УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ЗАМКА Российский патент 2004 года по МПК E05B49/00 

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

Известно устройство управления электронного кодового замка (см. патент РФ №2057246 от 18.12.92, МПК Е 05 В 47/00, “Электронный замок”, А.Н.Юскаев, опубл. 23.03.96, БИ №9), содержащее блок набора кода, блок запрета, блок устранения дребезга, блок выдержки, коммутатор, блок счетчиков, блок эталонного кода, счетчик количества наборов ложного кода и элемент задержки. Вход блока устранения дребезга соединен с выходом блока набора кода и входом блока запрета, выходом соединенного с первыми входами блока счетчиков и счетчика количества наборов ложного кода, выход которого через элемент задержки подключен к первой выходной шине устройства, которая соединена со вторым входом счетчика количества наборов ложного кода. Выход блока устранения дребезга через блок выдержки подключен ко вторым входам блока счетчиков и блока запрета, третьим входам подключенного к выходу блока эталонного кода. Выход блока устранения дребезга соединен с первым входом коммутатора, первым выходом подключенного к третьему входу блока счетчиков, второй выход которого соединен с входом блока эталонного кода. Коммутатор вторым входом соединен с первым выходом блока счетчиков, а вторым выходом через блок переключения глубины кода - со второй выходной шиной устройства.

Недостатками устройства управления электронного замка являются:

а) низкая надежность, обусловленная сложностью алгоритма работы и соответствующего схемотехнического решения как устройства в целом, так и отдельных его функциональных блоков (например, блока счетчиков) и наличием в его составе большого количества контактных переключателей (например, в блоке эталонного кода их количество равно количеству разрядов кода, в блоке переключения глубины кода - еще два), которым свойственны низкая надежность и ограниченность ресурса; при этом при увеличении секретности управляемого устройством замка путем увеличения разрядности кодов количество переключателей соответственно увеличивается, что приводит к дальнейшему снижению надежности;

б) ограниченность функциональных возможностей, обусловленная тем, что в случае отказа любого из элементов хранения символов (“1”, “0”) эталонного кода (контактных переключателей) управляемое данным устройством исполнительное устройство в принципе невозможно оперативно открыть другим (запасным) кодом, поскольку схемотехническим решением устройства не предусмотрена возможность задействования исполнительного устройства другим кодом без смены эталонного кода (или возможность оперативной смены этого кода), что создает определенное неудобство при эксплуатации замка, управляемого данным устройством.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является устройство управления электронного замка (см. авт. свид. СССР №1612069 от 10.10.88, МПК Е 05 В 49/00, 47/02, “Электронный замок”, авторы М.Я. Вертлиб и Ф.Г. Гордон, опубл. 07.12.90, БИ №45), содержащее триггер, n-разрядный сдвиговый регистр, (n-1) кодирующих элементов, четыре элемента И, элемент ИЛИ-НЕ и инвертор. Прямой выход триггера соединен с информационным входом n-разрядного сдвигового регистра, прямые выходы с первого по (n-1)-ый разряд которого соединены с первыми контактами соответствующих кодирующих элементов, а инверсные выходы соединены со вторыми контактами соответствующих кодирующих элементов, третьи контакты которых соединены с соответствующими входами первого элемента И. Первый вход второго элемента И соединен с первой входной шиной устройства, а выход - с S-входом триггера, инверсный выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен со второй входной шиной устройства и с первыми входами элемента ИЛИ-НЕ и третьего элемента И. Второй вход третьего элемента И подключен к третьей входной шине устройства 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 сдвигового регистра соединен с n-ым входом первого элемента И и первым входом четвертого элемента И. Выход первого элемента И соединен с первой выходной шиной устройства и через инвертор - со вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен со второй выходной шиной устройства.

Из описания устройства управления электронного замка следует, что совокупность его функциональных элементов, состоящая из второго и третьего элементов И, элемента ИЛИ-НЕ и триггера, по выполняемой функции является блоком управления устройства, имеющим три входа и три выхода. Входами этого блока управления являются: первый вход второго элемента И, третий вход второго элемента И, соединенный с первыми входами третьего элемента И и элемента ИЛИ-НЕ, второй вход третьего элемента И, соединенный со вторым входом элемента ИЛИ-НЕ. Выходами этого блока управления являются: прямой выход триггера, выход элемента ИЛИ-НЕ и выход третьего элемента И. Из описания устройства также следует, что совокупность первого (многовходового) элемента И, инвертора, четвертого элемента И и (n-1) кодирующих элементов, по сути, является блоком сравнения двух многоразрядных позиционных двоичных кодов. При этом первым кодом является код, накапливаемый в сдвиговом регистре, вторым - эталонный код, установленный кодирующими элементами, n-й вход и выход первого элемента И являются соответственно управляющим входом и первым выходом, а выход четвертого элемента И - вторым выходом этого блока сравнения.

