Mikroprocesorowy włącznik PC (AT i ATX) z DS1990A

Do czego to służy?

         Prezentowane urządzenie służy do ograniczania dostępu do sprzętu komputerowego. Zabezpieczany komputer może być włączony tylko gdy do czytnika zostanie przyłożona pastylka z odpowiednim numerem seryjnym, zapamiętanym wcześniej w pamięci numerów układu. Ma to sens gdy umiejscowienie komputera naraża na korzystanie z niego przez nieupoważnione osoby, lub gdy chcemy blokować dostęp do sprzętu np. dzieciom podczas gdy nie ma osoby dorosłej w domu. Sposób działania może być dobrany do indywidualnych potrzeb. Włącznik współpracuje z płytami głównymi standardu tak ATX jak i AT. Urządzenie z powodzeniem może być wykorzystane do załączania i wyłączania innego rodzaju sprzętu dzięki współpracy z przekażnikiem.

[do góry]

Jak to działa?

Schemat elektryczny włącznika przedstawiony jest na rysunku poniżej.

         Włącznik składa się z garstki elementów dyskretnych i zaledwie czterech układów scalonych. Jak przystało na tego typu rozwiązanie sercem układu jest mikroprocesor: tu AT89C2051. Zarządza on pracą całego włącznika, a w jego pamięci wewnętrznej umieszczony jest kod sterujący.
Do komunikacji z użytkownikiem służy złącze CZYTNIK, do którego przyłącza się czytnik pastylek i-button z diodą LED (prod. DALLAS), oraz buzzer. Sposób świecenia diody czytnika wyprowadza komunikat dla użytkownika, a niektóre z nich potwierdzane są poprzez dzwięk buzzera.
Do złącza PLYTA przyłącza się przewód dwużyłowy łączący płytę główną (ATX) z układem. Do płyty należy wpiąć się w miejsce, gdzie miałby być przyłączony przewód od przycisku załączającego z obudowy, zaś przewód tego przycisku należy przyłączyć do złącza PRZYCISK. Znaczenie odgrywa tu polaryzacja i gdy układ nie chce załączać sprzętu należy podejrzane podłączenie wykonać odwrotnie (są 4 możliwe kombinacje :]).
Złącze Z1 służy do wyboru trybu pracy i powinno być dostępne tylko dla administratora. Nie powinno być także wyprowadzane poza obudowę sterowanego urządzenia.
Złącze ZAS_PC służy do podłączenia napięcia +5V uzyskiwanego z przewodów zasilacza (zasilanie dysków i napędów, lub stacji dyskietek). Przewód czerwony do pinu 2. (rezysor R7), a czarny do pinu 1. (masa). Dzięki temu układ orientuje się czy komputer aktualnie jest załączony czy też nie.
Złącze śrubowe PRZEK służy dołączaniu zewnętrznego przekaźnika i jego zasilania.
Złącza ZAS nie trzeba chyba komentować. Wartość napięcia zasilania powinna wynosić +5V (o tym jak wyciągnąć je z zasilacza ATX w dalszej części artykułu).

         W czasie normalnej pracy po przyłożeniu pastylki DS1990A do czytnika generuje ona sygnał obecności powodując przejście mikroprocesora do obsługi odbioru jej unikatowego 64-bitowego numeru seryjnego (8 bitów adresu rodziny, 48 bitów numeru seryjnego, 8 bitów CRC). Jako że występuje zjawisko iskrzenia styku, zanim ustanowiony zostanie pewny kontakt mechaniczny pomiędzy pastylką i czytnikiem, mikrokontroler rozpoczyna próbę odczytu po upływie 200ms. Na wypadek gdyby warunki odczytu nie były jeszcze ustabilizowane dokonywane jest maksymalnie 10 prób odczytu. W przypadku gdy nie da się odczytać danych z pastylki generowany jest komunikat błędu: 10 krótkich błyśnięć diody czytnika (i tyle samo sygnałów buzzera).
Gdy uda się odczytać cały numer klucza, następuje sprawdzenie, czy owa pastylka jest zarejestrowana w pamięci kluczy. Jej rolę pełni szeregowa pamięć EEPROM U2. Mikroprocesor przegląda ją w celu odnalezienia identycznego, jak numer klucza, wpisu. Gdy wynik porównania jest błędny (nie ma takiego numeru w pamięci) generowany jest komunikat błędu.
Gdy w pamięci znajduje się numer przyłożonej pastylki następuje sprawdzenie trybu pracy układu i adekwatna reakcja na żądanie użytkownika. Potwierdzeniem wykonania zlecenia jest 2 sekundowe świecenie diody czytnika (buzzer nie odzywa się).
Do zasilania urządzenia wymagane jest napięcie stałe stabilizowane +5V (ZAS) i dodatkowo napięcie o wartości kilkunastu woltów do zasilania przekaźnika (w trybie AT) w zależności od poziomu napięcia zadziałania jego cewki.
W obudowach z zasilaczem ATX można stosunkowo łatwo uzyskać napięcie stabilizowane +5V potrzebne do pracy urządzenia. Układ złącza zasilacza ATX i gniazda zasilania płyty ATX przedstawione są poniżej.

