安全设备的电容密钥。方案、说明

用于安全设备的电容式钥匙。无线电电子电气工程百科全书

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每个曾经为避暑别墅、车库、公寓或汽车设计过安全设备的无线电爱好者都想知道 - 为该设备选择哪把钥匙？同样的问题也出现在文章作者面前。

最简单的安全设备都是带有时间延迟的。这种延迟是给予主人的，以便在开门后他有时间关闭设备。不幸的是，这个解决方案并不适用于所有情况。例如，如果警报器具有震动传感器，那么在撞击安全对象的门后，这样的装置仅在几秒钟后才会工作，这是不可接受的。

业余设计中常见的其他简单断开设备包括簧片开关、触摸传感器和频率为几千赫兹的未编码红外辐射的红外发射器。但这些方法也有明显的缺点。所有这些键都是通用的并且可以组合在一起。例如，如果我和朋友一起回家，他看到我把手拿着钥匙扣放在某个地方，那么秘密就公开了，因为几乎没有选择。我那里有一个簧片开关或一个传感器。在这种情况下泄露信息可能会付出高昂的代价。综上所述，在设计安全系统时，需要从钥匙难以重复的事实出发，就像门锁的钥匙一样，但同时又要紧凑且制造起来不费力。专用微电路（编码器和解码器）对于许多人来说是买不起的，而且并非所有城市都能购买。在常见的K561系列芯片上，钥匙扣很大，不方便。此外，微电路需要电源，而电池可能会在最不合时宜的时刻失效。

在我看来，选择具有特定电阻的电阻器形式的按键很有趣。尺寸紧凑，价格低廉，不需要电源，“解码器”以桥的形式制作，相对简单。但使用变量可以很容易地选择电阻。

关键电容也体积小，价格便宜，不需要电池，但比较难拾取，因为大容量的可变电容很少见，对于无线电爱好者拥有的旧收音机来说，电容变化的上限为小，通常为 360 ... 495 pF。即使两个KPI部分并联，其电容也不超过1000pF。此外，大量文献中没有描述具有一定容量的电容器形式的密钥的设备（至少作者不知道这一点），有关这种解除设备的方法的信息仍然不广泛。

具有一定容量的电容器形式的密钥的安全装置的示意图如图1所示。

（点击放大）

在元件DD1.1和DD1.2上，组装有矩形脉冲发生器。元件DD1.3和DD1.4是产生参考持续时间的脉冲的单个振动器。在元件 DD2.1 上形成比较节点，在 DD2.2 和 DD2.3 上形成施密特触发器。让我们更详细地考虑该设备的操作。在正常待机条件下，电容器C1不存在。同时，在作者版本的器件中，DD1.2元件的输出端电压略低于电源电压的一半，即日志.0。与此有关。由于电阻器 R1.1 和 R1 的存在，DD2 元件以线性模式工作根据微电路实例，DD1.2 元件输出端的电压可以是任何电压。甚至可能由于以下原因而产生高频：电缆和连接电容器的连接器的寄生电容。

我们来分析一下元素DD1 1 和DD1.2 可以处于的不同状态。如果连接电容器的插孔闭合，则发生器变成施密特触发器。在 DD1.2 元素的输出中，它可以类似于日志级别。 0 并记录。 1. 在 log.1 的稳态且没有 C3R3 电路的情况下，比较节点可以将此状态识别为“正确频率”，因为在没有来自发生器的脉冲的情况下，单稳态的输出，也会处于log.1的状态。链C3R3消除了这种可能性。

当连接到电阻插座时，元件DD1.1和DD1.2也变成具有稳定输出状态的施密特触发器。当任意容量的电容器连接到插座上时，发生器开始工作，并且在元件DD1.2的输出处出现脉冲。它们将启动单次，DD2 1 上的节点将它们与单次生成的脉冲进行比较。如果发生器和单个振荡器的脉冲持续时间不相等，则在比较节点（异或元件DD2.1）的输出处也会有脉冲通过VD1二极管将电容器C7充电至对数电平。 1.因此，在元件DD1.1和DD1.2的任何状态下，除了生成“期望的”频率之外，在比较节点的输出处还会出现对数。 1、或者冲动。

在 DD9 元件的引脚 2.1 处，存在占空比接近 8 的脉冲，在引脚 XNUMX 处，占空比根据频率彼此的接近程度而变化。

如果发生器频率低于或高于标称值，则 DD2.1 元件的输出处将出现正脉冲，如波形所示。这些脉冲将分别将电容器 C7 充电至 log.1 的电平，并且 log.1 将在器件的输出处形成。随着发生器频率的增加，DD2.1输出端的脉冲频率也会增加，减少时则减少。最低频率受C3R3链的限制。其时间常数选择为比C1R2主振荡电路的时间常数大几倍。

