ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК
ELECTRONIC LOCK

Предлагаемое устройство относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам, и может быть использовано для учета времени прибытия, убытия и присутствия сотрудников на предприятии.
Известны электронные замки (авт. свид. СССР №№506.693, 592.693, 699.155, 878.889, 1.000.547, 1.201.472, 1.252.468, 1.326.718, 1.776.744; патенты РФ №№2.002.020, 2.037.046, 2.043.476, 2.096.833, 2.159.836, 2.240.413; патенты США №№4.831.860, 5.209.088; патенты Великобритании №№2.141.774, 2.261.254; патенты Германии №№3.407.128, 3.907.326; патенты Франции №№2.559.193, 2.692.309; патенты Японии №№59-192.167, 60-29.912 и другие).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Электронный замок» (патент РФ №2.240.413, Е05В 49/00, 2003), который и выбран в качестве прототипа.
Известный электронный замок обеспечивает защиту различных объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц, но не позволяет фиксировать время прибытия, убытия и присутствия сотрудников на предприятии.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей электронного замка путем учета времени прибытия, убытия и присутствия сотрудников на предприятии.
Поставленная задача решается тем, что электронный замок, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, расположенные на объекте охраны радиопередатчик, последовательно включенные радиоприемник, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, и фильтр нижних частот, последовательно включенные первый блок памяти, первый коррелятор и первый исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком «Вход» с выключателем питания, и средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах, в качестве отводов которой использованы гребенчатые системы электродов встречно-штыревого преобразователя поверхностных акустических волн, и отражающих решеток, представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей, при этом преобразователь подключен к микрополосковой приемопередающей антенне, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен вторым исполнительным блоком, кинематически связанным с механическим замком «Выход» с выключателем питания, тремя логическими элементами «ИЛИ», двумя ключами, (2n-1) корреляторами, (2n-1) пороговыми блоками, n триггерами, где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку, и системой учета времени, причем выключатели питания через первый логический элемент «ИЛИ» подключены к радиопередатчику и радиоприемнику, к выходу фильтра нижних частот подключены два ключа, вторые входы которых кинематически связаны с механическими замками «Вход» и «Выход» соответственно, к выходу каждого ключа подключены n каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных коррелятора, второй вход которого соединен с выходами блока памяти, и порогового блока, выходы n пороговых блоков через соответствующий логический элемент «ИЛИ» подключены к соответствующему исполнительному блоку, выходы 2n пороговых блоков подключены к двум входам n триггеров, выходы которых подключены к системе учета времени.
Структурная схема предлагаемого электронного замка представлена на фиг.1. Электрическая схема средства 6 для кодирования изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы электронного замка, показаны на фиг.3.
Электронный замок содержит механические замки 1.1 «Вход» и 1.2 «Выход», кинематически связанные с первым 3.1 и вторым 3.2 исполнительными блоками, первым 2.1 и вторым 2.2 выключателями питания, первый 21.1 и второй 21.2 ключи, радиопередатчик 4, радиоприемник 5 и средство 6 для кодирования. Причем выключатели 2.1 и 2.2 питания через первый логический элемент «ИЛИ» 20 подключены к радиопередатчику 4 и радиоприемнику 5. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом фильтра 15 нижних частот, узкополосный фильтр 14, второй перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 5, фильтр 15 нижних частот и ключи 21.1, 21.2, вторые входы которых кинематически связаны с механическими замками 1.1 «Вход» и 1.2 «Выход» соответственно. К выходу ключа 21.1 (21.2) подключены n каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных коррелятора 17.i (22.i), второй вход которого соединен с выходом блока 16.i памяти, и порогового блока 18.i (23.i), выходы пороговых блоков 18.i (23.i) через соответствующий логический элемент «ИЛИ» 25.1 (25.2) подключены к исполнительному блоку 3.1 (3.2), выходы пороговых блоков 18.i и 23.i подключены к двум входам триггеров 24.i, выходы которых подключены к системе 26 учета времени (i=1, 2, …, n), где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку.
Средство 6 для кодирования содержит микрополосковую приемопередающую антенну 7, встречно-штыревой преобразователь (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ), состоящий из двух гребенчатых систем электродов 8, нанесенных на поверхность звукопровода 19. Электроды 8 каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 9 и 10. Шины в свою очередь связаны с приемопередающей антенной 7.
Следовательно, средство 6 для кодирования представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным ВШП ПАВ и набором отражателей (решеток) 11. Преобразователь подключен к микрополосковой приемопередающей антенне 7, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла.
