Электрические, магнитные и электронные замки бытовые (электронная схема, 1989 год)

Электрические, магнитные и электронные замки бытовые (электронная схема, 1989 год)

Переход от традиционных механических замков к электрическим, магнитным или электронным дает ряд преимуществ. Например, можно не носить ключ, оставляя его вместе с замком (в голове «носят» только его «секрет»).

Различных вариантов построения электрических, магнитных или электронных «замков может быть много. В качестве исполнительного устройства обычно используют электромагнит постоянного тока. При подаче напряжения питания на обмотку электромагнита его якорь втягивается в обмотку и через механические тяги освобождает запирающее устройство замка двери. Наиболее целесообразно механическую тягу крепить к запирающему устройству замка типа «английский» через отверстие в его корпусе. В этом случае появляется возможность управления запирающим устройством замка и носимым ключом и при помощи электромагнита. Способ включения источника питания электромагнита зависит от конструкции замка и способа кодирования его «ключа».

Схема простейшего электрического замка приведена на рис. 19. При замыкании контактов кнопки SB1 создается цепь питания обмотки электромагнита: плюс источника, обмотка электромагнита YA1, замкнутые контакты кнопки, минус источника. Электромагнит срабатывает — его сердечник втягивается в обмотку и через тягу приводит в действие запирающее устройство замка двери. Если кнопка находится внутри помещений, то можно использовать дистанционное открывание входной двери. Такой замок может оказаться удобным для детей, инвалидов, если поворот ключа или соответствующей ручки для них затруднительны. Установка открытой кнопки на внешней стороне входной двери нецелесообразна.

Секретным ключом такого замка (вместо кнопки) может служить, например, проволочная перемычка, которой замыкают два контакта, замаскированные на наружной стороне двери или поблизости от нее. Если электромагнит замка питается непосредственно от электроосветительной сети, такой ключ его должен быть с надежным изоляционным покрытием. Можно, например, использовать стандартную штепсельную вилку, соединив между собой ее штырьки отрезком провода. Если выбрать более экзотический разъем, то вероятность подбора ключа уменьшается. Например, можно использовать в качестве розетки гнездо от реле РП-4, а выходной разъем самого реле использовать в качестве ключа. Кроме того, можно использовать стандартные разъемы любого типа: круглые, плоские, с любым числом контактов. Только должны быть две части разъемного соединения: штыревая и гнездовая. Чем больше штырьков в используемом разъеме, тем более сложную конфигурацию могут иметь перемычки в ключе и тем большая получается «секретность» замка.

Однако не всегда нужно стремиться к усложнению схемы замка, так как не всегда требуется его большая «секретность». Например, это может быть в случае, если нужно предотвратить доступ ребенка в шкаф, где хранятся лекарства. В этом случае достаточно использования самой простой схемы замка. При этом желательно, чтобы замок и ключ были небольших размеров. В качестве ключа и замка в этом случае можно предложить, например, использование гнезда и штеккера от телефонного коммутатора. Гнездо достаточно легко крепится к деревянным изделиям, занимает мало места, а штеккер, который

используется в качестве ключа, внутри должен иметь перемычку.

Конденсатор С1 устанавливают с внутренней стороны двери. Он позволяет уменьшить емкость конденсаторa-ключа и тем самым уменьшить его размеры, защищает каскад на транзисторе VT1 от воздействия внешних помех, в кроме того выполняет функцию разделительного конденсатора по постоянному току. Диод VD1 работает как однополупериодный выпрямитель переменного напряжения, поступающего к контуру (точка А) от генератора.

Генератор можно собрать на микросхеме К176ЛЕ5 (см. DD1 на рис. 8). Параметры входящих в него резистора и конденсатора должны соответствовать значению резонансной частоты контура замка. Так, для контура на частоту 50 кГц сопротивление резистора R1 должно быть 9,1 кОм, а емкость конденсатора С1 составлять 1300 пФ. Для резонансной частоты 100 кГц номиналы этих элементов генератора должны быть соответственно 4,7 кОм в 1300 пФ.

В результате электромагнит YA1 замка срабатывает и позволяет открыть дверь.