Można próbować wykonywać przejściówki między wtykiem zasilacza, a gniazdem płyty, lecz ja proponuję bezpośrednie wlutowanie się w zasilacz przewodem o porządanej długości. Do punktów gdzie mależy się wlutować dojdziemy po przewodach: +5V STB - końcówka 9., MASA to oczywiście czarny - końcówki: 3., 5., 7., 13., 15., 16. i 17. (mają i tak wspólny punkt lutowniczy!). Napięcie +5V STB podawane jest cały czas podczas gdy zasilacz przyłączony jest do sieci i niezależnie od tego czy komputer jest włączony czy nie.

Sposób wykonania dodatkowego zasilacza dla wersji AT przedstawiony jest poniżej. Zasilanie 220V pobierane jest z zacisków doprowadzających dołączonych do włącznika mechanicznego w obudowie. Napięcie +5V otrzymuje się z wyjścia stabilizatora 7805, standardowe napięcie +12V, dla przekaźnika, otrzymuje się z wyjścia stabilizatora 7812. Masa to przewód wspólny. Napięcie wtórne transformatora po wyprostowaniu powinno wynosic 15-18V. Przy pracy z komputerami obsługiwanymi zasilaczami typu AT niestety trzeba wykonać taki układ, gdyż nie ma możliwości uzyskania jakiegokolwiek napięcia wewnątrz obudowy gdy sprzęt jest wyłączony :-(.

Sposób zachowania się układu w zależności od wybranego trybu pracy opisany jest poniżej.

(ATX 1)

         Tryb ten jest wywoływany przez zwarcie zwory 3-4 (P3.0), oraz rozwarcie zwory 1-2 (P3.1). Wybierając ten tryb pracy nie trzeba montować: D2, T1, OP2, R5, R7, zącza ZAS_PC, złącza PRZYCISK i złącza PRZEK .Działa tylko obsługa pastylki DS1990A, natomiast opcja przycisku umieszczonego w obudowie jest nieaktywna. Przykładanie pastylki do czytnika powoduje, po jej poprawnym zweryfikowaniu, cykliczne zwieranie obwodu załączającego zasilanie na płycie głównej.

(ATX 2)

         Tryb ten wybiera się poprzez zwarcie zwory 1-2 (P3.1), oraz rozwarcie zwory 3-4 (P3.0). Wybierając ten tryb pracy nie trzeba montować: D2 i złącza PRZEK. W trybie tym działa tak obsługa pastylek, jak i przycisku umieszczonego w obudowie. Mimo to, aby uruchomić komputer należy przyłożyć do czytnika zarejestrowaną wcześniej pastylkę. Gdy przejdzie ona pomyślnie proces weryfikacji zostanie uruchomiony komputer, a opcja przycisku umieszczonego w obudowie odblokowana. Dalej pastylki i przycisk działają współbieżnie (aż do momentu gdy zostanie wyłączony komputer).

(AT)

         Tryb ten wybiera się poprzez rozwarcie obu zwór 1-2 (P3.1) i 3-4 (P3.1). Wybierając ten tryb pracy nie trzeba montować T1, OP2, R5, R7, zącza PRZYCISK i zącza ZAS_PC. Do zacisków 1 i 4 złącza PRZEK dołącza się źródło zasilania przekaźnika, zaś do zacisków 2 i 3 sam przekaźnik. Przykładanie pastylki do czytnika powoduje, po jej poprawnym zweryfikowaniu, cykliczne włączanie i wyłączanie przekażnika symulując w ten sposób włącznik zasilania. Przekaźnik powinien być dobrany na napięcie kilkunastu woltów i prąd pracy o niskiej wartości, by nie obciążać układu OP1. Dioda D2 zabezpiecza przed przepięciami mogącymi pojawić się na cewce przekaxźnika podczas jego wyłączania. Przekaźnik powinien być dwuobwodowym by, tak jak włącznik zasilania w obudowie, niezależnie załączać obie żyły zasilające.