Центральная частота и полоса пропускания ВШП определяются шагом размещения электродов и их количеством. Порядок размещения электродов несет индивидуальную информацию о владельце средства 6 для кодирования. Изготовление ВШП осуществляется стандартными методами фотолитографии и травлением тонкой металлической пленки, осажденной на пьезоэлектрическом кристалле. Возможности современной фотолитографии позволяют создавать ВШП, работающие на частотах до 3 ГГц.
Электронный замок работает следующим образом.
При нажатии на ручку механического замка 1.1 «Вход» замыкаются контакты 2.1, подавая через первый логический элемент «ИЛИ» 20 питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5. Радиопередатчик 4 излучает сигнал высокой частоты (фиг.3, а)
c
c
c
с
с
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤Т,
c
c
с
с
где U, w, φ, Т - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания.
с
Причем длительность Т сигнала определяется временем нажатия на ручку механического замка 1.1 «Вход».
Указанный сигнал принимается приемопередающей антенной 7 средства 6 для кодирования, где он преобразуется в акустическую волну.
Средством 6 для кодирования снабжается каждый сотрудник объекта охраны (предприятия). Оно должно быть простым, надежным и миниатюрным устройством (типа брелка, кольца или небольшого медальона), которое не должно затруднять обычную жизнедеятельность владельца, но должно нести на себе необходимую уникальную информацию об этом владельце. Второе важное требование к этому устройству - предоставляемая возможность дистанционного считывания несущей им информации неограниченное число раз, без какого бы то ни было участия владельца.
Этим требованиям удовлетворяет средство для кодирования, которое выполнено в виде линии задержки на ПАВ, в качестве отводов которой использованы гребенчатые системы электродов встречно-штыревого преобразователя на ПАВ.
Акустическая волна распространяется по поверхности пьезокристалла 19 и через некоторое время достигает отражающих решеток 11, которые отражают волну назад с фазой, определяемой положением решеток, и амплитудой, пропорциональной коэффициенту отражения. Отраженная акустическая волна модифицируется уникальным, зависящим от топологии ВШП образом. Затем акустическая волна претерпевает в ВШП обратное преобразование в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН) (фиг.3, в)
1
1
c
к1
1
с
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
к1
1
к1
э
э
э
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3, б), причем φ(t)=const при Кτ<t<(к+1)τ и может изменяться скачком при t=Кτ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …., N);
э
с
с
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т (Т=τ·N).
Причем модулируемый код Mi(t) (i=1, 2, …, n; n - количество сотрудников предприятия) является индивидуальным для каждого сотрудника предприятия, имеющего доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны (предприятию).
1
c
Указанный ФМН-сигнал u(t) (фиг.3, в) принимается радиоприемником 5, настроенным на несущую частоту w, и поступает на входы перемножителей 12 и 13. На второй вход перемножителя 13 с выхода узкополосного фильтра 14 подается опорное напряжение (фиг.3, г)
0
0
c
1
с.
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤Т
В результате перемножения указанных сигналов образуется результирующее колебание
∑
2
к1
2
c
к1
1
u(t)=U·сosφ(1)+U·сos[2wt+φ(t)+2φ],
где .
Аналог модулирующей функции (кода) (фиг.3, д)
2
2
к1
c
u(t)=U·cosφ(t), 0≤t≤T,
0
3
c
1
3
c
к1
1
3
c
1
0
c
1
выделяется фильтром 15 нижних частот и подается на второй вход перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание u(t)=U·cos(wt+φ)+U·cos(wt+2φ(t)+φ)=2U·cos(wt+φ)=U·cos(wt+φ),
3
1
2
0
3
где U=1/2U·U; U=2U.
Данное колебание выделяется узкополосным фильтром 14 и подается на второй вход перемножителя 13.
Следовательно, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14 и фильтр 15 нижних частот образуют синхронный демодулятор ФМН-сигналов, который свободен от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам ФМН-сигналов (схемы Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Травина Г.А и Костаса Д.Ф.).
1
Рассмотрим работу электронного замка при посещении предприятия, например, первым сотрудником, имеющим модулирующий код M(t) в качестве идентификационного номера. При нажатии на ручку механического замка 1.1 «Вход» замыкаются контакты 2.1, подавая через первый логический элемент «ИЛИ» 20 питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5, и открывается первый ключ 21.1, кинематически связанный с ручкой механического замка 1.1. Ключи 21.1 и 21.2 в исходном состоянии всегда закрыты.
