УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТИЧЕСКОГО КАНАЛА

Полезная модель относится к системам для передачи электрических сигналов с использованием оптических средств для преобразования входного сигнала и может применяться для управления охранной автомобильной сигнализацией.
Автомобильные сигнализации находят широкое применение и предназначены для снижения вероятности угона автомобиля [1-6]. В существующих системах охранных автомобильных сигнализаций управление осуществляется по радиоканалу. Использование радиосигналов позволяет контролировать состояние автомобиля на достаточно большом удалении от него в отсутствие прямой видимости.
Однако относительно простые и недорогие системы дистанционного управления чаще всего используют однонаправленный канал связи, что приводит к снижению безопасности автомобиля. В таких устройствах кодовая комбинация не изменяется либо число кодовых комбинаций ограничено, что позволяет перехватывать и декодировать передаваемые сигналы. Это в конечном итоге приводит к несанкционированному доступу к автомобилю и его угону.
Известны лазерные указки, обеспечивающие временную и пространственную модуляцию оптического сигнала в оптическом диапазоне волн [1-6]. Однако данные устройства не используются для управления другими объектами.
Известны пульты дистанционного управления и охранной сигнализации, которые позволяют по оптическому каналу на расстоянии до 20…50 м в угловом секторе 10…45 градусов при условии прямой видимости осуществлять управление бытовыми устройствами [7].
Однако данные устройства не применяются в автомобильных сигнализациях, поскольку большинство функций сигнализаций требует согласованной работы автомобильной сигнализации и брелока при отсутствии прямой видимости на расстояниях до нескольких сотен метров.
Известна двухканальная автомобильная охранная система Challenger (модель «2000 I ν2 CHALLENGER») [9] с дополнительным программируемым каналом. Система имеет функции ручной постановки системы на охрану, ручного снятия охраны, снятия системы с охраны в два этапа. Наличие системы датчиков, в которую входят: двухзоновый пьезоэлектрический датчик удара; встроенное реле управления габаритными огнями; встроенный силовой выход управления замками дверей; дистанционное управление центральным замком; внешние датчики удара и объема; две цепи комплиментарных установок; два канала управления сервисными устройствами автомобиля - позволяет реализовать программируемые функции системы: персональный код отключения и управления системой; задержка постановки системы под охрану; пассивная (активная) постановка системы под охрану; автоматическое запирание дверей при включении зажигания и их отпирание при выключении зажигания; перепостановка системы под охрану. В брелоке-передатчике использована форма радиочастотной передачи с изменением кода передаваемого сигнала каждый раз, когда нажимается кнопка постановки/снятия системы с охраны.
Однако, как и в вышеописанных устройствах, брелок-передатчик может быть блокирован мощным радиоизлучением устройства типа «глушилка», что потребует перевода охраны в ручной режим.
Наиболее близки по технической сущности предлагаемому устройству автомобильные диалоговые охранные сигнализации [10, 11], которые реализуют режимы управления автомобильной охранной сигнализацией с использованием двух и более радиоканалов: постановка на охрану, снятие с охраны, световая дорожка/свободные руки, тихая постановка и снятие с охраны, передача автомобиля в автосервис, тревога, управление другими устройствами, поиск автомобиля на стоянке, автоматическое запирание дверей, автопостановка на охрану, возврат угоняемого автомобиля, светодиодная индикация, программирование (в том числе подключение и отключение функций, ввод персонального кода, регулировка датчиков). Так в состав охранной сигнализации «Tomahawk» входят брелок с четырьмя кнопками управления, основной блок (модуль) и система датчиков. И брелок, и основной блок снабжены приемопередатчиками с приемопередающими антеннами. Система охранной сигнализации снабжена функциями «антиграббер» и «антисканер». В память основного блока можно записать до 4-х брелоков, что позволяет заменить утерянный брелок. Управление режимами осуществляется путем передачи радиосигнала с брелока на основной блок, причем выбор режима и формирование радиосигнала осуществляется кнопками на брелоке.
