Микропроцессорная система охранной сигнализации автомобиля (стр. 6 из 12)
3.4 Расчёт системных показателей
Так как в разрабатываемой системе применяется кодирование ключа, то представляет интерес такой параметр, как его стойкость.
Если предположить, что злоумышленник знает форматы сообщений, но не знает кода для снятия автомобиля с охраны, то ему придётся перебирать код. В передаваемом коде из 66 бит 34 бита фиксированные и их можно узнать с помощью граббера. 32 бита изменяются с каждой новой посылкой. Количество всех комбинаций для бинарного ключа при длине 32 бита определяется выражением
N2 = 232 = 4294967296 комбинаций. (3.1)
При этом стойкость шифра можно определить по формуле
WШ = N2х(Т/2), сек, (3.2)
где Т — время на одну операцию подбора кода.
В нашем случае время на одну операцию подбора кода определяется временем передачи одной кодовой посылки. Как было рассмотрено выше, она составляет 108 мс. Тогда время на подбор кода определяется
WШ = 4294967296х[108х 10-3)/2] = 231928234 сек, (3.3)
или с 2684 суток.
Так как данной системой предполагается оснастить большое число автомобилей, то важным параметром будет являться вероятность сбоя при передаче кодовой посылки для снятия и постановки на охрану автомобилей.
Рассмотрим наихудший вариант – снятие и постановка на охрану автомобилей, находящихся на большой городской автостоянке при условии, что все автомобили оснащены разрабатываемой системой охраны.
Возьмем размеры стоянки 600х600 метров. Стандартное место стоянки одного автомобиля имеет размеры 3х6 метров. При расположении автомобилей на стоянке, как показано на рис.3.8., на площади стоянки может разместиться (600´2)/3+(32´2´600)/3= 14800 автомобилей.
Рис.3.8. План автостоянки.
При этом плотность автомобилей, приходящихся на 1 м2 n=14800/360000=0,041шт/м2 . Так как радиус действия передатчика кодового брелка равен 50 метров, то в окружности этого радиуса окажется p´502´0,041=322 автомобиля. Интенсивность пользования кодовым брелком на автостоянке для одного владельца автомобиля λ1 за сутки составляет в среднем около 10 раз. Интенсивность появления кодовых посылок на автостоянке в радиусе 50 м – за сутки составляет λΣ=322´10=3220 раз. Так как появление кодовых посылок случайно, то для вычисления вероятностных характеристик можно воспользоваться формулой Пуассона:
(3.4)В нашем случае можно посчитать вероятность не появления ни одной посылки за время передачи Δt:
, (3.5)где z – среднее число излучений на интервале передачи кодовой посылки:
(3.6)Подставим это значение в формулу (3.5) и получим значение вероятности равное 0,99598.
На рис.3.9. приведены графики зависимости ν0 от числа автомобилей в радиусе действия кодового брелка при фиксированных значениях λ1, равных 5, 10, 50 и 100 соответственно. На рис.3.10. приведены графики зависимости ν0 от средней интенсивности пользования кодовым брелком λ1, при фиксированных значениях числа автомобилей в радиусе действия кодового брелка, равных соответственно 10, 100, 200, 322, 400.
Рис.3.9.Графики зависимостей ν0 от N.
Рис.3.10. Графики зависимостей ν0 от λ1.
4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
4.1 Выбор микроконтроллера
В проектируемой системе разработке подлежит две подсистемы. Для повышения технико-экономических показателей (стоимости, надёжности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и придания изделию таких потребительских качеств как расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность бортовая подсистема строится на базе микроконтроллера.
В настоящее время существует множество фирм, выпускающих широкий ассортимент микроконтроллеров, такие как Motorola, Microchip, SGS–Thompson, National, ALCATEC. Они различаются электрическими характеристиками и насыщенностью периферийными устройствами. Хорошо зарекомендовала себя в плане быстродействия, экономичности, простоты схемы разрабатываемого устройства из-за обширного набора периферийного оборудования продукция фирмы Microchip.
В таблице 4.1 приведены параметры PIC-контроллеров фирмы Microchip. В управляющем микроконтроллере должны присутствовать асинхронный передатчик (для вывода информации в передающий радиомодуль), порт с интерфейсом I2C, как минимум два внешних входа прерываний (для детектора несущей и датчика ударов) и достаточное количество портов ввода/вывода. Особые требования предъявляются к потребляемой мощности и стабильности работы. Данными свойствами обладает PIC- контроллер PIC16C73A.