Недостатками данного устройства управления электронного замка являются:

а) низкая надежность, обусловленная наличием в его составе (n-1) кодирующих элементов, выполненных на контактных переключателях, которым присущи низкая надежность и ограниченность ресурса; при этом по мере увеличения количества разрядов сравниваемых кодов, например, с целью повышения секретности устройства количество этих переключателей соответственно увеличивается, что ведет к дальнейшему снижению надежности устройства;

б) ограниченность функциональных возможностей, обусловленная отсутствием у устройства свойства, позволяющего оперативно открыть управляемое им исполнительное устройство замка в случае отказа (или потере электрического контакта в замкнутой паре контактов) хотя бы одного из кодирующих элементов другим (запасным) кодом без смены эталонного кода; отсутствие такой возможности создает определенное неудобство при эксплуатации устройства;

в) относительно низкий уровень защищенности от подбора кода посторонним лицом, поскольку устройство не имеет никакой активной защиты от подбора кода, кроме одной пассивной защиты - тревожной сигнализации;

г) определенное неудобство при эксплуатации, обусловленное необходимостью обязательной установки устройства в исходное состояние перед каждым набором кода, притом путем одновременного нажатия двух кнопок с отпусканием их в определенной последовательности.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более надежного, защищенного от подбора кода и удобного в эксплуатации устройства управления электронного замка.

Технический результат, заключающийся в повышении надежности, уровня защищенности от подбора кода и удобства эксплуатации устройства, достигается тем, что в устройство управления электронного замка, содержащее блок управления, первый и второй входы которого соединены с одноименными входными шинами устройства, а первый и второй выходы соединены соответственно с тактовым входом и входом сброса первого сдвигового регистра, выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы входов блока сравнения кодов, первый и второй выходы которого соединены с одноименными выходными шинами устройства, введен второй сдвиговый регистр, и в блок управления - четвертый выход, причем информационный вход второго сдвигового регистра соединен с одноименным входом первого сдвигового регистра и первым входом блока управления, вход сброса и тактовый вход соединены соответственно со вторым и третьим выходами блока управления, четвертым выходом и третьим входом соединенного соответственно с управляющим входом и вторым выходом блока сравнения кодов, вторая группа входов которого подключена к соответствующим выходам второго сдвигового регистра.

Указанная совокупность признаков устройства позволяет:

а) повысить надежность устройства за счет исключения из его состава (n-1) контактных переключателей (используемых для хранения эталонного кода и сравнения эталонного кода с входным кодом, но обладающих низкой надежностью и ограниченным ресурсом) путем изменения алгоритма работы устройства;

б) повысить уровень защищенности от подбора кода за счет увеличения общего времени на подбор кода путем введения блокировки работы устройства на определенное время после каждой неудачной попытки подбора кода;

в) повысить удобство эксплуатации за счет исключения необходимости ручной установки устройства в исходное состояние перед каждым набором кода и возможности открыть при необходимости замок другим (запасным) кодом без трудоемкой смены эталонного кода (в котором нет необходимости).

На фиг.1 приведена структурная схема устройства управления электронного замка, на фиг.2...5 - электрические схемы его функциональных блоков и элементов.

Устройство содержит (см. фиг.1) блок 1 управления, первый 2 и второй 3 сдвиговые регистры и блок 4 сравнения кодов. Первый и второй входы блока 1 управления соединены соответственно с первой 5 и второй 6 входными шинами устройства. Информационные входы сдвиговых регистров 2 и 3 соединены с первым входом блока 1 управления, первый выход которого соединен с тактовым входом сдвигового регистра 2, второй выход - с входами сброса сдвиговых регистров 2 и 3, третий выход - с тактовым входом сдвигового регистра 3, четвертый выход - с управляющим входом блока 4 сравнения кодов. Первая и вторая группы входов блока сравнения кодов подключены к соответствующим выходам соответственно сдвигового регистра 2 и сдвигового регистра 3. Первый выход блока 4 сравнения кодов соединен с первой 7 выходной шиной устройства, второй выход соединен с третьим входом блока 1 управления и со второй 8 выходной шиной устройства.