Однако диалоговым системам охранной сигнализации присущ ряд недостатков. Один из них связан с тем, что за счет многократно большой длины встречных посылок, проходящих в процессе идентификационного диалога, они уязвимы к помехам в эфире, что характерно в городах в используемом диапазоне частот. Наличие помех требует отфильтровывать алгоритмически испорченные помехами посылки. Прием нескольких посылок подряд для поиска правильной, а при передаче - повторение посылок несколько раз подряд снижает стойкость системы охранной сигнализации. Второй недостаток связан с наличием сервисного канала, требующего хранения на станции технического обслуживания автомобиля сервисных ключей и брелока, что также снижает безопасность автомобиля.
Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении степени защиты автомобильной сигнализации от взлома при совместном использовании радиоканала и оптического канала для управления автомобильной сигнализацией.
Рассмотрим существо предлагаемой полезной модели.
В состав предлагаемого устройства, как и в состав устройства-прототипа, входят брелок, основной блок с шиной данных и система датчиков. Между брелоком и основным блоком организован с учетом среды распространения сигналов радиоканал. Следует отметить, что чаще всего применяют одну антенну в брелоке и одну антенну в основном блоке. Каждая из антенн посредством двухканальных переключателей электрически соединяется с необходимым входом (выходом).
Ниже для упрощения пояснений рассмотрены отдельные антенны на прием и передачу в брелоке и отдельные антенны на прием и передачу в основном блоке.
Для достижения названного выше технического результата, дополнительно введены блок модуляции оптического сигнала, оптический излучатель, оптический приемник, блок управления оптическим датчиком. Электрический выход брелока соединен с управляющим входом блока модуляции оптического сигнала, выход блока модуляции оптического сигнала соединен с входом оптического излучателя, который формирует при подаче команд оптический луч в направлении оптического приемника. Выход оптического приемника соединен с первым электрическим входом блока управления оптическим датчиком. Логический выход блока управления оптическим датчиком электрически связан с шиной данных основного блока, которая объединяет логические выходы системы датчиков автомобильной сигнализации. Шина данных соединена с электрическим входом основного блока. Электрический выход основного блока соединен со вторым электрическим входом блока управления оптическим датчиком.
Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что изменена совокупность элементов и связей между ними:
введен блок модуляции оптического сигнала;
введен оптический излучатель;
введен оптический приемник;
введен блок управления оптическим датчиком;
введены новые электрические связи между брелоком и блоком модуляции оптического сигнала и между основным блоком и блоком управления оптическим датчиком;
изменена логика работы основного блока при отключении автомобильной сигнализации.
На фиг.1 изображена электрическая структурная схема предлагаемого устройства для управления автомобильной сигнализацией с использованием оптического канала.
На фиг.2 приведена электрическая структурная схема брелока.
На фиг.3 представлена электрическая структурная схема основного блока.
1
2
1
2
Устройство для управления автомобильной сигнализацией с использованием оптического канала (фиг.1) состоит из брелока 1 с антеннами 2 и 2, и основного блока 3 с антеннами 4 и 4. Посредством антенн 2, 4 между брелоком и основным блоком организован радиоканал. Электрический выход брелока 1 соединен с электрическим входом блока 5 модуляции оптического сигнала. Выход блока 5 модуляции оптического сигнала соединен с входом оптического излучателя 6. Оптический излучатель 6 формирует при нажатии на кнопку включения узкий луч оптического сигнала, направленного на оптический приемник 7. Выход оптического приемника 7 соединен с первым входом блока 8 управления оптическим датчиком. Второй электрический вход блока 8 управления оптическим датчиком соединен с электрическим выходом основного блока 3. Логический выход блока 8 управления оптическим датчиком соединен с шиной 9 данных, которая объединяет логические выходы системы 10 датчиков сигнализации (Д1, …, ДN). Шина 9 данных связана с входом данных основного блока 3.
1
2
Брелок 1 (фиг.2) включает блок 11 включения и блок 12 выключения сигнализации. Выходы блоков 11 и 12 соединены с управляющими входами блока 13 кодирования сигнала. Блоки 11 и 12 управляют также кнопкой включения оптического излучателя 6. К входам блока 13 подключены выходы блока 14 программирования режимов и блока 15 контроля состояния сигнализации. Кроме того, блок 13 кодирования сигнала электрически соединен с блоком 5 модуляции оптического сигнала. Выходы блока 13 электрически связаны с входом модуляции радиопередатчика 16 и первым управляющим входом блока 17 индикации. Выход радиопередатчика 16 подключен к передающей антенне 2. Приемная антенна 2 через радиоприемник 18 и блок 19 декодирования сигнала подключена ко второму управляющему входу блока 17 индикации.