然而，不值得高估 C3R3 元素的评级，因为如果在 DD1 的输出处设置 log.1.2，则可能会出现密钥误报。为了便于计算，电容C1和C4选择相同，那么电阻R5和R2的阻值也应该相等。需要电阻器 R6 来调整单个振动器脉冲的持续时间。电阻器 R7 和 R8 的电阻之比决定了电容器 C1 的电容与标称值的最大可能偏差，因为由于各种不稳定因素（电源电压、温度、湿度的变化；电阻器 R6 的位移）发动机、按键之间的差异等）发生器可能相对于单个振动器脉冲的持续时间存在偏差。

可以用低功率的锗二极管代替硅二极管来代替VD1，这样就不需要电阻器R7了，因为电容器C7将被二极管的反向电流放电。然而，这会降低器件的温度稳定性。

在没有K561LP2芯片的情况下，可以在两块K561LA7芯片上进行比较节点和施密特触发器。这种设备构造选项的示意图如图 2 所示。

（点击放大）

这里，包括DD2芯片的四个元件，使得它们形成一个异或元件。 DD3 芯片的两个未使用元件的输入连接到电源的公共线或“正极”。

安装在定时电路中的电容器和电阻器必须具有最小TKE和TCR。 K31-11 系列电容器最适合此用途。 PM、K73-17、K73-11、K73-9 和电阻器 S2-14、MLT。如果手头没有这样的元件，那么确定哪个电容器在更大程度上满足此要求以及哪个在较小程度上满足此要求的最简单方法是用烙铁加热元件的输出并查看连接到比较单元输出的示波器屏幕显示差值脉冲的持续时间。对电容器C1有特殊要求，因为其电容量随温度、湿度和其他天气变化的变化很小。此外，如果计划将多把钥匙与电子锁一起使用，则钥匙电容器相对于彼此的电容变化应最小。

在测试过程中，作者的设备版本表现出对电源电压不稳定的高度抵抗力。当连接电容器C7时，其从15V变为1V并不会导致比较单元的输出处出现脉冲，但是，最好还是从稳定电源获取功率。

在结构上，该装置被制成在一个尺寸合适的小塑料盒中，并放置在用于连接电容器C1的插座附近。在笔者的版本中，插座是直径为 3,5 毫米的耳机插头。从电路板到连接器的电线必须具有最小长度。电容器C1（PM级）位于连接器引脚部分的金属外壳内。对于不同的按键设计，必须考虑到在连接时用手触摸电容器的端子是不可取的，因为这可能会导致拾取并改变发生器的频率。如果设备要在可能高湿度的条件下运行，那么最好在组装和调整后用保护漆覆盖印刷电路板。设置该器件归结为将电阻器 R6 设置为单触发脉冲，其持续时间使得当连接电容器 C1 时，比较节点的输出处没有脉冲。如果在安装现场无法使用示波器，则可以使用万用表进行此操作，将电阻调节至 DD2.1 元件（见图 1）或 DD2.4（见图 2）输出处的最小读数。见图XNUMX）。

您还可以选择电阻器 R7 来设置电容器 C1 电容与标称值偏差的最大容差。作者版本中设备的输出连接到时间常数为 100 ms 的集成电路。这是所希望的，因为在不利的情况下，输出处可能存在短持续时间的负脉冲。例如，攻击者安装了一个相似值 1 pF 的电容器来代替电容器 C3300。在这种情况下，电容器C7将被充电至略高于电源电压一半的电压。 Log.1 将存储在设备的输出处。如果我们现在闭合电容器 C1，则元件 DD1.1 和 DD1.2 上的触发器可以切换到 log.1 状态，并且在 C3R3 电路放电期间，比较节点的输出将为 log.0 ，这可以有时间将电容器C7放电到低于电源电压一半的电压，并且元件DD2.4、DD2.1上的施密特触发器将进入log.0的状态。电容器C3放电后，电容器C7将再次以脉冲或恒定电压充电至log.1的电平，并且log.1也将在器件的输出处设置。

如果需要用正脉冲关闭报警，则可以从DD2.2元件的输出（见图1）或DD3.1元件的输出（见图2）中去除该信号。。

该设备可以将产生频率从数百千赫兹到数十赫兹付诸实践，同时无源元件的额定值也相应变化。作者根据图1的方案组装了三个装置，并根据图2的方案组装了一个装置。所有这些都同时工作，只需要通过电阻 R6 进行调节。一台设备的钥匙没有触发其他设备。

作者：V.Sidorov，基洛沃-切佩茨克，基洛夫州

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