Блок 1 управления предназначен для формирования управляющих сигналов, необходимых для записи символов (“1”, “0”) разрядов вводимого в устройство последовательного двоичного кода в сдвиговые регистры 2 и 3, сравнения записанных в эти регистры кодов (в блоке 4 сравнения) и формирования результата их сравнения. При этом символы “1” и “0” кода, представляющие собой импульсы напряжения с уровнем логической единицы, поступают соответственно на первый и второй входы блока 1 управления, но можно подавать на первый вход блока 1 управления только символы “1” кода, а на второй вход - только тактовые импульсы для обоих символов кода. По первому и третьему выходам блока 1 управления выдаются тактовые импульсы соответственно для сдвигового регистра 2 и сдвигового регистра 3, по второму выходу выдается импульсный сигнал для установки сдвиговых регистров 2 и 3 в исходное состояние, по четвертому выходу - стробирующий сигнал для сравнения кодов. Конкретная схема блока 1 управления зависит от принятого принципа распределения тактовых импульсов по первому и третьему его выходам, то есть распределения символов “1”, “0” разрядов вводимого в устройство кода по сдвиговым регистрам 2 и 3. На фиг.2 приведен один из возможных вариантов схемы блока 1 управления для конкретного случая: вводимый в устройство код -восьмиразрядный, символы нечетных разрядов кода вводятся в сдвиговый регистр 2, четных разрядов - в сдвиговый регистр 3, а блок 1 управления реагирует на срез символов кода, поступающих на его первый и второй входы. Схема реализована на счетчике 9 с встроенными дешифраторами состояний, элементах 10...13 ИЛИ, элементах 14...17 И, формирователе 18 импульсов сброса и формирователе 19 сигналов блокировки с показанными на фиг.2 связями между ними. Если в рассматриваемом случае к блоку 1 управления предъявить дополнительное требование - не записывать в сдвиговые регистры 2 и 3 (с целью повышения секретности устройства) символы каких-то разрядов кода, допустим третьего и четвертого разрядов, то блок 1 управления может быть реализован практически по той же схеме фиг.2 с незначительными изменениями: в схему вводится дополнительный двухвходовой элемент ИЛИ-НЕ, входы которого соединяются с выходами состояний счетчика, соответствующих числам 2 и 3, выход соединяется с дополнительными входами элементов 14 И, 15 И, а элементы 11 И, 12 И при этом становятся трехвходовыми.

Формирователь 18 импульсов сброса блока 1 управления выполнен по схеме фиг.3 (на инверторе 20, триггере Шмитта 21, резисторе 22 и конденсаторе 23 с показанными на фиг.3 связями между ними) и формирует короткий импульс по срезу входного сигнала. Формирователь 19 сигнала блокировки выполнен по схеме фиг.4 (на триггере Шмитта 24, диоде 25, резисторах 26, 27 и конденсаторе 28 с показанными на фиг.4 связями между ними) и формирует длинный сигнал от короткого входного импульсного сигнала.

Сдвиговые регистры 2 и 3 предназначены для приема и хранения символов соответствующих разрядов вводимого в устройство кода до окончания сравнения накопленных в них кодов и формирования результата их сравнения. Могут быть реализованы на типовых сдвиговых регистрах с последовательным вводом и параллельным выводом информации (например, типа 564ИР2, 564ИР6).

Блок 4 сравнения кодов обеспечивает сравнение двух многоразрядных двоичных кодов и по стробирующему сигналу формирует результат их сравнения. Может быть выполнен на типовых схемах сравнения - цифровых компараторах (например, типа 564ИП2). На фиг.5 показана схема блока 4 для сравнения двух четырехразрядных двоичных кодов, реализованная на упомянутом цифровом компараторе 29, инверторе 30 и элементе 31 И с показанными на фиг.4 связями между ними. При большем количестве разрядов сравниваемых кодов указанного типа схемы сравнения включаются последовательно с использованием входов расширения А=В, А<В, А>В, а сигнал опроса и младшие разряды сравниваемых кодов в этом случае подаются на соответствующие входы первой (входной) схемы сравнения, старшие разряды - на входы второй схемы (последующих схем) сравнения.

Устройство управления электронного замка работает следующим образом.

В исходном состоянии на входных шинах 5, 6 и на выходных шинах 7, 8 устройства, а также на входах и выходах всех его функциональных блоков поддерживаются уровни логического нуля. В такое исходное состояние устройство первоначально устанавливается самостоятельно при включении питания, например подачей импульсного сигнала начальной установки на дополнительный вход элемента 13 ИЛИ блока 1 управления (схема начальной установки на схемах фиг.1 и 2 не показана), а также после каждого цикла работы. Указанное исходное состояние устройства сохраняется до момента поступления по входным шинам 5 и 6 кода замка (входного кода).

