Электронные промышленные устройства

140

5.4.2 Описание Блока Идентификации Ключей

Исходя из требований технического задания к вандалоустойчивости и невозможности подделки электронных ключей,

были выбраны ключи iButton компании Dallas Semiconductors.

Электронный ключ-идентификатор iButton представляет собой электронную схему, «упакованную» в прочный корпус из нержавеющей стали (очень похожий на небольшую дисковую батарейку), который в свою очередь состоит из двух электрически изолированных частей. Эти части образуют два электрических контакта (рисунок 5.5), по которым происходит обмен данными между iButton и считывающим устройством, в роли которого может выступать микроконтроллер или персональный компьютер.

Рисунок 5.5 — Внешний вид ключа-идентификатора iButton

Для обмена информацией необходимо осуществить гальванический контакт между iButton и считывающим устройством, или иными словами просто прикоснуться iButton к контактному устройству. Каждая iButton содержит в минимальной конфигурации ПЗУ, в котором хранится 48-битный идентификационный номер, 8-битный код семейства и 8-битный избыточный код контроля. Таким образом, размер кода ключа составляет 8 байт, что также удовлетворяет требованиям ТЗ. Идентификационный номер является уникальным и записывается в процессе изготовления микросхемы при помощи лазера на заводе в Далласе. DS1990A не имеет никаких средств защиты области данных пользователя, так как области этой как таковой и нет.

141

Микросхема iButton изготовлена по технологии КМОП, и в состоянии ожидания основной ток потребления − только ток утечки (у КМОП он очень мал). Для сохранения энергопотребления на предельно низком уровне во время «активных» состояний (чтение данных, например), а также для совместимости с существующими сериями микросхем логики и микропроцессорами линия данных в iButton выполнена как выход с открытым стоком.

Для ключа iButton используется специальный, оптимизированный протокол 1-Wire, позволяющий осуществлять двунаправленный обмен данными.

Стандартная схема подключения контактного устройства к порту ТТЛ-уровня приведена на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6 — Принципиальная схема одного из считывателей БИК

Диод Шоттки в этой схеме осуществляет защиту от помех отрицательной полярности.

5.4.3 Описание Блока Контроля Прохода

По требованию ТЗ датчики должны обеспечивать стабильный прием светового потока на расстоянии 180 см. Т.к. интенсивность излучения светодиода пропорциональна квадрату прямого тока, то для обеспечения данного расстояния необходимо существенно увеличить амплитуду тока. Это возможно только при использовании импульсного режима, т.к. при работе на постоянном токе будет выделяться существенная мощность, кроме того, расчетная амплитуда тока существенно превышает допустимый постоянный ток. В импульсном же режиме рассеиваемая

142

мощность зависит от относительной длительности импульсов и определяется как:

где Um,Im — амплитуды напряжения и тока;

— относительная длительность импульса.

Т.е. при той же рассеиваемой мощности можно существенно увеличить амплитуду тока через светодиод и, следовательно, дальность приема излучения.

Принципиальная схема блока контроля прохода представлена на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 — Принципиальная схема блока контроля прохода

Блок контроля прохода работает следующим образом. Импульсы амплитудой 5В и частотой 1 кГц подаются на цепь R1,VD1. Импульсы светового потока инфракрасного диапазона принимаются фототранзистором, согласованным со светодиодом по спектру, что вызывает увеличение темнового тока через фотоприемник. Номиналы резисторов R2 и R3 подобраны таким образом, что увеличение тока базы VT1 при данном световом потоке

143

итемпературе окружающей среды не более 60°С переводит транзистор VT1 в режим насыщения. Т.е. при отсутствии объекта между источником излучения и приемником транзистор переключается с частотой 1 кГц. Однако, данная схема включения транзистора предполагает наличие рабочей точки в линейной области характеристик, т.е. напряжение Uкэ может иметь любое значение в диапазоне от 0 до +5 В, что недопустимо при работе с логикой или контроллером. Такие режимы могут возникнуть, например, в результате внешней засветки или резкого увеличения температуры окружающей среды. В этом случае, увеличение базового тока

ив отсутствии излучения источника будет приводить к отпиранию транзистора и уходу рабочей точки в линейный режим. Чтобы избежать этого используется триггер Шмидта, пороги срабатывания и отпускания которого строго определены. Микросхема имеет инверсный цифровой выход и может быть использована для преобразования медленно меняющихся аналоговых сигналов в цифровые. Так как датчики работают в импульсном режиме, то для того, чтобы не загружать контроллер поиском сигнала о проходе среди приходящих от датчиков импульсов, используется специальный триггер, выдающий лог. «1», если факт прохода обнаружен. Триггер собран на обычной логике, т.к. применение, например, RS-триггера вызывает некоторые затруднения в импульсном режиме. Если возникнет ситуация, когда на оба входа триггера поступят лог. «1», то состояние триггера будет неопределено, и может привести к неправильной работе системы. Данный триггер не имеет запрещенных состояний. Все состояния триггера приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Состояния триггера контроля прохода

144

Для обеспечения защиты от внешней засветки используются согласованные по узкому диапазону инфракрасного спектра светодиод и фототранзистор. Засветка от ламп искусственного освещения не влияет на работу датчиков.