Основной блок 3 (фиг.3) содержит блок 20 управления сигнализацией. Управляющие входы блока 20 подключены через шину данных 9 к системе датчиков 10. Кроме того, к блоку 20 управления сигнализацией подключен вход блока 21 декодирования сигнала и вход блока 22 управления автомобилем. Выходы блока 20 электрически соединены с входом блока 8 управления оптическим датчиком и входом блока 23 кодирования сигнала. К выходу блока 23 кодирования сигнала подключен вход модуляции радиопередатчика 24. Выход радиопередатчика электрически соединен с передающей антенной 4'. Кроме того, к блоку 21 декодирования сигнала подключен выход радиоприемника 25.
Прежде чем рассмотреть функционирование предлагаемого устройства для управления автомобильной сигнализацией по оптическому каналу, отметим ряд особенностей, которые необходимо учесть при построении этого устройства. Оптическое поле может быть модулированным как по временной, так и по пространственным координатам. Однако использование пространственной модуляции может быть использовано только при точной юстировке передающей и приемной апертур. Поскольку это является затруднительным, то будем считать, что модуляция оптического сигнала осуществляется по временной координате. Модуляция оптического сигнала должна быть однозначным образом связана с модуляцией радиосигнала.
Взаимосвязь может быть установлена, например, с помощью генератора псевдослучайной последовательности или любого другого преобразования параметров сигнала. Необходимость дополнительного кодирования оптического сигнала обуславливает необходимость электрической связи между брелоком и модулятором оптического сигнала. В свою очередь, на приемной стороне, где известна последовательность сигналов на отключение автомобильной сигнализации по радиоканалу, необходимо выполнить преобразование параметров сигнала для определения временной структуры «своего» оптического сигнала. Если принимаемый оптический сигнал коррелирован с заданной последовательностью импульсов в блоке управления оптическим датчиком, то на выходе блока управления оптическим датчиком формируется логический сигнал, разрешающий отключение автомобильной сигнализации по радиоканалу. Если временная структура принимаемого оптического сигнала не коррелирована с заданной последовательностью импульсов в блоке управления оптическим датчиком, а на вход основного блока поступает сигнал на отключение автомобильной сигнализации, то автомобильная сигнализация переходит в режим «ТРЕВОГА».
В соответствии с фиг.1-фиг.3 рассмотрим работу устройства для управления автомобильной сигнализацией с использованием оптического канала в режиме отключения сигнализации.
1
2
При нажатии кнопки брелока в блоке 12 выключения сигнализации сформированная с помощью блока 13 кодирования сигнала последовательность поступает на вход антенны 2 и излучается в направлении антенны 4. Принятый сигнал поступает на вход основного блока 3: на вход радиоприемника 25. Принятый радиоприемником 25 сигнал декодируется в блоке 21 декодирования сигнала и поступает в блок 20 управления сигнализацией.
1
2
Одновременно по команде из блока 12 включается блок 5 модуляции оптического сигнала. Модулированный оптический сигнал излучается с помощью оптического излучателя 6, проходит среду распространения и принимается оптическим приемником 7. Принятый оптическим приемником 7 сигнал передается в блок 8 управления оптическим датчиком. При совпадении последовательности импульсов с заданной последовательностью импульсов на выходе блока 8 формируется логический сигнал, разрешающий отключение автомобильной сигнализации по радиоканалу. Разрешающий сигнал поступает на вход блока 23 кодирования сигнала, где формируется кодовая последовательность, с помощью которой в радиопередатчике 24 формируется сигнал разрешения, излучаемый с помощью антенны 4 в направлении антенны 2. Принятый сигнал поступает через радиоприемник 18 на вход блока 19 декодирования сигнала, где происходит восстановление последовательности импульсов и ее отображение в блоке 17 индикации. В дежурный режим (режиме ожидания команды) переводится блок 11.
