ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК Российский патент 2003 года по МПК E05B47/00 E05B49/00 G07C9/00 

Изобретение относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа, в частности к электронным кодовым замкам.

Известен электронный замок (см. а.с. СССР 1406325 от 17.07.88, МКИ Е 05 В 47/00, опубл. 30.06.88, БИ 24/ Ю.А. Браммер. Электронный замок), содержащий блок набора кода, неподвижные контакты которого соединены параллельно и подключены к источнику питания, элемент ИЛИ, первый и второй элементы И, мультиплексор, счетчик, дешифратор, элемент задержки и исполнительный механизм. Подвижные контакты блока набора кода соединены с входами элемента ИЛИ и в соответствии с кодом подключены к информационным входам мультиплексора, к адресным входам которого подключены выходы счетчика и входы дешифратора, выход которого соединен с исполнительным механизмом. Выход элемента ИЛИ через элемент задержки соединен с первыми входами первого и второго элементов И, к инверсному входу первого из которых подключен выход мультиплексора и второй вход второго элемента И. Выходы первого и второго элементов И соединены, соответственно, с входом сброса и со счетным входом счетчика.

Недостатками электронного замка являются:
а) низкая надежность, обусловленная наличием большого количества контактных элементов коммутации (кнопок), которым свойственны низкая надежность и ограниченность ресурса;
б) относительно низкая секретность, обусловленная затиранием отдельных кнопок, участвующих в правильном наборе кода, и прилегающих к ним мест;
в) относительное неудобство в эксплуатации, обусловленное необходимостью установки замка в исходное состояние каждый раз перед набором кода.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является управляемый последовательным двоичным кодом электронный замок (см. а. с. СССР 1612069 от 10.10.90, МКИ Е 05 В 47/02, 49/00, опубл. 07.12.90, БИ 45/ М.Я. Вертлиб и Ф.Г. Гордон. Электронный замок), содержащий схему набора нулей, схему набора единиц, исполнительный механизм, элементы И, элемент ИЛИ-НЕ, инвертор, блок индикации несанкционированных действий и триггер. Прямой выход триггера соединен с информационным входом n-разрядного сдвигающего регистра, прямые и инверсные выходы с первого по (n-1)-й разряд которого соединены, соответственно, с первыми и вторыми контактами соответствующих кодирующих элементов, третьи контакты которых соединены с соответствующими входами первого элемента И. Первый выход схемы набора нулей соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с S-входом триггера, инверсный выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом схемы набора единиц, первыми входами элемента ИЛИ-НЕ и третьего элемента И. Второй вход третьего элемента И подключен к второму выходу схемы набора нулей и к второму входу элемента ИЛИ-НЕ. Выход третьего элемента И соединен с R-входами триггера и сдвигового регистра. Выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входами синхронизации триггера и сдвигового регистра, прямой выход n-го разряда которого соединен с n-м входом первого элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом инвертора. Выход первого элемента И соединен со входами исполнительного механизма и инвертора, а выход четвертого элемента И соединен со входом блока индикации несанкционированных действий.

Из описания схемы данного электронного замка следует, что схема набора нулей и схема набора единиц кода по сути являются блоком набора кода, а совокупность кодирующих коммутирующих элементов (с установленными в соответствующие положения подвижными контактами и неподвижными контактами, соединенными с прямыми и инверсными выходами сдвигающего регистра) и многовходового первого элемента И - блоком памяти эталонного кода и схемой сравнения кодов, соединенных последовательно.

Недостатками данного электронного замка являются:
а) низкая надежность, обусловленная наличием в его составе большого количества контактных коммутирующих элементов (кнопочных переключателей), которым свойственны низкая, по сравнению с электронными переключателями, надежность и ограниченность ресурса; по мере увеличения разрядов кодов, например, с целью повышения секретности замка, количество этих переключателей, а также триггеров разрядов сдвигающего регистра пропорционально увеличивается, что ведет к дальнейшему снижению надежности замка;
б) низкий уровень защищенности от подбора кода посторонними лицами, обусловленный отсутствием какой-либо активной меры защиты, кроме одной пассивной меры - тревожной сигнализации;
в) определенное неудобство эксплуатации, обусловленное необходимостью обязательной ручной установки его в исходное состояние перед каждым набором кода путем одновременного нажатия двух кнопочных переключателей схем набора нулей и единиц кода с соблюдением определенной очередности их отпускания.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более надежного, лучше защищенного от подбора кода и более удобного в эксплуатации электронного замка, управляемого последовательным двоичным кодом.