Данный микроконтроллер построен по RISC архитектуре. Набор его команд содержит всего 35 простых команд, которые выполняются за один машинный цикл, кроме команд пересылки. Этот микроконтроллер выгодно отличается низкой ценой и высокой производительностью. Важным достоинством является малое энергопотребление (2 мА на частоте 4 МГц и 5 В питании и менее 1 мкА в режиме SLEEP) и широкие диапазоны напряжения питания (2,5-6В) и тактовой частоты (до 20 МГц).
Структурная схема PIC16С73А изображена на рис. 4.1. В состав выбранного PIC-контроллера входят следующие элементы: 4К´14 память программ с защитой кода от считывания, 192´8 память данных, два 8-битных и один 16-битный таймера/счетчика с предделителями, сторожевой таймер, два 8-битных и один 6-битный многофункциональных порта ввода/вывода с большой
 |
Рис 4.1. Структурная схема PIC16С73А.
нагрузочной способностью (выходной ток до 25 мА), синхронно/асинхронный последовательный приемопередатчик, последовательный порт с интерфейсом I2C, 11 источников прерываний, 8-уровневый аппаратный стек, встроенный RC-генератор.
Микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой КМОП технологии и выпускается в SDIP керамическом корпусе, имеющем 28 внешних выводов. Для работы PIC- контроллера требуется один источник электропитания +2,5…6 В. Выходные логические уровни соответствуют уровням ТТЛ-схем.
Цоколёвка корпуса и назначение выводов показаны на рис.4.2.
 |
Рис 4.2. Цоколевка и назначение выводов PIC16С73А.
В кристалле PIC16С73А имеется встроенный детектор питания. При достижении на входе VDD напряжения 1,5-2,1В запускается таймер включения питания PWRT, который функционирует на внутреннем RC-генераторе. По истечении выдержки около 72 мс считается, что напряжение достигло номинала и запускается другой таймер-выдержка на стабилизацию частоты кварцевого генератора. Таймер на стабилизацию генератора отсчитывает 1024 импульса от начавшего работу генератора. Считается, что кварцевый генератор за это время вышел на режим. При использовании RC генераторов - выдержка на стабилизацию не производится.
Опорную частоту синхронизации определяет кварцевый резонатор РГ–05 с типом корпуса М, добротностью 2000х103, статической ёмкостью менее 9пФ, допустимым отклонением рабочей частоты ±10х10–6. Кварцевый резонатор имеет гибкий тип выводов, предназначенный для соединений пайкой, миниатюрный плоский корпус, хорошо компонуется в современной аппаратуре. Он подключается к выводам OSC1 и OSC2 (рис.4.3). По рекомендации изготовителей микроконтроллера конденсаторы: КД–1 ёмкостью 15 пФ каждый.
Рис.4.3. Схема синхронизации PIC16С73А.
Далее разработаем принципиальные схемы (см. чертёж схемы электрической принципиальной) для конкретных блоков проектируемой системы.
4.2 Бортовая подсистема
Первым шагом при проектировании принципиальной схемы является распределение аппаратных ресурсов микроконтроллера. Необходимо определится с подключением периферийных устройств к микроконтроллеру. Бортовая подсистема в режиме охраны должна постоянно анализировать состояние датчиков. В проектируемой системе предусматривается три датчика (датчик открывания дверей, ультразвуковой датчик движения и датчик ударов), поэтому подключим их к портам, которые вызывают прерывание при изменении логического состояния на их входе, а именно к портам RB5, RB6, RB7 соответственно.
Датчики открывания дверей подключим непосредственно к порту RB5 через резистор R1 сопротивлением 10 кОм, который защитит порт от сгорания при случайном попадании на него напряжения 12В. Высокий потенциал наведем источником +5В через резистор R2 сопротивлением 3 кОм. При срабатывании датчиков открывания дверей на порт будет подаваться логический ноль.
Если дверные выключатели соединены с лампой плафона, их следует отделить от входа диодами VD1-VD6. Диоды необходимы для того, чтобы напряжение питания через лампу плафона не проходило на вход порта — это недопустимо. Для этих целей выберем импульсные диоды КД 522Б [38]. Импульсный прямой ток диода составляет 1,5А, средний прямой ток —100 мА, постоянное прямое напряжение — 1,1В.
Рассеиваемая мощность резистора R1 определяется исходя из падения напряжения на нем по формуле:
Р1 = U2/R = (12-5) 2/10000 = 0,0007 Вт (4.1)
В качестве резистора R1 выберем С2-33–0,125–10кОм–±10%.
Рассеиваемая мощность резистора R2 определяется исходя из протекающего по нему току по формуле:
P2 = U2/R = 52/3000 = 0,008 Вт (4.2)
В качестве резистора R2 выберем С2-33–0,125–3кОм–±10%.