Рассмотрим работу устройства при реализации блока 1 управления по схеме фиг.2, то есть для частного случая, когда входной код имеет восемь двоичных разрядов, нечетные разряды входного кода вводятся (“записываются”) в сдвиговый регистр 2, четные разряды - в сдвиговый регистр 3, счетчик 9 блока 1 управления переключаются по срезу импульсов символов “1” и “0” входного кода. И предположим, что входным кодом является код 11001111 и первым в устройство поступает символ справа (символ первого разряда кода).

Символ “1” первого разряда входного кода поступает (в виде импульса с уровнем логической единицы) по входной шине 5 на первый вход блока 1 управления и на информационные входы сдвиговых регистров 2 и 3. В блоке 1 управления (см. фиг.2) этот импульс через элемент 10 ИЛИ поступает на счетный вход счетчика 9 и на первые входы элементов 14 И, 15 И. В исходном состоянии на выходе “0” счетчика 9 активно поддерживается уровень логической единицы, который через элемент 11 ИЛИ также присутствует на втором входе элемента 14 И, поэтому поступивший на первый вход блока 1 управления импульс символа “1” входного кода через элементы 10 ИЛИ и 14 И проходит (с некоторой задержкой на этих элементах) на его первый выход в качестве первого тактового импульса для сдвигового регистра 2. По фронту этого тактового импульса в первый разряд сдвигового регистра 2 записывается первый символ “1” входного кода. По срезу этого же импульса счетчик 9 блока 1 управления переключается в следующее состояние, на его выходе “0” устанавливается уровень логического нуля, а на выходе “1” - логической единицы, который через элемент 12 И поступает на первый вход элемента 15 И, подготавливая его для пропуска следующего “тактового импульса”.

Символ “1” второго разряда входного кода также поступает по входной шине 5 на информационные входы сдвиговых регистров 2, 3 и на первый вход блока 1 управления, в котором через элементы 10 ИЛИ, 15 И проходит на третий выход в качестве второго тактового импульса, что приводит к записи в первый разряд сдвигового регистра 3 символа “1” второго разряда входного кода. По срезу импульса второго символа входного кода счетчик 9 устанавливается в следующее состояние, при этом на его выходе “1” восстанавливается исходное состояние логического нуля, на выходе “2” появляется уровень логической единицы, который через элемент 11 ИЛИ поступает на второй вход элемента 14 И.

Символ “0” третьего разряда, поступающий уже по входной шине 6 устройства (тоже в виде импульса с уровнем логической единицы), проходит на второй вход блока 1 управления и через элемент 14 И - на его первый выход в качестве второго тактового импульса для сдвигового регистра 2, что приводит к записи символа “0” третьего разряда входного кода в первый разряд сдвигового регистра 2 и сдвигу символа “1” первого разряда входного кода из его первого разряда во второй.

Аналогично работает устройство при поступлении последующих символов входного кода. При этом символы “1” разрядов входного кода поступают по входной шине 5 на первый вход блока 1 управления и информационные входы сдвиговых регистров 2, 3, а символы “0” - по входной шине 6 только на второй вход блока 1 управления. В блоке 1 управления импульсы нечетных символов входного кода проходят в качестве тактовых импульсов на его первый выход, импульсы четных символов - на третий его выход. Следовательно, символы нечетных разрядов входного кода в конце его ввода в устройство оказываются записанными в сдвиговый регистр 2, четных разрядов - в сдвиговый регистр 3. В результате в сдвиговых регистрах 2 и 3 оказываются записанными одинаковые коды - 1011.

Одновременно импульс символа “1” восьмого разряда входного кода, поступивший на первый вход блока 1 управления, через элементы 10 ИЛИ и 16 И проходит на его четвертый выход и далее поступает на управляющий вход блока 4 сравнения кодов в качестве опросного импульса.

Если в устройство был введен правильный код, то записанные в сдвиговые регистры 2 и 3 коды совпадут и на первом выходе блока 4 сравнения кодов появится импульсный сигнал с длительностью, равной длительности опросного импульса, свидетельствующий о равенстве сравниваемых кодов, который выдается по выходной шине 7 устройства и используется для управления исполнительным механизмом кодового замка.

В блоке 1 управления импульсный сигнал, выдаваемый на его четвертый выход, поступает также на вход формирователя 18 импульсов сброса (см. фиг.3), где по срезу этого импульсного сигнала формируется короткий импульс, который через элемент 13 ИЛИ устанавливает в исходное состояние счетчик 9 блока 1 управления и через второй выход последнего - сдвиговые регистры 2 и 3.