Технический результат, заключающийся в повышении надежности, защищенности от подбора кода и удобства эксплуатации управляемого последовательным двоичным кодом электронного замка, достигается тем, что в электронный замок, содержащий блок набора кода, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, блок памяти, выходом соединенный с первым входом схемы сравнения, выход которой через инвертор соединен с первым входом первого элемента И, второй элемент И и две выходные шины, первая из которых соединена с выходом первого элемента И, введены счетчик и формирователь сигналов сброса, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход - с выходом элемента ИЛИ, вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, второй вход которой соединен с первым выходом блока набора кода, выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчика, вход сброса которого соединен с выходом формирователя сигналов сброса, выход переноса - со второй выходной шиной, а выходы разрядов соединены с соответствующими адресными входами блока памяти.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить надежность электронного замка путем исключения из состава его функциональных элементов, имеющих низкую надежность и малый ресурс контактных кодирующих элементов (переключателей) по количеству разрядов эталонного кода замка, используемых для хранения эталонного кода и при сравнении этого кода с набираемым кодом, и замены их и многовходового элемента И одним, независимо от разрядности и количества хранимых эталонных кодов, высоконадежным блоком памяти - электронным ППЗУ (РПЗУ) и одной простейшей схемой сравнения двух двоичных символов за счет последовательного поразрядного сравнения кодов, то есть за счет изменения алгоритма работы электронного замка.

Указанная совокупность признаков позволяет также повысить защищенность электронного замка от подбора кода путем увеличения времени на подбор кода за счет сброса замка в исходное состояние и удержания его в этом состоянии в течение определенного времени после каждого факта ошибочного набора любого из символов кода.

И наконец, указанная совокупность признаков позволят повысить удобство эксплуатации электронного замка, поскольку исключается необходимость обязательной ручной установки замка в исходное состояние перед каждым набором кода путем одновременного нажатия двух кнопочных переключателей с соблюдением определенной очередности их отпускания.

На фиг.1 приведена структурно - функциональная схема электронного замка, на фиг.2 - электрическая схема формирователя сигналов сброса.

Электронный замок (см. фиг.1) содержит блок 1 набора кода, схему 2 сравнения, блок 3 памяти, счетчик 4, формирователь 5 сигналов сброса, элемент 6 ИЛИ, первый 7 и второй 8 элементы И и инвертор 9. Первый и второй выходы блока 1 набора кода соединены с соответствующими входами элемента 6 ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента 8 И и с вторыми входами элемента 7 И и формирователя 5 сигналов сброса, первый вход которого соединен с выходом элемента 7 И и первой выходной шиной 10. Выход схемы 2 сравнения соединен с вторым входом элемента 8 И и через инвертор 9 - с первым входом элемента 7 И. Выход элемента 8 И соединен со счетным входом счетчика 4, вход сброса которого соединен с выходом формирователя 5 сигналов сброса, выход переноса - с второй выходной шиной 11, выходы разрядов соединены с соответствующими адресными входами блока 3 памяти. Выход блока 3 памяти соединен с первым входом схемы 2 сравнения, второй вход которого подключен к первому выходу блока 1 набора кода.

Блок 1 набора кода содержит два кнопочных переключателя с соответствующими схемами подавления дребезга, выполненными по известной схеме (см. книгу: Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. М.: Энергоагомиздат, 1988, с.246, рис.8.2). При этом по первому выходу блока 1 набора кода выдаются символы (с уровнем логической единицы) "1", по второму выходу - символы "0".

Схема 2 сравнения предназначена для последовательного сравнения символов одноименных разрядов кодов и выполнена (см. фиг.1) на элементе 12 Исключающее ИЛИ и инверторе 13, включенных последовательно.

Блок 3 памяти предназначен для хранения символов (1, 0) разрядов эталонного кода замка, минимальное количество ячеек памяти - не менее количества разрядов эталонного кода. Блок 3 памяти может быть выполнен на одном одноразрядном ППЗУ (или РПЗУ), а при использовании многоразрядных ЗУ более широкого применения (типа 556 -РТ4А, 558РР2, 1623РТ1) используется один разряд из нескольких. Счетчик 4 предназначен для счета количества совпадающих при сравнении символов разрядов кодов и обеспечения последовательного вывода из блока 3 памяти символов разрядов эталонного кода для сравнения с символами соответствующих разрядов кода, набираемого в блоке 1 набора кода. При совпадении символов всех разрядов кодов на выходе переноса счетчика 4 появляется сигнал, свидетельствующий о равенстве кодов.

Счетчик 4 выполнен в виде двоичного счетчика, переключается по срезу счетных импульсов, сигнал переноса на его выходе формируется с помощью дешифратора его состояния, соответствующего числу, равному количеству разрядов кодов, или с помощью другого известного способа - организацией в счетчике тракта последовательного переноса (см., например, книгу: Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1988, с.256, рис. 9.3). Счетчик 4 может быть также выполнен в виде двоично-десятичного счетчика (если количество разрядов кодов не более 10) или в виде кольцевых счетчиков, например, в виде счетчика Джонсона, хотя в последнем случае счетчик 4 несколько усложняется из-за малого коэффициента пересчета таких счетчиков.