Цепь сброса необходима для организации обратной связи между блоком обработки информации и блоком контроля прохода. После приема сигнала о проходе микроконтроллер подает сигнал сброса, подтверждая тем самым принятую информацию. Сигнал сброса поступает также при включении системы, при этом микроконтроллер проверяет, сбросился ли триггер. Если триггер не сброшен, то поступают дополнительные импульсы сброса в течение определенного времени. Если и в этом случае триггер не сброшен, то микроконтроллер формирует пакет данных с сообщением о наличии неподвижного объекта в зоне контроля прохода, внешней засветки или неисправности блока контроля прохода. Данная информация отправляется на ПК и выводится на дисплее.

5.4.4 Описание блока управления турникетом

Принципиальная схема блока управления турникетом представлена на рисунке 5.8.

Схема работает следующим образом. При поступлении сигнала лог. «1» от МК транзистор VT1 открывается и переходит в режим насыщения. Практически все напряжение питания прикладывается к реле К1. По обмотке реле начинает протекать ток, реле срабатывает и его контакты K1.1 замыкаются, что приводит к включению реле К2. Реле К2 представляет собой тяговое электромагнитное реле, предназначенное в данной системе для непосредственного управления ригелями отпирания турникета.

145

Рисунок 5.8 — Принципиальная схема блока управления турникетом

После срабатывания К2 за счет действия электромагнитных сил ригель движется в сторону реле (втягивается), что приводит к отпиранию турникета. Диоды VD1, VD2 предназначены для защиты реле при выключении. Так как реле содержит обмотку, то при выключении (размыкании контактов К1.1 или закрытии транзистора VT1) ток не может измениться скачком. Наводится ЭДС самоиндукции с противоположным знаком, что приводит к открытию диодов VD1 и VD2, в результате чего образуется путь протекания тока, причем направление тока через обмотку не изменяется. Энергия электромагнитного поля переходит в тепловую за счет рассеивания на сопротивлении обмотки, и ток падает до нуля.

Следует обратить внимание на тот факт, что для отпирания турникета используются два ригеля и две одинаковые схемы управления (рисунок 5.4), каждая из которых служит для отпирания турникета в строго определенном направлении.

146

5.5Описание программной части СКД и ТУ

5.5.1Описание Модуля Управления

Главное окно программы представлено на рисунке 5.9.

Рисунок 5.9 — Главное окно программы

Все окна, согласно ТЗ, имеют не напрягающий зрение серый основной фон, яркие цвета отсутствуют.

На главной форме отображается фотография сотрудника, его данные, указывается направление прохода и разрешение или запрещение доступа.

Система меню обеспечивает удобный интерфейс пользователя, т.к. позволяет осуществлять быстрый доступ к другим формам и возможностям программы (редактирование, сохранение и т.п.). Структура меню показана на рисунке 5.10.

148

По команде «Настройка системы» вызывается форма, позволяющая задавать скорость обмена данными и длительность тайм-аутов (рисунок 5.11). По стандарту RS-232C рассогласование скоростей приемника и передатчика не должно превышать 10 %, поэтому и СОМ-порт ПК и МСОИ должны быть настроены на одинаковую скорость обмена данными (в данной системе

19200 бит/с).

Рисунок 5.11 — Форма настройки системы

Закладка «Тайм-ауты» содержит настройки времени ожидания прохода человека и времени отпирания турникета.

После соответствующих настроек производится запуск системы командой «Запуск» в меню «Система». В случае успешного запуска выводится сообщение, что система успешно запущена, в противном случае выводится сообщение об ошибке. Второй командой меню («Останов») производится останов системы.

В меню «Информация» производится выбор одной из трех основных информационных форм, содержащих информацию о сотруднике, сведения о графике и сведения об отделе.

Форма для графика работы показана на рисунке 5.12.

149

Рисунок 5.12 — График работы сотрудника

На данной форме отображается вся рабочая неделя, выбор графика производится из выпадающего списка. Форма содержит также программные кнопки для редактирования, перемещения по графику, удаления, добавления и выхода.

Форма для вывода информации об отделе показана на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13 — Сведения об отделе

Форма для вывода информации о сотруднике показана на рисунке 5.14. Напротив информации об отделе и графике работы содержатся кнопки, при нажатии которых происходит вызов форм с информацией о принадлежности данного сотрудника к какому-либо отделу и о графике работы данного сотрудника.