ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОМБА
ELECTRONIC SEAL

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к системам тревожной сигнализации и используется в устройствах, срабатывающих при определенных условиях и являющихся резьбовыми соединениями для восприятия растягивающей нагрузки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство (патент США №200244063, «Крепежное средство, выявляющее вмешательство» (Tamper indicating bolt), опубл. 18.04.2002, авторов Благина С.В., Барканова Б.П., МПК F16B 41/00 G08B 21/00, F16B 31/02), содержащее цилиндрический корпус, на внешней поверхности которого выполнена резьба для крепления данного устройства на контролируемый объект, внутри корпуса расположены электрически соединенные между собой источник питания, емкостной чувствительный элемент, обмотка и центральное процессорное устройство (ЦПУ). ЦПУ включает в себя микроконтроллер, кварцевый резонатор, интерфейс связи и схему измерения емкости чувствительного элемента, включающую в себя резистор.
Недостатками данного устройства являются необходимость его сопряжения со считывающим устройством для передачи данных; возможность ложных срабатываний из-за температурной зависимости емкостного чувствительного элемента.
Задача, на достижение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании электронного пломбировочного устройства, сохраняющего информацию о процедуре опечатывания и информацию о попытках вскрытия и предотвращающего возможность несанкционированной замены электронного пломбировочного устройства на идентичное.
Технический результат, достигнутый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности регистрации факта доступа к контролируемому объекту и уменьшении габаритов.
Данный технический результат достигается тем, что в электронной пломбе, содержащей корпус, внутри которого расположены электрически соединенные между собой источник питания, емкостной чувствительный элемент, обмотка и центральное процессорное устройство, включающее в себя микроконтроллер, первый и второй входы которого соединены с выходами схемы кварцевого резонатора, неконтактный интерфейс связи и схему измерения емкости чувствительного элемента, включающую в себя резистор, новым является то, что подвижный электрод емкостного чувствительного элемента выполнен в виде средства для крепления электронной пломбы на контролируемый объект, дополнительно в схему измерения емкости чувствительного элемента введены два последовательно соединенных конденсатора, вторые выводы которых являются выходами центрального процессорного устройства для параллельного подключения к емкостному чувствительному элементу, точка объединения конденсаторов соединена с тактовым входом микроконтроллера и первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с выводами питания микроконтроллера и неконтактного интерфейса связи и является выводом питания центрального процессорного устройства, при этом неконтактный интерфейс связи включает в себя микросхему, цифровые входы-выходы неконтактного интерфейса связи соединены с цифровыми входами-выходами микроконтроллера, а аналоговые выводы являются выводами центрального процессорного устройства для подключения к обмотке.
Построение неконтактного интерфейса связи на микросхеме обеспечивает передачу данных без сопряжения с внешним считывающим устройством и увеличение дальности дистанционного обмена данными между электронной пломбой и внешним считывающим устройством, что расширяет функциональные возможности электронной пломбы.
Возможность увеличения зазора между электродами емкостного чувствительного элемента за счет увеличения перемещения подвижного электрода, являющегося средством для крепления электронной пломбы (ЭП) на контролируемый объект, снижает температурную зависимость емкостного чувствительного элемента. Применение новой схемы измерения емкости чувствительного элемента и ее подключение к тактовому входу микроконтроллера позволяют применять для измерения емкости чувствительного элемента (ЧЭ) зависимость тактовой частоты микроконтроллера от величины емкости ЧЭ. Все это в совокупности снижает вероятность ложных срабатываний и повышает надежность регистрации факта доступа к контролируемому объекту.
Применение новой схемы измерения емкости чувствительного элемента, позволяющей использовать емкостной чувствительный элемент меньшего размера, и выполнение подвижного электрода в виде крепежного средства позволяют уменьшить габариты ЭП.
Выполнение подвижного электрода ЧЭ в виде подпружиненного цилиндра, со стороны внешнего торца которого выполнено глухое резьбовое отверстие, и размещение данного цилиндра в корпусе с возможностью осевого перемещения, позволяют применять его в качестве средства для крепления ЭП на контролируемый объект.
Введение источника опорного напряжения и блока низкочастотной фильтрации и защиты от напряжения обратной полярности улучшает эксплуатационные характеристики ЭП.
На фиг.1 представлен пример реализации конструкции электронной пломбы. На фиг.2 представлен частный случай реализации функциональной схемы центрального процессорного устройства.
Конструкция электронной пломбы содержит (фиг.1) корпус 1, батарейный отсек 2 с установленным в него элементом питания, керамический диск 3, подвижный электрод 4, обмотку 5, центральное процессорное устройство (ЦПУ) 6, крышку 7, верхнюю гайку 8, нижнюю гайку 9 и тарельчатые пружины 10.
