравнения, совпали, то происходит срабатывание исполнительного блока 10.

Отпусканием кнопки 11.11 производится блокировка исполнительного механизма, установка генератора 2 импульсов в исходное состояние и обнуление делителей ключа 3, 5₁...5₃ частоты и разрядных счетчиков 7₁...7₃.

Наиболее чувствительными к помехам являются линии связи между ключом и замком и входные цепи замка из-за их большого входного сопротивления.

Воздействие помехи может сказаться следующим образом: 1) добавлением счетного импульса в случае попадания импульса помехи в промежуток между импульсами, либо расщеплением счетного импульса, 2) пропаданием импульса в случае перекрытия паузы между импульсами.

Рассмотрим работу устройства при воздействии помех.

В исходном состоянии делители 3, 5₁...5₃ частоты, генератор 2 импульсов и разрядные счетчики 7₁...7₃ удерживаются сигналом с блока 1 набора кода в исходном состоянии, и наличие помех не влияет на их состояние. Воздействие помех на разрядные счетчики 4₁...4₃ не влияет на работу устройства, т.к. их истинные значения устанавливаются в режиме набора кода.

После набора кода и начала счета наиболее опасно влияние помехи на линии связи между ключом и замком. При добавлении импульса помехи в высокочастотный канал связи между генератором 2 импульсов и делителями 5₁...5₃ частоты происходит сдвиг выходных импульсов делителей 5₁...5₃ частоты, приходящих на разрядные счетчики 7₁...7₃ на четверть периода вперед, что не приводит к ложному срабатыванию исполнительного блока 10. Появление двух импульсов помехи приводит к потере счетного импульса для разрядных счетчиков 7₁...7₃, что недопустимо. При пропадании одного счетного импульса в результате помехи происходит сдвиг счетного импульса, приходящего на разрядные счетчики 7₁... 7₃ на четверть периода назад, что не влияет на работу устройства. Пропадание двух счетных импульсов в результате помехи приводит к синфазному переключению разрядных счетчиков 4₁...4₃ и 7₁...7₃, однако с учетом временных задержек в элементах возможно ложное срабатывание устройства. Решение этих проблем - увеличение частоты счетных импульсов генератора 2 импульсов. В случае, когда наиболее вероятно появление (или пропадание) двух импульсов в результате помех, возможно исключение ложного срабатывания без увеличения частоты генератора 2 импульсов путем внесения соответствующей разности фаз между его выходами.

Помехи на управляющих входах разрядных счетчиков 7₁...7₃ могут быть отфильтрованы, так как на них поступает информация с низкой частотой передачи, кроме этого, их помехоустойчивость возрастает, так как сокращено время работы разрядных счетчиков 7₁...7₃ за счет параллельной передачи информации. Приход сигнала переполнения от разрядного счетчика ключа блокирует работу соответствующего делителя частоты замка, для того чтобы помехи в линиях связи не смогли вызвать переключение разрядного счетчика замка, если произойдет снятие его блокировки.

Таким образом, обеспечивается помехоустойчивость устройства во всех режимах его работы за счет уменьшения времени открывания замка путем параллельной передачи информации о состоянии разрядов числоимпульсным кодом, а также за счет обеспечения неискаженной передачи информации при одиночных искажениях числоимпульсного кода. Кроме этого, достигается некоторое упрощение схемы за счет исключения устройства выбора разрядов, необходимого при последовательной передаче, так как информация передается в параллельном коде.

Изготовлен лабораторный макет электронного кодового устройства, испытания которого подтвердили осуществимость и практическую ценность заявляемого объекта.

Кодовое устройство относится к электронным системам управления. Электронное кодовое устройство содержит блок набора кода ключа, генератор импульсов ключа, снабженный вторым выходом, делитель частоты ключа, три разрядных счетчика ключа, три делителя частоты замка, три инвертора замка, три разрядных счетчика замка, схему сравнения замка, блок эталонного кода замка и исполнительный блок замка. Генератор импульсов первым выходом соединен со счетным входом делителя частоты. Разрядные счетчики выходами соединены с соответствующими первыми входами схемы сравнения, выход которой соединен со входом исполнительного блока. Информационные входы разрядных счетчиков соединены с соответствующими информационными выходами блока набора кода, вход разрешения записи каждого из разрядных счетчиков соединен с соответствующим управляющим выходом блока набора кода. Пусковой выход блока набора кода соединен с входом обнуления делителя частоты, с первыми входами обнуления делителей частоты, входами обнуления разрядных счетчиков и с управляющим входом генератора импульсов. Второй выход генератора импульсов соединен со счетными входами делителей частоты. Выход каждого из делителей частоты через соответствующий инвертор соединен со счетными входами разрядных счетчиков. Счетные входы разрядных счетчиков соединены с выходом делителя частоты, а выход каждого из разрядных счетчиков соединен с собственным входом блокировки, с управляющим входом соответствующего разрядного счетчика и вторым входом обнуления соответствующего делителя частоты. Вторые входы схемы сравнения соединены с соответствующими выходами блока эталонного кода. Достигаемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости. 2 ил.

Электронное кодовое устройство, содержащее ключ, включающий блок набора кода и генератор импульсов, первый выход которого соединен со счетным входом делителя частоты ключа, и замок, включающий делители частоты замка, инверторы, блок эталонного кода, разрядные счетчики, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами схемы сравнения, выход которой соединен со входом исполнительного блока, ключ снабжен разрядными счетчиками, а генератор импульсов - вторым выходом, информационные входы разрядных счетчиков ключа соединены с соответствующими информационными выходами блока набора кода, вход разрешения записи каждого из разрядных счетчиков ключа соединен с соответствующим управляющим выходом блока набора кода, пусковой выход которого соединен с входом обнуления делителя частоты ключа, с первыми входами обнуления делителей частоты замка, входами обнуления разрядных счетчиков замка и управляющим входом генератора импульсов, второй выход которого соединен со счетными входами делителей частоты замка, причем выход каждого из делителей частоты замка через соответствующий инвертор соединен со счетными входами разрядных счетчиков замка, счетные входы разрядных счетчиков ключа соединены с выходом делителя частоты ключа, а выход каждого из разрядных счетчиков ключа соединен с собственным входом блокировки, с управляющим входом соответствующего разрядного счетчика замка и вторым входом обнуления соответствующего делителя частоты замка, вторые входы схемы сравнения соединены с соответствующими выходами блока эталонного кода.