Система ограничения доступа к компьютеру с использованием электронных ключей

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Техническое задание

Разработка проекта

Описание общей структуры

Выбор электронных элементов

Заключение

Приложение

Техническое задание

контроллер электронный ключ доступ

В данном курсовом проекте поставлена задача разработать специализированный контроллер, обеспечивающий контролируемый доступ к персональному компьютеру по определенным ключам доступа.

В качестве ключей обеспечивающих доступ могут выступать как магнитные или электронные карты так и специализированные устройства (электронная таблетка touch memory) обеспечивающие идентификацию пользователя путем передачи в контроллер скрытого идентификационного кода.

По умолчанию при программировании контроллера в память прошивается идентификация только двух мастер ключей, в дальнейшем с помощью которых подключаются остальные ключи пользователей. Исходя из этого, в котроллере должна быть, предусмотрена возможность простейшего администрирования при работе с ключами: добавление, удаление и просмотр списка.

Помимо этого также необходима возможность передачи прочитанного кода в компьютер для ведения идентификационного журнала работы пользователей с компьютером. Ведение лог файла на компьютере требует обеспечения канала связи, в качестве которого предпочтительно использовать последовательный порт. Но это, также позволяет упростить программу, не требуя контроля текущего времени самим контроллером.

При несовпадении прочитанного кода ключа с зарегистрированными ключами микроконтроллер обеспечивает блокирование запуска компьютера и не позволяет произвести загрузку и вход в CMOS Setup. Выбор типа блокировки по усмотрению разработчика.

Разработка проекта

Описание общей структуры

В соответствии с поставленным заданием, разрабатываемый в данном курсовом проекте контроллер предназначен для идентификации пользователей и обеспечения доступа к персональному компьютеру только ограниченного контингента пользователей. Для остальных пользователей, производится блокирование запуска, путем осуществления принудительной перезагрузки компьютера после 4 секунд после старта. Данный тип блокировки, был выбран, как наиболее простой и не требующий вмешательства в компьютер. Альтернативны вариант использование блокировки одного из прерываний, может быть реализован, путем использования специализированной карты расширения устанавливаемой в слот ISA (основной недостаток отсутствие данной шины в современных компьютерах).

Для обеспечения перечня вышеперечисленных возможностей контроллер имеет предельно простую конструкцию, состоящую из контактной панели для считывания электронного ключа, самого микроконтроллера к которому подключена клавиатура и блок индикации. Для обеспечения связи с компьютером организовано подключение к последовательному порту компьютера.

Коды ключей хранятся во FLASH памяти контроллера и могут стираться и добавляться пользователем при использовании одного из двух мастер-ключей изначально прошитых в контроллер. В память может быть прошито до 250 ключей.

В качестве ключа используется электронная таблетка touch memory (или iButton) фирмы Dallas Semiconductor. Микросхемы Touch Memory™ упаковываются в корпус MicroCan™ диаметром 16.3 мм. . Корпус выпускается в двух стандартных вариантах толщиной 3.1 мм и 5.9 мм. Корпус по форме напоминает батарею питания или аккумулятор. Для считывания кода зашитого при производстве в ключ вставляется в считыватель, аналогичный разъему для батарей и состоящий из двух контактов земли и положительного контакта, через который производиться последовательное считывание данного кода при этом таблетка также запитана от положительной линии.

Выбор электронных элементов

Выбор типа электронного ключа

Из всех рассмотренных мною электронных средств идентификации наиболее удобным и доступным я считаю электронный ключ Touch Memory, который по сравнению с его альтернативой пластиковыми картами не требует, более дорогого устройства считывания и сам более дешев. Другой вариант использование отработанных пластиковых карт для телефона, также доступен но требует наличие специальной контактной площадки для считывания которая отсутствует в свободной продаже, поэтому он меня не устроил.

Номенклатура микросхем семейства Touch Memory разнообразна - она включает в себя и термометры, и память с однократной записью, и энергонезависимое ОЗУ и т.д. В данном проекте используется простейший прибор из семейства Touch Memory™ - DS1990A, представляющий из себя программируемое при производстве ПЗУ.

Данное ПЗУ совмещено с блоком управления и обеспечивает последовательный обмен данными, при этом, передается 8 битный групповой код , 48 битный код и 8 битная контрольная сумма, рабочий диапазон температур данного для прибора -40+80.