Рис. 22. Схема замка с последовательным резонансным контуром

Рис. 23. Схема замка с параллельным резонансным контуром

Индуктивность катушки LI и емкости конденсатора CI резонансного контура замков зависят от частоты сигнала, поступающего от генератора. При частоте генератора порядка 50 кГц индуктивность катушки может быть 40 мГн, а суммарная емкость конденсаторов C1+CK может составлять 360... 390 пФ.

В случае трансформаторной связи первичная обмотка используемого трансформатора образует совместно с конденсатором-ключом колебательный контур, настроенный на заданную резонансную частоту. Со вторичной обмотки трансформатора сигнал подают на вход ключевого каскада, например на анод диода VD1, подключенного катодом к базе транзистора VT1 замка, смонтированного по схеме рис. 22.

Контурные катушки и конденсатор замка, работающего на резонансном принципе, можно располагать и с внутренней стороны двери. В таком случае катушку индуктивности наматывают на каркасе из изоляционного материала, в отверстие которого можно ввести ферритовый стержень соответствующего диаметра.

Индуктивность катушки можно измерить различными методами. Например, с помощью моста переменного тока или резонансным методом с использованием Q-метра типа Е9-4.

Последний из этих методов предпочтительнее, потому что позволяет одновременно определить и емкость конденсатора, при которой

в контуре возникает резонанс на выбранной частоте генератора. Измерить индуктивность катушки можно также по

схеме, показанной на рис. 24

Напряжение источника питания оказывается приложенным одновременно к двум соединенным параллельно делителям напряжения R1.R3 и R2R4. Напряжение между точками А и В можно узнать из условия равновесия моста: R1R4=R2R3 (т. е. произведения сопротивлений противоположных плеч моста должны быть равны). Это требование относится к мостам как постоянного,

так и переменного тока. Предположим, что плечи моста образуют резисторы следующих номиналов: R1= 5 Ом, R2=I Ом, R3=10 Ом и R4=2 Ом. При этом имеем R1R4 =R2R3=10, т. е. мост сбалансирован. Напряжение точки А определяется делителем R1R3, коэффициент деления которого равен 2, а напряжение точки В — делителем R2R4, коэффициент деления которого тоже равен 2. В момент баланса моста точки А и В оказываются под одинаковым напряжением, поэтому если между ними включить измерительный прибор, он покажет 0.

Рис. 24. Измерение индуктивности резонансным способом

Рнс. 25. Схема электроизмерительного моста

В принципе, сопротивления резисторов можно изменять в широких пределах. Например, значения их сопротивлений могут составлять от 1 до 10 кОм. При равенстве сопротивлений всех четырех резисторов чувствительность моста получается максимальной. Питать же его можно переменным напряжением частотой от 50 Гц до 50 кГц, в том числе от сети переменного тока, пониженного до 5... 15 В.

Рис. 26. Схема ключевого устройства

Источником питания моста замка может быть генератор импульсов частотой 2 кГц, собранный на микросхеме К176ЛЕ5 (см. DD1 на рис. 8). А ключевое устройство, реагирующее на резкое снижение входного напряжения, можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 26. Функцию ключа выполняет резистор определенного номинала.

При подключении к контактам резистора иного номинала или замыкании их отрезком провода дверь открыть не удается, потому что мост будет разбалансирован. В связи с тем, что сопротивление резисторов моста под действием различных внешних факторов, например температуры, может несколько измениться, что повлечет за собой разбалансировку моста, желательно, чтобы один из них был переменным. Подбирая его сопротивление, мост можно будет точно сбалансировать как при налаживании замка, так и в дальнейшем в процессе его эксплуатации. Сопротивление этого резистора должно быть в 2... 3 раза больше расчётного (или выбранного) сопротивления постоянного

резистора, который заменяют переменным резистором. Например, если сопротивление постоянного резистора равно 10 кОм, сопротивление переменного резистора может быть 20... 30 кОм. Если сопротивление имеющегося переменного резистора меньше, то последовательно с ним можно выключить постоянный резистор такого номинала, чтобы их суммарное сопротивление при среднем положении движка у переменного резистора было 10 кОм.