Подвижный электрод 4 выполнен в виде цилиндра, на внешней поверхности которого выполнена проточка. В проточку установлены тарельчатые пружины 10, зафиксированные нижней гайкой 9. Со стороны внешнего торца подвижного электрода 4 выполнено глухое резьбовое отверстие для крепления электронной пломбы на контролируемый объект.
Подвижный электрод 4 и керамический диск 3, выполненный с напылением серебра на сторону, не соприкасающуюся с подвижным электродом 4, образуют емкостной чувствительный элемент. Керамический диск 3 прижат к корпусу верхней гайкой 8. На торцевую поверхность верхней гайки 8 прикреплен батарейный отсек 2 с установленным в него элементом питания. В нижней части батарейного отсека 2 установлена плата ЦПУ 6. На верхней части батарейного отсека 2 установлена обмотка 5.
ЦПУ содержит (фиг.2) микроконтроллер (МК) 11, схему 12 кварцевого резонатора, источник 13 опорного напряжения, схему 14 измерения емкости чувствительного элемента, блок 15 низкочастотной фильтрации напряжения и защиты от напряжения обратной полярности, неконтактный интерфейс связи 16.
Схема 12 кварцевого резонатора выполнена аналогично схеме кварцевого резонатора наиболее близкого аналога (патент США №200244063, «Крепежное средство, выявляющее вмешательство» (Tamper indicating bolt), опубл. 18.04.2002, авторов Благина С.И., Барканова В.П., МПК F16B 41/00 G08B 21/00, F16B 31/02). Кварцевый резонатор предназначен для тактирования счетчика часов реального времени и отсчета временных интервалов и обеспечения работы МК 11 в энергосберегающем режиме.
Схема 14 измерения емкости чувствительного элемента содержит резистор 17 и последовательно соединенные конденсаторы 18, 19. Первый вывод резистора 17 подключен к точке объединения конденсаторов 18, 19.
Блок 15 низкочастотной фильтрации напряжения и защиты от напряжения обратной полярности содержит параллельно соединенные диод и конденсатор.
Неконтактный интерфейс связи 16 включает в себя микросхему.
Выводы блока 15 низкочастотной фильтрации напряжения и защиты от напряжения обратной полярности соединены с выводами питания МК 11 и неконтактного интерфейса связи 26 и со вторым выводом резистора 17. Первый и второй входы МК 11 соединены с выходами схемы 12 кварцевого резонатора. Третий вход и выход МК 11 соединены соответственно с выходом и входом источника 13 опорного напряжения. Тактовый вход МК 11 соединен с точкой объединения конденсаторов 18, 19. Вторые выводы конденсаторов 18, 19 являются выходами ЦПУ для параллельного подключения к ЧЭ (на фиг.2 не показан). Цифровые входы-выходы неконтактного интерфейса связи 16 соединены с цифровыми входами-выходами микроконтроллера 11, а аналоговые выводы являются выводами ЦПУ для подключения к обмотке (на фиг.2 не показана).
Электронная пломба работает следующим образом.
При навинчивании ЭП на резьбовую шпильку контролируемого объекта происходит сжатие тарельчатых пружин 10 и увеличение воздушного зазора между подвижным электродом 4 и керамическим диском 3. При вывинчивании ЭП под действием тарельчатых пружин 10 происходит уменьшение воздушного зазора. Изменения воздушного зазора приводят к изменению емкости ЧЭ, подключенного к схеме 14 измерения емкости. Изменение емкости ЧЭ влияет на параметры схемы 14 измерения емкости ЧЭ и приводит к изменению частоты на тактовом входе МК 11 (фиг.2). Через заданные со схемы 12 кварцевого резонатора промежутки времени МК 11 производит измерение частоты на тактовом входе. При изменении значения тактовой частоты МК 11 делает в своей внутренней памяти запись о факте доступа с указанием даты и времени доступа.
Контроль напряжения элемента питания (на фиг.2 не показан) осуществляется сравнением в МК 11 напряжения питания ЦПУ, являющегося напряжением питания МК 11, с опорным напряжением источника 13 опорного напряжения на первом входе МК 11. При снижении напряжения питания МК 11 ниже заданного предела МК 11 делает в своей внутренней памяти запись о необходимости замены элемента питания.
Информация о фактах доступа и необходимости замены элемента питания передается при считывании через неконтактный интерфейс связи 16 и обмотку во внешнее считывающее устройство (на фиг.2 не показаны).
Был изготовлен лабораторный макет ЭП, испытания которого подтвердили работоспособность ЭП и заявленный технический результат.