Zamek elektroniczny/immobilizer

Właściwości

• możliwość zapamiętania do 15 kluczy (2 klucze w zestawie)
• praca w trzech trybach:
  • monostabilnym,
  • bistabilnym,
  • czasowym (z regulowanym czasem załączenia),
• świetlna i dźwiękowa sygnalizacja stanu pracy zamka
• wbudowany przekaźnik 230V / 10A
• zasilanie: 9...15VDC / 100mA
• pobór prądu w stanie czuwania: 6mA

Opis układu

Immobilizer jako kluczy autoryzacyjnych używa pastylek iButton typu DS1990. Każda pastylka posiada swój unikalny 64-bitowy numer seryjny, który po zarejestrowaniu jest kodem dostępu, umożliwiając posiadaczowi uprawnionego klucza na przykład otwarcie drzwi. Schemat ideowy zamka pokazano na rysunku 1. Jego głównym elementem jest mikrokontroler PIC12F675 z wbudowanym wewnętrznym przetwornikiem analogowo-cyfrowym. Przetwornik ten w proponowanym rozwiązaniu został wykorzystany do konfiguracji parametrów zamka. Sygnał zegarowy służący do taktowania procesora jest generowany przez wewnętrzny generator typu RC.

Rys.1 Schemat ideowy - zamek elektroniczny

Immobilizer powinien być zasilany napięciem stałym o wartości około 12V dołączonym do złącza VCC. Może to być dowolny zarówno akumulator jak i zasilacz jednak o wydajności prądowej nie mniejszej niż 100mA. Dioda D1 zabezpiecza układ przed niewłaściwą polaryzacją napięcia wejściowego. Napięcie to podawane jest na stabilizator U1 typu 78L05, natomiast kondensatory C1...C4 pełnią rolę filtra zasilania. W roli układu wykonawczego zastosowano przekaźnik typu JQC3FF (cewka 12 VDC, styki 10 A/230 VAC).

Mikrokontroler steruje nim za pomocą tranzystora T1, w którego kolektor jest włączona cewka. Rezystor R4 ogranicza prąd płynący przez bazę, natomiast dioda D2 zabezpiecza tranzystor przed uszkodzeniem. Rezystory R2 i R3 wraz z potencjometrem PR1 podłączone do wejścia GP4 służą do ustalenia sposobu sterowania przekaźnikiem po przyłożeniu uprawnionego klucza. Jeżeli zworka JP2 nie zostanie założona, to na wejście GP4 poprzez rezystor R2 zostanie podane napięcie zasilające mikrokontroler.

W takim przypadku mikrokontroler przejdzie do pracy w trybie monostabilnym. W trybie tym przyłożenie uprawnionego klucza spowoduje załączenie przekaźnika. Stan ten będzie panował, aż do wyłączenia zasilania, niezależnie od tego czy w międzyczasie klucz zostanie przyłożony ponownie. Taki tryb pracy może być wykorzystany do pracy jako immobilizer w samochodzie, gdyż po włączeniu zapłonu kluczykiem i przyłożeniu klucza może spowodować odblokowanie zabezpieczeń, co umożliwi jazdę samochodem tak długo jak stacyjka pozostanie włączona. Założenie zworki na piny [2-3] wprowadzi zamek w tryb pracy bistabilnej.

W tym trybie każde przyłożenie klucza spowoduje przełączenie przekaźnika. Trzecim trybem, aktywowanym poprzez umiejscowienie zworki JP2 w pozycji [1-2] jest tryb pracy czasowej. W tym trybie przyłożenie prawidłowego klucza do czytnika spowoduje załączenie przekaźnika na określony czas. Czas ten zależy od wartości napięcia podanego na wejście GP4. Do ustalenia wartości tego napięcia wykorzystano dzielnik zbudowany z elementów R2, R3 i PR1. Czas załączenia przekaźnika może mieścić się w przedziale 1...30 sekund.

Jako czytnik kluczy typu DS1990 zastosowano gotową głowicę zawierającą diodę sygnalizującą stan pracy zamka. Czytnik ten wraz z sygnalizatorem piezo został dołączony do złącza CON1. Zworka PROG służy do przełączenia mikrokontrolera w tryb rejestracji kluczy. Montaż i uruchomienie Zamek należy zmontować na płytce, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2.

Rys.2 Schemat montażowy - zamek elektroniczny

Płytka PCB - zamek elektroniczny

Montaż układu jest typowy i nie powinien przysporzyć problemów. Przebiega on w sposób standardowy, zaczynając od wlutowania w płytkę zamka oporników i innych elementów o niewielkich rozmiarach, a kończymy montując kondensatory elektrolityczne złącza śrubowe oraz przekaźnik. Do złącza CON1 należy dołączyć przewody czytnika oraz brzęczyk piezo, a do złącza CON2 napięcie zasilania o wartości 9...15 VDC. Opis podłączenia zamka pokazano na rysunku 3.