Но входной мост такого замка может состоять из четырех конденсаторов одинаковой емкости в пределах от десятков пикофарад до нескольких микрофарад. Для точной балансировки моста один из них может быть конденсатором переменной емкости Желательно, чтобы емкостное сопротивление конденсаторов на частоте переменного напряжения, питающего мост, было 5... 10 кОм.

Конденсаторный замок не чувствителен к подключению к контактам, выведенным на наружную сторону двери, резисторов, катушек индуктивностей, проводников, конденсаторов иных чем ключевой емкостей, а также подключению внешних источников напряжения. Поэтому подбор ключа к такому замку весьма затруднен. Подбор «ключа» можно еще больше затруднить, если для моста использовать конденсаторы нестандартной емкости путем параллельного или последовательного соединения конденсаторов стандартных номиналов. Повысится, следовательно, и «секретность» замка.

Следует отметить, что замки, собранные на резисторах или конденсаторах, могут иметь достаточно большое число несовпадающих ключей. Для изменения «кода» ключа достаточно изменить сопротивления одного или нескольких резисторов в схеме моста, собранного на резисторах, либо изменить емкость одного или нескольких конденсаторов в схеме моста, собранного на конденсаторах. Этого же эффекта можно добиться и включением части ключа в схему моста Например, мост, собранный на резисторах, имеет в каждом плече резисторы сопротивлением 5 кОм. Следовательно, и ключ имеет сопротивление 5 кОм. Если в схеме моста в плечо, к которому подключается ключ, заранее включить дополнительный резистор сопротивлением 2 кОм, то в этом случае сопротивление ключа будет уже 3 кОм. Если дополнительный резистор взять переменным, то возможности разнообразия ключей и удобство обращения с замком значительно расширяются.

Описываемые схемы замков обладают и еще одним преимуществом, например по сравнению с обычными механическими замками они позволяют довольно простыми средствами и достаточно быстро тиражировать ключи в случае возникновения такой необходимости. А такая необходимость может возникнуть, например, в случае, если на входную дверь подъезда какого-то дома устанавливают замок и нужно снабдить одинаковыми ключами всех жильцов этого подъезда. Аналогичная проблема может возникнуть, например, в дачно-садовом кооперативе, на лодочной станции, в кооперативном многобоксовом гараже и т. д.

Используя идею вынесения части схемы замка в виде ключа к ней, можно самостоятельно разработать «свою» схему замка, секрет которого будет известен только его автору Для желающих можем предложить в качестве примера следующие рекомендации. Например, в качестве ключа можно использовать половину схемы мультивибратора, диод, транзистор и т. д. На рис. 27 приведена схема варианта мостового замка с общим питанием от электроосветительной сети напряжением 220 В, обладающего рядом преимуществ по сравнению с описанными выше.

Рис 27 Схема замка мостового типа

Его ключ представляет собой последовательно соединенные резистор R4 и конденсатор С4. Другие плечи моста, питающегося переменным напряжением, снимаемым с обмотки IV сетевого трансформатора Т1, образуют цепочки аналогичных деталей. Пока «ключ» не подключен к контактам XI, мост разбалансирован, с него на вход ключевого устройства поступает переменное напряжение, которое выпрямляется диодом VD1, сглаживается конденсатором С6 и открывает транзистор VT1 Транзистор VT2 при этом закрывается сам и закрывает тринистор VS1, а он обесточивает обмотку электромагнита YA1. Замок закрыт.

На рис. 28 показана схема простейшего кодового замка на переключателях. Переключатели SA1—SA4 и электромагнит YA1, сердечник которого механически связан с защелкой замка, находятся с внутренней стороны двери, а переключатели SA5—SA8 — на наружной стороне двери. При определенном положении контактов переключателей SA1—SA4 цепь срабатывания электромагнита возможно создать, только установив в такие же положения контакты переключателей SA5—SA8. Если состояние хотя бы одного из переключателей SA5—SA8 будет отличаться от состояния соответствующего переключателя в группе SAI—SA4, цепь питания обмотки электромагнита будет разорвана.

Увеличивая число коммутируемых контактов замка и ключа, или используя для ключа двусторонне фольгированный материал, «секретность» замка можно повысить.