Формирователь 5 сигналов сброса (см. фиг.2) содержит устройство, выполненное на резисторах 14, 15, конденсаторе 16, диоде 17, триггере Шмитта 18 и элементе 19 ИЛИ, обеспечивающее исходное состояние замка с момента включения питания до начала набора кода и после формирования результата сравнения кодов, и одновибратор 20, обеспечивающий сброс в исходное состояние и блокировку электронного замка на определенное время при несовпадении символов любого разряда сравниваемых кодов. Одновибратор 20 может быть выполнен по известным схемам (см., например, книгу: Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1990, с.60, рис.107; с.61, рис. 108), обеспечивающим расширение коротких импульсов или формирующих импульс нужной длительности по положительному перепаду напряжения.

Электронный замок (см. фиг.1) работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходах блока 1 набора кода и на выходе элемента 6 ИЛИ поддерживаются уровни логического нуля, поэтому на выходе формирователя 5 сигналов сброса поддерживается уровень логической единицы, которым счетчик 4 активно удерживается в исходном (нулевом) состоянии, на всех его выходах уровни логического нуля. При этом на выход блока 3 памяти выдан первый символ эталонного кода электронного замка. На выходах остальных функциональных блоков и элементов электронного замка также уровни логического нуля.

В описанное исходное состояние электронный замок устанавливается самостоятельно сразу после включения питания и удерживается в этом состоянии до начала набора первого символа кода электронного замка.

При наборе кода, если первым символом кода является 1, на первом выходе блока 1 набора кода появляется (на время нажатого состояния соответствующей кнопки) соответствующий сигнал с уровнем логической единицы, который поступает на второй вход схемы 2 сравнения и на один из входов элемента 6 ИЛИ. При наборе символа 0 кода импульсный сигнал с уровнем логической единицы появляется на втором выходе блока 1 набора кода и поступает на другой вход элемента 6 ИЛИ. Любой из указанных импульсов проходит на выход элемента 6 ИЛИ и используется в процессе набора кода в качестве тактового импульса. Первый же тактовый импульс, прошедший на второй вход формирователя 5 сигналов сброса (см. фиг. 2), быстро заряжает конденсатор 16 через диод 17 (сопротивление резистора 14 существенно меньше сопротивления резистора 15). При этом на выходе триггера Шмитта 18 появляется уровень логического нуля, который проходит через элемент 19 ИЛИ (поскольку на другом входе этого элемента присутствует уровень логического нуля) на вход сброса счетчика 4, тем самым снимается запрет на работу счетчика 4. В дальнейшем этот уровень логического нуля на входе сброса счетчика 4 сохраняется до конца набора всех символов кода и формирования результата сравнения кодов, так как конденсатор 16 между тактовыми импульсами не успевает разрядиться через большое сопротивление последовательно включенных резисторов 15 и 16 до уровня логического нуля.

Если первый символ (A₁) набираемого в блоке 1 набора кода и первый символ эталонного кода (B₁) совпадут, то на выходе схемы 2 сравнения появляется сигнал ("A₁= B₁") с уровнем логической единицы и поступает на второй вход элемента 8 И и на вход инвертора 9. А поскольку на первом входе элемента 8 И в это время присутствует сигнал с уровнем логической единицы (первый тактовый импульс), то на его выходе появляется сигнал с уровнем логической единицы, который снимается при отпускании нажатой для ввода первого символа кода кнопки. Тактовый импульс, поступивший на второй вход элемента 7 И, не приводит к изменению исходного уровня логического нуля на его выходе, так как на первом входе элемента 7 И в это время присутствует уровень логического нуля (инвертированный сигнал "A₁=B₁"). Здесь необходимо отметить, что в рассматриваемом случае на выходе элемента 7 И возможно появление коротких "пичков" напряжения из-за "гонки" фронтов и срезов входных импульсных сигналов, которые на работу электронного замка не влияют, но при желании могут быть совсем исключены подключением конденсатора небольшой емкости или интегрирующей RC-цепи с малой постоянной времени к выходу элемента 7 И или же некоторым увеличением инерционности нагрузки, подключаемой к выходной шине 10.

По срезу сигнала на выходе элемента 8 И счетчик 4 переключается в состояние, соответствующее числу 1, что приводит к выдаче из блока 3 памяти второго символа (В₂) эталонного кода для сравнения со вторым символом (А₂) набираемого кода.