(ADMIN)

         Tryb ten jest aktywowany przy włączaniu zasilania układu, gdy obie zwory 3-4 (P3.0) i 1-2 (P3.1) są zwarte. Komunikat potwierdzający wybranie tej opcji to dziesięciokrotne mignięcie diody czytnika. Licznik pastylek ustawiany jest na 0 i rozpoczyna się proces pobierania numerów. Przyłożenie pastylki powoduje uruchomienie procesu jej odczytu. Poprawny odczyt sygnalizowany jest sekundowym świeceniem diody czytnika i echem buzzera. Gdy próba odczytu się nie powiodła generowany jest sygnał błędu. Pastylkę należy przyłożyć ponownie. Można zapisać do 10 pastylek, a po zarejestrowaniu dziesiątej sygnalizowane jest zapełnienie pamięci miganiem diody czytnika i dźwiękiem buzzera. Tryb administracyjny można przerwać w każdym momencie poprzez odłączenie zasilania urządzenia. W przypadku gdy układ został uruchomiony w tym trybie i nie została zarejestrowana żadna pastylka, po ponownym załączeniu, w dowolnym z pozostałych trybów pracy, będzie migać dioda czytnika i rozlegać się będzie pikanie buzzera. Jest to po to by zapominalskim przypomnieć o pustym banku kluczy :)

Walety i zady, czyli zalety i wady

         Niewątpliwą zaletą układu jest fakt ograniczania dostępu do zabezpieczanego sprzętu. Istnieje jednak kilka istotnych ograniczeń, o których warto wiedzieć przed wykonaniem urządzenia:

w trybie ATX 1 nie ma możliwości wyłączenia zasilacza, gdy powiesi się system, w inny sposób jak odcięcie dopływu zasilania do komputera,

w obu trybach ATX, aby uzyskać napięcie zasilania +5V należy wyciągnąć je z zasilacza metodą inwazyjną, która na pewno powoduje utratę gwarancji, przy czym osoby niepełnoletnie i niedoświadczone powinne wykonywać tą operację pod opieką osoby starszej lub przeszkolonej i mogącej udzielić pierwszej pomocy w razie ew. porażenia,

w trybie AT, z uwagi na brak napięć typu stand-by w zasilaczu AT, wymagane jest wykonanie osobnego zasilacza, którego źródłem jest napięcie sieci podawane na dwuobwodowy włącznik zasilania komputera. Podczas instalacji tegoż zasilacza komputer obowiązkowo musi być odłączony od zasilania, a wszystkie połączenia wykonane w taki sposób by nie było możliwe przypadkowe dotknięcie się do przewodu fazowego. Należy sprawdzić również czy żaden z przewodów nie dotyka obudowy. Osoby niepełnoletnie i niedoświadczone powinne wykonywać tą operację pod opieką osoby starszej lub przeszkolonej i mogącej udzielić pierwszej pomocy w razie ew. porażenia,

dla zapewnienia bezproblemowej pracy zalecam odłączanie zasilania układu w momencie zmiany trybów pracy.

KY3ORR

[do góry]

Spis elementów

Oznaczenie	Wartość
STEROWNIK
REZYSTORY
R1, R2	2k2
R3	680R
R4, R5	330R
R6	zwora
R7	10K
KONDENSATORY
C1, C2	27pF
C3	1uF
C4	100uF
PÓŁPRZEWODNIKI
U1	AT89C2051
U2	AT24C02
OP1, OP2	CNY17
INNE
Q1	11.0592 MHz
B1	buzzer 5V
Z1	listwa goldpin 2*2
PLYTA, PRZYCISK	listwa golgpin 1*2
ZAS, ZAS_PC	złącze śrubowe ARK-2
PRZEK	złącze śrubowe ARK-4
ZASILACZ AT
KONDENSATORY
C5, C6	100uF
C7, C8	100nF
PÓŁPRZEWODNIKI
U3	stabilizator 7812
U4	stabilizator 7805
D1-D4	1N4007
INNE
TR	transformator - opis
ZAS	złącze śrubowe ARK-3

[do góry]

Plik wynikowy *.hex w postaci spakowanego archiwum *.rar można pobrać >stąd<
Hasło: www.serwis-elektroniki.prv.pl