Ключ такого замка может быть круглого сечения с контактами в виде колец. Вдоль стержня из изоляционного материала протачивают канавку, укладывают в нее проволочные перемычки и заливают их эпоксидным клеем. После схватывания клея поверхность ключа шлифуют — получается устройство С чередующимися изоляционными участками между металлическими кольцами. Еще одна конструкция ключа электромагнитного замка показана на рис. 30. Кнопочные микровыключатели SB1—SB5 (например, типа ТМ-1) крепят внутри замка в ряд таким образом, чтобы «горбы» волнистой поверхности ключа, вставленного через отверстие в двери, надавливали на кнопки соответствующих микровыключателей (рис. 30,а). Если такого совпадения не будет, обмотка электромагнита останется обесточенной и замок не сработает. В этом — секрет замка. Следует отметить ряд особенностей такого замка. Во-первых, надежность контактов микровыключателя достаточно высокая. Во-вторых, код замка можно сделать достаточно «засекреченным». Для этого можно на поверхности ключа сделать несколько углублений. В рабочем ряду

углублений можно сделать также несколько ложных углублений. В результате по внешнему виду ключа будет, трудно, а чаще невозможно угадать правильный код замка.

Рис. 28. Схема замка на переключателях

Рис. 29. Схема замка, работающего по методу совпадения

Рис. 30. Замок на мнкровыключателях

Кроме того, имеется возможность располагать микровыключатели в несколько параллельных рядов, либо в шахматном порядке, либо с двух сторон ключа.

Наконец, поверхность ключа можно выполнить ступенчатой или с переменной толщиной. Можно для коммутации микровыключателей использовать не углубления в ключе, а наоборот, некоторые выступы. При этом технология изготовления ключа усложняется: если углубление легко сделать при помощи сверления на некоторую глубину, то выступы придется наклеивать, напаивать и т. д. В-третьих, грани углублений (или выступов) на поверхности ключа должны иметь плавные переходы, иначе можно сломать микровыключатель.

Принципиальная схема замка на микровыключателях зависит от их числа, желаемой степени «секретности» замка и выбранной схемы коммутации контактов микровыключателей. Общая идея ее построения сводится к следующему: если нажаты кнопки одной группы вполне определенных микровыключателей и отжаты у другой группы микровыключателей, то создается цепь срабатывания реле или электромагнита. Если хотя бы одна из кнопок в любой группе микровыключателей находится не в требуемом положении — цепь срабатывания разрывается (рис. 30 б).

Рассмотрим некоторые особенности построения схем замков, работа которых базируется на использовании постоянных магнитов. Для краткости будем называть их «магнитными замками». Использование магнитов позволяет получить самые надежные замки и ключи с точки зрения устойчивости их работы. Например, заменяя в только что рассмотренной замке микровыключатели на герконы, а углубления в теле ключа на постоянные магниты, получаем достаточно удобный и надежный замок. Конструкция ключа такого замка схематично показана на рис. 31. В рассматриваемом случае сечение ключа может быть как круглым, так и плоским, либо любой другой конфигурации. Кстати, конфигурация отверстия под ключ является одним из секретов замка (не всегда под рукой у недоброжелателя окажется предмет нужной конфигурации). Кроме того, чем меньше сечение отверстия для ключа, тем труднее повредить

Рис. 31. Схема магнитного замка

Рис. 32. Замок с использованием переключаемых контактов

Схема одного из таких замков приведена на рис. 32. В замке такого варианта три контактные группы, работающие на замыкание. В принципе же их может быть значительно больше.

Если ключ окажется с другим расположением контактов или вместо него вставить металлический предмет, то замок не откроется, потому что при замыкании всех групп контактов на входы элемента DDL1 попадает напряжение низкого уровня.

Контакты в замке можно располагать с одной или с обеих сторон ключа. Сам же ключ можно сделать из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита.