Так как информация сохраняется внутри микросхемы в виде поликремниевых проводников (а не в виде заряда на затворе или состояния триггеров), то для хранения информации не требуется энергии, а время сохранения определяется десятилетиями. DS1990A использует напряжение на линии данных, сохраняя внутри себя небольшой заряд, необходимый для работы прибора, во время передачи импульса присутствия и низкого уровня на выходе, во время операций чтения из памяти.

Первый байт, передаваемый из ПЗУ является групповым кодом. Далее следует передача уникального серийного номера, начиная с младшего бита. Последний передаваемый байт является контрольной суммой первых 7 байт. Это позволяет делать быструю проверку правильности переданных данных. Если контрольный код, вычисленный на основании прочитанных данных, совпадает с контрольным кодом, считанным из микросхемы, то это означает, что данные были прочитаны правильно.

Для обмена данными используется разработанный фирмой "Dallas Semiconductor" протокол обмена со считывающим устройством.

Для приема-передачи информации используется одна двунаправленная сигнальная линия (второй провод - земляной контакт).

Обмен по одной линии осуществляется в режиме полудуплекса (или прием, или передача).

Взаимодействие приборов по однопроводному интерфейсу организовано по принципу "ведущий-ведомый" (master-slave). При этом считывающее устройство всегда ведущее, а Touch Memory ведомое.

Протокол обмена по однопроводному интерфейсу является двухуровневым. На первом - логическом уровне для взаимодействия устройств используются команды обмена с ПЗУ. Группу команд обмена с ПЗУ составляют четыре команды: чтение ПЗУ(33H или 0Fh), пропуск, сравнение и поиск. Две последние команды обеспечивают взаимодействие по одной линии нескольких Touch Memory со считывающим устройством (но мной в курсовом проекте не используются). Все команды обмена имеют фиксированный размер - один байт, данные представлены 8-разрядными целыми числами. Ведущее устройство всегда инициирует обмен, посылая команды ведомому устройству.

Протокол физического уровня используется для передачи команд и данных по однопроводному интерфейсу. Команды и данные передаются в последовательном коде. Для обеспечения целостности передаваемой информации протокол обмена на физическом уровне строго регламентирует временные параметры сигналов на линии.

Протокол обмена данными состоит из трех основных циклов: инициализации, записи и чтения. Цикл инициализации является начальным циклом любого информационного обмена с Touch Memory. В этом цикле ведущее устройство опрашивает линию, определяя присутствие на ней Touch Memory. Синхронизация цикла инициализации осуществляется отрицательным импульсом сброса, формируемым ведущим устройством. После посылки сигнала запроса присутствия, ведущее устройство освобождает линию и переходит в режим приема. В том случае, если к линии подключен прибор Touch Memory, он обнаруживает синхросигнал ведущего, а после временной паузы посылает ему сигнал опознания. Этот ответный сигнал информирует ведущее устройство о том, что имеется электрический контакт с Touch Memory и можно начинать обмен.

Данные передаются по однопроводной двунаправленной линии в течение дискретных временных интервалов, которые называются временными сегментами (типовая длительность - около 60 мкс). При передаче данных используется широтноимпульсный метод кодирования, напоминающий азбуку Морзе: в течение одного временного сегмента длинные или короткие состояния логического нуля на линии определяют значение передаваемого разряда. Обеспечивается скорость передачи данных, до 16,6 кбит/сек.

Синхронизация временного сегмента при записи осуществляется отрицательным фронтом сигнала, который формирует ведущее устройство. Для передачи в Touch Memory логической единицы ведущее устройство после посылки синхросигнала освобождает линию, для записи логического нуля ведущее устройство поддерживает низкое состояние линии в течение всего временного сегмента. Запись 1 и 0 приведены на временных диаграммах ниже.

Рис. Запись ведущим 1.

Рис. Запись ведущим 0.

Рис. Чтение ведущим 1или 0, тайминги аналогичны.

В начале цикла чтения ведущее устройство передает в линию синхронизирующий сигнал низкого уровня, после чего, освобождает линию и переходит в режим приема. Далее в течение всего временного сегмента состояние однопроводной линии определяется ведомым устройством - Touch Memory. При этом логическая единица передается высоким уровнем, а логический нуль - низким уровнем однопроводной линии в течение всего,

временного сегмента. Наилучший момент стробирования данных ведущим устройством - это 8 мкс после начала временного сегмента. В конце каждого временного сегмента ведущее устройство обеспечивает паузу в обмене (момент восстановления), удерживая линию в высоком состоянии. Возможна приостановка сеанса связи на любое время. Во всех сеансах связи первым передается младший значащий разряд данных.