Zapis uprawnionych kluczy

Aby zamek mógł zareagować na jakikolwiek klucz, wcześniej należy zarejestrować go w pamięci mikrokontrolera. Możliwy jest zapis - rejestracja maksymalnie 15 kluczy. W celu wprowadzenia zamka w tryb rejestracji należy przy wyłączonym zasilaniu założyć zworkę PROG i włączyć zasilanie. Po tej czynności mikrokontroler przejdzie do trybu rejestracji kluczy, sygnalizując ten stan 10-krotnie dźwiękiem. Z pamięci zostaną wykasowane wszystkie wcześniej zapisane klucze.

Rys.3 Opis podłączenia - zamek elektroniczny

Od tej pory do czytnika należy kolejno przykładać klucze, które mają być zarejestrowane. Jeśli w czasie komunikacji z dołączonym kluczem pojawią się błędy, to klucz ten nie zostanie zapisany i należy przyłożyć go ponownie. Błędne odczytanie danych z układu DS1990 będzie sygnalizowane dźwiękiem na czas jednej sekundy, natomiast prawidłowy odczyt jest sygnalizowany jednosekundowym włączeniem się diody LED w czytniku. Błędy podczas transmisji mogą być spowodowane zakłóceniami powstającymi podczas przykładania klucza do czytnika, dlatego aby mieć pewność, że klucz zostanie odczytany prawidłowo, należy go przyłożyć na czas około dwóch sekund.

Po zapisie piętnastego klucza mikrokontroler opuszcza procedurę zapisu kluczy i dalszy zapis jest niemożliwy. Stan ten jest sygnalizowany jednocześnie błyskaniem diody świecącej w czytniku oraz dźwiękowo. Należy teraz wyłączyć zasilanie oraz zdjąć zworkę PROG. Po ponownym włączeniu zamek będzie gotowy do pracy. W sytuacji kiedy nie ma potrzeby rejestracji maksymalnej liczby kluczy, należy po wpisaniu do pamięci mikrokontrolera potrzebnej liczby kluczy odłączyć zasilanie od zamka i zdjąć zworkę PROG. W pamięci zostaną zapisane tylko podane klucze (i tylko na nie będzie reagował mikrokontroler).

Obsługa

W trybie normalnej pracy mikrokontroler nieustannie sprawdza, czy do czytnika został przyłożony uprawniony klucz. W przypadku wykrycia niezarejestrowanego klucza, na jedną sekundę zostanie wygenerowany sygnał dźwiękowy. Natomiast przyłożenie do głowicy czytnika zarejestrowanego wcześniej klucza spowoduje załączenie przekaźnika zamka w sposób zależny od sposobu konfiguracji. O sposobie konfiguracji decyduje położenie zworki JP2. Brak zworki aktywuje pracę monostabilną, czyli przyłożenie uprawnionego klucza spowoduje załączenie przekaźnika, który będzie załączony przez cały czas, do momentu wyłączenia napięcia zasilania.

Założenie zworki na piny [2-3] wprowadzi zamek w tryb pracy bistabilnej, tutaj każde przyłożenie klucza spowoduje przełączenie przekaźnika. Zworka w pozycji [1-2] skonfiguruje zamek do pracy w trybie czasowym - po przyłożeniu uprawnionego klucza przekaźnik zastanie załączony i będzie migała dioda LED w czytniku. Po odliczeniu czasu ustawionego potencjometrem PR1 przekaźnik zostanie wyłączony, a dioda LED wyłączona.

Należy pamiętać że wszystkie zmiany w konfiguracji zamka, takie jak zmiana czasu załączenia przekaźnika, czy wybór trybu pracy będą aktywne dopiero po wyłączeniu i ponownym włączeniu napięcia zasilania zamka. Przy sterowaniu obciążeniem o znacznej mocy należy zwrócić uwagę na obciążenie styków przekaźnika oraz ścieżek płytki drukowanej. Aby poprawić ich obciążalność można pocynować ścieżki lub ułożyć na nich i przylutować drut miedziany. Przy naprawdę dużych prądach warto zastosować przekaźnik zewnętrzny, którego cewka sterowana będzie z przekaźnika wbudowanego w układ.

Montaż rozpocznij od wlutowania w płytkę elementów w kolejności gabarytowo od najmniejszej do największej. Montując elementy oznaczone wykrzyknikiem zwróć uwagę na ich biegunowość.