Рассмотрим работу устройства для управления автомобильной сигнализацией в режиме включения сигнализации.
1
2
При очередном нажатии кнопки в блоке 11 включения сигнализации формируется с помощью блока 13 кодирования сигнала последовательность импульсов, которая поступает на вход антенны 2 и излучается в направлении антенны 4. Принятый сигнал поступает на вход основного блока 3: на вход радиоприемника 25. Преобразованный радиоприемником 25 сигнал декодируется в блоке 21 декодирования сигнала и поступает в блок 20 управления сигнализацией.
1
2
Одновременно по команде из блока 12 включается блок 5 модуляции оптического сигнала. Закодированный оптический сигнал излучается с помощью оптического излучателя 6, проходит среду распространения и принимается оптическим приемником 7. Принятый оптическим приемником 7 сигнал передается в блок 8 управления оптическим датчиком. При совпадении последовательности импульсов с заданной последовательностью импульсов на выходе блока 8 формируется логический сигнал, разрешающий отключение автомобильной сигнализации по радиоканалу. Разрешающий сигнал поступает на вход блока 23 кодирования сигнала, где формируется кодовая последовательность, с помощью которой в радиопередатчике 24 формируется сигнал разрешения, излучаемый с помощью антенны 4 в направлении антенны 2. Принятый сигнал поступает через радиоприемник 18 на вход блока 19 декодирования сигнала, где происходит восстановление последовательности импульсов и ее отображение в блоке 17 индикации. В дежурный режим (режим ожидания команды) переводится блок 12 выключения сигнализации.
Работа системы 10 датчиков и обмен информацией через шину 9 данных с базовым блоком 3 не отличается от работы блоков устройства-прототипа.
Устройство для управления автомобильной сигнализацией по оптическому каналу может быть реализовано на современной элементной базе.
Оптический излучатель представляет собой лазерный или фотодиод с кнопкой, обеспечивающий передачу оптического сигнала.
Блок модуляции оптического сигнала может представлять собой ждущий генератор прямоугольных импульсов.
Оптический приемник представляет собой фотодиод.
Блок управления оптическим датчиком представляет собой коррелятор.
Таким образом, совместное использование радиоканала и оптического канала для управления автомобильной сигнализацией, а именно: введение оптического канала в устройство для управления автомобильной сигнализацией: блока модуляции оптического сигнала, оптического излучателя, оптического приемника и блока управления оптическим датчиком -, введение новых электрических связей между брелоком и блоком модуляции оптического сигнала и между основным блоком и блоком управления оптическим датчиком и изменение логики работы основного блока при отключении автомобильной сигнализации - позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении степени защиты автомобиля от взлома.
Литература
1. Николайчук О.И. Секреты малой автоматизации. - М.: Солон-Пресс, 2003ю - 256 с.
2. Днищенко В.А. 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями - СПб: Наука и техника, 2007. - 464 с.
3. Граф Р. Электронные схемы: 1300 примеров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 688 с.
4. Эрве Кадино. Интересные конструкции на миниатюрных СВЧ модулях. - М.: NT Press, 2007. - 224 с.
5. Шумейкер И. Любительские схемы контроля и сигнализации на интегральных схемах: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 183 с.
6. Электронная техника в автоматике / Под ред. Ю.И.Конева. Вып.17. - М.: Радио и связь, 1987. - 262 с.
7. Густав Олссен, Джангундо Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления. - СПб: Невский Диалект, 2001. - 557 с.
8. Пестриков В.М. Энциклопедия радиолюбителя. Работаем с компьютером / Под ред. С.М.Янковского. - СПб: Наука и техника, 2004. - 272 с.
9. Двухканальная автомобильная охранная система с дополнительным программируемым каналом: Модель «2000i v2 CHALLENGER». - Руководство пользователя.
10. TOMAHAWK. - Руководство пользователя.
11. HYVNDAI. Автомобильная охранная система с шестью сервисными каналами с перепрограммируемой логикой работы, интерактивным LCD-пейджером, системами пассивной и активной защиты от угона и захвата автомобиля. - Руководство по установке и пользованию.