2
1
n
При этом аналог модулирующего кода u(t) (фиг.3, д) с выхода фильтра 15 нижних частот через открытый ключ 21.1 поступает на первые входы корреляторов 17.1-17.n, на вторые входы которых подаются модулирующие коды M(t)-M(t), записанные заранее в блоке 16 памяти, где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны (предприятию).
2
1max
1
пор
пop
1max
пор
Каждый сотрудник предприятия имеет свой индивидуальный модулирующий код, который записан в блоке 16 памяти и в персональном ключе (средство 6 для кодирования). Выделенный из принимаемого ФМН-сигнала аналог модулирующего кода u(t) (фиг.3, д) первого сотрудника в корреляторе 17.1 со своим прототипом, записанным в блоке 16.1 памяти, образует максимальное напряжение U, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Это напряжение превышает пороговый уровень U в пороговом блоке 18.1. Пороговый уровень U выбирается таким, чтобы его превышали только максимальные значения корреляционных функций. При превышении порогового уровня в пороговом блоке 18.1 (U>U) формируется управляющее напряжение, которое через второй логический элемент «ИЛИ» 25.1 включает исполнительный механизм 3.1, и дверь открывается. Это же управляющее напряжение поступает на первый вход первого триггера 24.1 и переводит его в другое состояние, при котором на выходе появляется положительное напряжение (фиг.3, е).
Описанная выше работа электронного замка соответствует случаю прихода первого сотрудника на предприятие.
При его уходе с предприятия он нажимает ручку механического замка 1.2 «Выход», замыкаются контакты 2.2, подавая через первый логический элемент «ИЛИ» 20 питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5, открывается второй ключ 21.2, кинематически связанный с ручкой механического замка 1.2.
2
1
n
При этом аналог модулирующего кода U(t) (фиг.3, д) с выхода фильтра 15 нижних частот через открытый ключ 21.2 поступает на первые входы корреляторов 22.1-22.n, на вторые входы которых подаются модулирующие коды M(t)-M(t), записанные предварительно в блоке 16 памяти.
1
пор
пор
2
Однако только на выходе первого коррелятора 22.1 образуется максимальное значение корреляционной функции R(τ) и только в первом пороговом блоке 23.1 превышается пороговый уровень U. При превышении порогового уровня U в пороговом блоке 23.1 формируется управляющее напряжение, которое через третий логический элемент «ИЛИ» 25.2 включает исполнительный механизм 3.2, и дверь открывается. Это же управляющее напряжение поступает на второй вход первого триггера 24.1 и переводит его в первое (исходное) состояние, при котором на выходе появляется отрицательное напряжение в момент времени t.
1
2
1
Следовательно, на выходе первого триггера 24.1 формируется прямоугольный положительный импульс (фиг.3, е), передний фронт которого соответствует времени t прихода первого сотрудника на предприятие, задний фронт соответствует времени t ухода первого сотрудника с предприятия, а длительность T соответствует времени пребывания первого сотрудника на предприятии. Указанный импульс с выхода первого триггера 24.1 поступает в систему 26 учета времени, где дополняется такими данными, как день, месяц, год, и запоминается во внутреннем журнале событий.
Аналогично работает электронный замок и при посещении предприятия другими его сотрудниками.
1
n
При отсутствии вблизи электронного замка средства 6 для кодирования, которое может быть выполнено в виде ключа или брелка, сигнал на первом входе корреляторов 17.1-17.n отсутствует и замок не открывается. Замок не открывается и в случае, если модулирующий код, записанный в брелке его владельца, не соответствует ни одному из кодов M(t)-M(t), записанных в блоке 16 памяти.
Используемые сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают высокой энергетической и структурной скрытностью. Они позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.
Положительным свойством средства для кодирования на ПАВ является надежность и миниатюрные размеры, а также малые затраты на длительную эксплуатацию (отсутствие батареи и большое время наработки на отказ).
Таким образом, предлагаемый электронный замок по сравнению с прототипом обеспечивает не только защиту различных объектов и предприятий от несанкционированного доступа посторонних лиц, но и регистрацию времени прибытия, убытия и пребывания на предприятии его сотрудников. Использование системы учета времени позволяет подключить электронный замок к вычислительной сети предприятия (точно так же, как и персональный компьютер) и установить на каком-либо из компьютеров программное обеспечение.
Благодаря криптозащищенному протоколу обмена система учета времени может быть безопасно подключена к публичной IP-сети (например, Интернету). Это обстоятельство позволяет наладить удаленный учет рабочего времени - в центральном офисе компании можно наблюдать за состоянием трудовой дисциплины в филиалах: производство, офис, филиал, склад и т.п.
Тем самым функциональные возможности электронного замка расширены.