Таким образом, после поступления символа последнего разряда входного кода и формирования результата сравнения записанных в сдвиговые регистры 2 и 3 кодов устройство снова готово к приему кода.

Если же коды, записанные в сдвиговые регистры 2 и 3 в процессе приема входного кода, не совпадут, то есть в устройство был введен неправильный код, то при поступлении опросного импульса с четвертого выхода блока 1 управления импульсный сигнал появится на втором выходе блока 4 сравнения (см. фиг.4), что свидетельствует о неравенстве сравниваемых кодов. Этот сигнал поступает на третий вход блока 1 управления, а также на выходную шину 8, и может быть использован для звуковой или световой тревожной сигнализации.

В блоке 1 управления указанный импульсный сигнал поступает в формирователь 19 сигнала блокировки (см. фиг.4), где удлиняется на время, необходимое для блокировки устройства после каждого несовпадения сравниваемых кодов, и через элементы 17 И, 13 ИЛИ поступает на вход сброса счетчика 9 и через второй выход блока 1 управления - на входы сброса сдвиговых регистров 2, 3 и активно удерживает их в исходном состоянии на время блокировки устройства.

После окончания указанного сигнала блокировки устройство снова готово к приему входного кода.

Следует отметить, что указанное активное удержание счетчика 9 блока 1 управления и сдвиговых регистров 2 и 3 в исходном состоянии после введения неправильного кода осуществляется только после окончания опросного сигнала, формируемого элементом 16 И, что обеспечивается соединением выхода элемента 16 И с инверсным входом элемента 17 И. При этом сигнал блокировки на выходе элемента 17 И появляется одновременно с импульсом сброса на выходе формирователя 18.

Следует также отметить, что входной код в устройство можно вводить и по другому: по входной шине 5 подавать символы “1” разрядов кода, а по входной шине 6 - тактовые импульсы для символов “1” и “0” всех разрядов. При этом устройство будет работать так же, как описано выше.

Из описания работы устройства управления электронного замка следует, что оно обладает всеми функциональными возможностями прототипа, но имеет при этом более высокую надежность, имеет активную защиту от подбора кода посторонним лицом и удобнее в эксплуатации. При этом повышение надежности устройства достигнуто за счет исключения из его состава имеющих низкую надежность и ограниченный ресурс контактных коммутирующих элементов по количеству разрядов входного кода, улучшение защиты от подбора кода посторонним лицом - за счет блокировки на определенное время после каждого ввода неправильного кода, а повышение удобства эксплуатации - за счет исключения необходимости установки в исходное состояние перед каждым вводом кода и за счет возможности оперативно открыть замок при необходимости запасным кодом.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достигнутого технического результата был собран и испытан макет заявляемого устройства управления электронного замка для восьмиразрядного последовательного двоичного входного кода, функциональные блоки которого были выполнены по схемам, приведенным на фиг.2... 5, на базе интегральных микросхем серии 564 и дискретных ЭРИ: конденсаторов К52-1Б, диода 2Д522Б и резисторов С2-33Н.

Проведенные испытания макета показали работоспособность заявляемого устройства управления электронного замками и подтвердили его практическую ценность.

Устройство относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц. Достигаемый технический результат - повышение надежности, уровня защищенности от подбора кода и удобства эксплуатации. Устройство содержит блок 1 управления, сдвиговые регистры 2 и 3, блок 4 сравнения кодов, входные шины 5, 6 и выходные шины 7, 8. Технический результат достигнут введением сдвигового регистра 3, четвертого выхода в блок управления и новых связей между функциональными блоками. 5 ил.

Устройство управления электронного замка, содержащее блок управления, первый и второй входы которого соединены с одноименными входными шинами устройства, а первый и второй выходы соединены соответственно с тактовым входом и входом сброса первого сдвигового регистра, выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы входов блока сравнения кодов, первый и второй выходы которого соединены с одноименными выходными шинами устройства, отличающееся тем, что введен второй сдвиговый регистр, информационный вход которого соединен с одноименным входом первого сдвигового регистра и первым входом блока управления, а вход сброса и тактовый вход соединены соответственно со вторым и третьим выходами блока управления, вновь введенным четвертым выходом и третьим входом соединенного соответственно с управляющим входом и вторым выходом блока сравнения кодов, вторая группа входов которого подключена к соответствующим выходам второго сдвигового регистра.