При наборе остальных символов кода в случае их совпадения с символами соответствующих разрядов эталонного кода функциональные блоки и элементы электронного замка работают аналогично. При этом счетчик 4 по срезу каждого импульсного сигнала ("A_i= B_i"), поступающего на его счетный вход, переключается в следующее состояние, а из блока 3 памяти выдается символ следующего разряда эталонного кода электронного замка. После сравнения символов всех разрядов кодов и при условии совпадения символов всех разрядов на выходе переноса счетчика 4 появляется сигнал ("А=В") с уровнем логической единицы, которой по выходной шине 11 подается на исполнительное устройство.

Через заданное время после снятия последнего тактового импульса, которое определяется временем разряда конденсатора 16 формирователя 5 сигналов сброса (см. фиг.2) через параллельно включенные сопротивление резистора 15 и обратное сопротивление диода 17 до уровня логического нуля, на выходе формирователя 5 сигналов сброса восстанавливается исходный уровень логической единицы, которым счетчик 4 устанавливается в исходное состояние и активно удерживается в этом состоянии. При восстановлении исходного состояния счетчика 4 сигнал с его выхода переноса снимается, а на выход блока 3 памяти снова выдается символ первого разряда эталонного кода, то есть электронный замок возвращается в исходное состояние и снова готов к приему кода.

Если при наборе кода символы какого-либо разряда кодов не совпадут, то в этом случае на выходе схемы 2 сравнения сигнала ("A_i=B_i") с уровнем логической единицы не будет, не будет его и на выходе элемента 8 И. Но в этом случае импульсный сигнал с уровнем логической единицы появляется на выходе элемента 7 И, поскольку на первом его входе инвертором 9 поддерживается уровень логической единицы и тактовый импульс проходит на его выход как сигнал несовпадения символов ("A_i≠B_i"). Этот сигнал выдается по выходной шине 10 и может быть использован для тревожной сигнализации или индикации. Одновременно этот сигнал поступает и на первый вход формирователя 5 сигналов сброса, где по его фронту запускается одновибратор 20 (см. фиг.2), выходной сигнал которого с уровнем логической единицы через элемент 19 ИЛИ поступает на вход сброса, счетчика 4, устанавливает его в исходное состояние. При этом на выход блока 3 памяти снова выдается символ первого разряда эталонного кода. В течение длительности указанного выходного сигнала одновибратора 20 счетчик 4 остается заблокированным, после окончания этого сигнала электронный замок снова готов к приему кода.

Из описания работы схемы электронного замка видно, что он обладает всеми функциональными возможностями прототипа, но имеет при этом более высокую надежность, лучше защищен от подбора кода посторонним лицом и удобнее в эксплуатации. При этом повышение надежности достигнуто за счет исключения из его состава имеющих низкую надежность и ограниченный ресурс контактных коммутирующих элементов (переключателя) по количеству разрядов кода замка, улучшение защищенности от подбора кода - наличием блокировки работы на определенное время в случае несовпадения символов любого из разрядов кодов, а повышение удобства эксплуатации - исключением необходимости обязательной ручной установки замка в исходное состояние перед каждым набором кода - путем одновременного нажатия двух кнопок с соблюдением определенной очередности отпускания этих кнопок.

В целях подтверждения осуществимости предлагаемого объекта и достигнутого технического результата был собран и испытан макет заявляемого электронного замка для восьмиразрядного кода. Макет был реализован на базе интегральных микросхем серии 564 и дискретных ЭРИ. Проведенные испытания показали работоспособность предлагаемого электронного замка и подтвердили его практическую ценность.

Изобретение относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа, в частности к электронным кодовым замкам. Техническим результатом является повышение надежности, защищенности от подбора кода и удобства эксплуатации. Технический результат достигается тем, что электронный замок содержит блок набора кода, блок памяти, схемы сравнения, счетчик, формирователь сигналов сброса, элемент ИЛИ, два элемента И, инвертор и две выходные шины, отличающийся тем, что в него введены счетчик, формирователь сигналов сброса и связи между функциональными блоками и элементами. 2 ил.

Электронный замок, содержащий блок набора кода, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, блок памяти, выходом соединенный с первым входом схемы сравнения, выход которой через инвертор соединен с первым входом первого элемента И, второй элемент И и две выходные шины, первая из которых соединена с выходом первого элемента И, отличающийся тем, что введены счетчик и формирователь сигналов сброса, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход - с выходом элемента ИЛИ, вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, второй вход которой соединен с первым выходом блока набора кода, выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчика, вход сброса которого соединен с выходом формирователя сигналов сброса, выход переноса - со второй выходной шиной, а выходы разрядов соединены с соответствующими адресными входами блока памяти.