Но, пожалуй, наибольший технический интерес представляют замки с использованием в них счетчиков электрических импульсов. Введение счетчиков в замок с кнопочным управлением резко повышает сложность подбора кода замка

Схема возможного варианта такого замка приведена на рис. 33. В нем работают три микросхемы КИ76ИЕ8 (DD1—DD3) —десятичные счетчики с дешифраторами. При одновременном нажатии на кнопки SB4 — SB6 счетчики обнуляются. Нажатие на одну из кнопок SВ1-SB3 эквивалентно поступлению на вход соответствующего ей счетчика одного импульса.

Поэтому при трехкратном, например, нажатии на кнопку SB1 на входе счетчика DD1 появляется три импульса, при пятикратном нажатии на кнопку SB2 на входе счетчика DD2 появляется пять импульсов, при семикратном нажатии на кнопку SB3 на входе счетчика DD3 появляется семь импульсов.

При нажатии на одну из кнопок SB4 — SB6 соответствующий ей счетчик обнуляется. Например, если кнопкой SB2 на вход счетчика микросхемы DD2 подано пять импульсов и он установился в состояние «5», а затем ошибочно (не зная кода) нажать на кнопку SB5, то эта микросхема перейдет в состояние «0», потребуется повторная подача пяти импульсов на ее вход кнопкой SB2, чтобы установить ее в состояние «5».

Замок, собранный по схеме рис. 33, будет работать нормально только в том случае, если кнопки SB1 — SB3 не дают дребезга контактов.

На входах D-триггеров DD5.l, DD6.2, DD6.1 устанавливают кнопки SB1 — SB3, работающие на переключение. В исходном состоянии замка на входы R

триггеров через контакты кнопок SB1—SB3 подается напряжение высокого уровня. В это время на их инверсных выходах действует напряжение низкого уровня, на которое счетчики микросхем DD1—DD3 не реагируют При нажатии на одну из кнопок SB1 — SB3 соответствующий ей триггер переключается в противоположное состояние, на его инверсном выходе появляется напряжение высокого уровня, которое соответствующий счетчик воспринимает как один импульс. Дребезг же контактов самой кнопки сохраняется, но триггер на него не реагирует. В остальном работа этого замка аналогична работе замка предыдущего варианта.

Рис.33. Упрощенная схема замка на цифровых микросхемах

Рис 34 Схема шестикнопочного замка на микросхемах

Рис. 35. Монтажная плата замка

Для повышения секретности замка можно ограничить время набора правильного кода замка. Если за это время код не будет набран полностью и правильно, замок Обесточится и, следовательно, не сработает

В цепочку, определяющую длительность работы реле времени, входят конденсатор 01 и резистор R5. Время зарядки конденсатора С1 через резистор R5 до напряжения, при котором транзистор VT3 отрывается, и определяет длительность работы реле времени.

И еще одна особенность замка с реле времени: в случае ошибки при наборе кода отдельный счетчик можно обнулить нажатием одной из кнопок SB4 —SB6, чтобы снова начать набор кода требуется нажать все кнопки 5В4—SB6.

Рис. 36 Схема устройства ограничения времени набора кода замка

При желании замок можно сделать с изменяемым кодом. Для этого замок надо дополнить тремя переключателями на 10 положений каждый (по числу выходов микросхем DD1—DD3 на рис. 34) и через них сигналы подавать на входы элемента DD4.1.

При этом микросхема DD3 переходит в состояние «9» и напряжение высокого уровня, появляющееся на ее выходном выводе 11, открывает транзистор VT1 и тринистор VS1. При этом срабатывает электромагнит YA1, позволяя открыть дверь

Рис. 37. Схема замка с использованием счетчика импульсов

Рис. 38. Схема кодового замка на тринисторах

Код описанного здесь замка (без учета предварительного обнуления кнопкой SB5) будет 1—3—3—2.

Аналогично можно поступить и с кнопками сброса (SB5 — SB8). Все кнопки должны быть однотипными, например КМ1-1.

На двери их размещают в той последовательности, которая соответствует выбранному коду замка.

Сетевой блок питания размещают неподалеку от двери, а выпрямленное напряжение к плате кодового замка подводят через два контакта кнопочного типа, укрепленных на двери и ее косяке Например, можно использовать контакты охранной сигнализации. При открывании двери контакты размыкаются н кодовый замок принимает исходное состояние.

содержание .. 5 6 7 8 ..