Выбор микроконтроллера

Для использования в данном устройстве был выбран микропроцессор АТ89S8252 серии MSC-51.

К отличительным особенностям этой серии относятся:

* расширенные возможности no-битовой обработки

* встроенная Flash память программ 8КB

* встроенное ОЗУ данных 368 байт,

* двунаправленные индивидуально адресуемые линии ввода/вывода

* встроенные 16-разрядные таймеры/счетчики событий 3шт.

* полный дуплексный UART

* несколько источников прерываний с несколькими уровнями приоритета

* встроенный тактовый генератор

* возможность расширения внешнего ОЗУ и ПЗУ до 64 Кбайт

Основные параметры микропроцессора АТ89S8252:

* Напряжение питания: 3.0-5.0В;

* Максимальная тактовая частота: 24МГц;

* Объем FLASH-памяти данных: 2Кб;

* Корпус PDIP20, SOIC20.

В активном режиме микроконтроллеры на частоте 12 МГц потребляют порядка 25 мА и в пассивном режиме, при котором остановлено ЦПУ но система прерываний, ОЗУ, таймеры/счетчики событий и последовательный порт остаются активными, потребление снижается до 15% от потребления в активном режиме. В стоповом режиме потребление не превышает 100 мкА.

Как видно из выше представленных характеристик данный контроллер полностью удовлетворяет нас по скорости и объему памяти.Дополнительные элементы.

Для согласования данного микроконтроллера со стандартным последовательным портом используется типовая транзисторная схема, взятая из Интернета на сайте разработчиков микроконтроллерных устройств.

Для упрощения преобразования 2-ного кода в код семисегментного используется стандартный дешифратор К514ИД2 к которому параллельно подключены три семисегментных индикатора коммутируемые электронными ключами на транзисторах КТ315А(ток обеспечиваемый данными транзисторами позволяет получить достаточно яркое свечение. Такой же транзистор используется для замыкания контакта перезагрузки.

Описание работы устройства

Программирование новых ключей или стирание старых может быть произведено только при наличии мастер ключа. Как и другие ключи, мастер-ключ может использоваться для открывания замка.

Для программирования нового ключа нужно проделать следующие действия:

1. Коснуться мастер ключом панельки.

2. Нажатием кнопок приращения или уменьшения номера выбрать нужный номер ключа.

3. Коснуться панельки тем ключом, который необходимо занести в память. и кнопкой записи зафиксировать полученные данные при это производиться перезапись FLASH памяти данных на новый код. Для выполнения данных операций отводиться 20сек. Для стирания из памяти лишнего ключа последовательность действий остается такой же, как и при программировании, только все действия производятся мастер ключом. Т.е. процесс стирания фактически является записью кода мастер ключа на неиспользуемые номера:

1. Коснуться мастер ключом панельки.

2. Нажатием кнопки открывания двери выбрать нужный номер ключа для программирования (количество нажатий кнопки равно номеру ключа, который необходимо стереть).

3. Коснуться панельки мастер ключом.

Код мастер ключа записывается в ПЗУ программ микроконтроллера. Длина кода составляет 8 байт. Последовательность цифр должна быть такая же, как и на корпусе touch memory

Заключение

Одним из основных преимуществ Touch Memory по сравнению с идентификаторами других типов является их высокая надежность. Приборы Touch Memory выдерживают механический удар 500 g, падение с высоты 1,5 метра на бетонный пол, 11-килограммовую нагрузку на корпус, не подвержены воздействию магнитных и статических полей, промышленной атмосферы и работают в диапазоне температур от -40'С до +85'С для DS 1990 и от -20'С до +85'С для всех остальных приборов семейства.

Уникальная конструкция корпуса и простой электрический интерфейс Touch Memory позволяют значительно расширить область применения электронного идентификатора по сравнению с традиционными средствами, а в некоторых системах и заменить их.

Если системы с магнитными карточками, штрих-кодами и более современные, с микропроцессорными карточками закупаются полностью за рубежом, то все оборудование и программное обеспечение для систем с Touch Memory разработано и выпускается" отечественными предприятиями. Такой путь является существенно более дешевым и перспективным, так как, с одной стороны, позволяет использовать высокий потенциал отечественных разработчиков и легко адаптировать системы к требованиям конкретных применений, а с другой - дает возможность совершить технологический скачок, внедряя в короткие сроки наиболее передовую технологию.

Приложение

Размещено на www.allbest.