Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Fibaro Fibaro
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zabezpieczenie samochodu w systemie "1-wire".

Marian B 26 Maj 2007 10:35 11943 5
  • Zabezpieczenie samochodu w systemie „1-wire”.

    Jak wiadomo, system „1-wire”polega na przesyłaniu do urządzenia wykonawczego napięcia zasilania i sygnału sterującego za pomocą jednego przewodu (oraz masy).
    Zastosowanie tego systemu w zabezpieczeniu samochodu pozwala na uzyskanie takich właściwości, jakich nie można, lub bardzo trudno uzyskać innymi sposobami.
    Przede wszystkim zabezpieczenie jest stosunkowo proste, i jednocześnie nie można go obejść za pomocą klasycznych metod, stosowanych przez amatorów cudzej własności.
    Jakiekolwiek odłączanie, zwieranie, przekłuwanie przewodów, dołączanie plusa zasilania, lub masy do poszczególnych wyjść nic nie da. Zabezpieczenie można obejść tylko przez odnalezienie i wyeliminowanie wszystkich modułów wykonawczych, lub przez dołączenie klucza-kondensatora do końcówek 1 i 2 modułu sterującego, ewentualnie przez znalezienie ukrytego przycisku, jeżeli klucz jest pozostawiony w gnieździe G1.

     Zabezpieczenie jest odporne na wszelkiego typu zwarcia.

     Modułowa konstrukcja pozwala na bardzo łatwy montaż. Kolejne moduły wykonawcze można podłączać stopniowo, w późniejszym czasie. Sposób łączenia modułów jest dowolny, mogą być łączone gwiaździście, lub szeregowo, jeden od drugiego, lub dla utrudnienia, za pomocą odgałęzień od wspólnego przewodu, oraz np. do odcięcia pompy paliwa, lub czegoś innego, można zamontować dwa moduły w różnych miejscach.

     Ilość modułów wykonawczych jest ograniczona jedynie wydajnością prądową tranzystora T2, i teoretycznie może być bardzo duża, np. 50.

     Zabezpieczenie posiada stopień czasowy, pozwalający na ponowne uruchomienie silnika po jego nieoczekiwanym zatrzymaniu w ciągu 8 sekund bez naciskania ukrytego przycisku. Jest to ważne ze względu na bezpieczeństwo ruchu. Ten czas (8 sekund) można zmienić dobierając elementy C4R6.

     Konstrukcja modułu z przekaźnikiem 16A jest taka, że można go zamontować nawet w miejscu narażonym na wodę i błoto, np. pod podłogą, lub w zakamarku nadkola. Zamiast obudowy jest zaklejony „Poxiliną”, co czyni go hermetycznym. Jest zmontowany bez płytki drukowanej, metodą pseudodruku, gdyż wiele połączeń do przekaźnika i tranzystora i tak trzeba wykonać przewodami. Przekaźnik jest przyklejony dwustronnym przylepcem do płytki, a do przekaźnika przyklejony tranzystor. Moduł wykonawczy z przekaźnikiem 1A (kontaktronowym) jest wykonany na elementach SMD w postaci wąskiej i długiej, i można go z powodzeniem ukryć wewnątrz wiązki przewodów. Jest umieszczony w rurce termokurczliwej, ale można go też zakleić „Poxiliną”. Oczywiście, w zależności od potrzeb, można go wykonać inaczej, i z innym przekaźnikiem.

     W zabezpieczeniu nie występują kondensatory elektrolityczne, co czyni go odpornym na upływ czasu i zmiany temperatury.

     W stanie czuwania, gdy odłączony (rozwarty) czujnik nacisku w fotelu kierowcy zabezpieczenie nie pobiera żadnego prądu. Jest zachowana „przerwa powietrzna”.





     W zależności od tego czy jest podłączony czujnik nacisku w fotelu kierowcy, oraz zwora Z1, mogą być 4 opcje:

    a) czujnik nacisku i zwora Z1 nie podłączone.
    W tym przypadku, po włączeniu zapłonu należy nacisnąć ukryty przycisk, a następnie uruchomić silnik. Czas od naciśnięcia przycisku, do uruchomienia rozrusznika może być dowolny. Po wyłączeniu zapłonu, (gdy już był naciśnięty przycisk), w ciągu 8 sekund można ponownie włączyć zapłon i uruchomić silnik bez naciskania przycisku.

    b) Podłączona tylko zwora Z1.
    W tym przypadku , po włączeniu zapłonu można natychmiast uruchomić silnik bez naciskania przycisku. Silnik będzie pracował przez około 6 sekund, a następnie wyłączy się. W ciągu tych 6 sekund należy nacisnąć przycisk aby nie dopuścić do zatrzymania silnika.
    Można też nacisnąć przycisk tak, jak w opcji a).
    Czas 6 sekund jest dość krótki, aby uniemożliwić odjazd „krótkimi skokami”. Ten czas można zmienić dobierając elementy C5R8. Po wyłączeniu zapłonu, można podobnie jak w opcji a), uruchomić silnik w ciągu 8 sekund, bez naciskania przycisku.

    c) Podłączony tylko czujnik nacisku
    Po zajęciu miejsca kierowcy jest podłączone zasilanie. W tym przypadku, po naciśnięciu przycisku, zabezpieczenie jest odłączone tak długo, jak zwarty jest czujnik nacisku. Silnik można uruchomić po dowolnie długim czasie od naciśnięcia przycisku, pod warunkiem nie opuszczania fotela na dłużej niż 8 sekund. Po opuszczeniu fotela na dłużej niż 8 sekund należy ponownie nacisnąć przycisk.
    Także po wyłączeniu zapłonu (zatrzymaniu samochodu) można silnik ponownie uruchomić bez naciskania przycisku, po dowolnie długim czasie, pod warunkiem nie opuszczania fotela na dłużej niż 8 sekund. Po włączeniu zapłonu działanie czujnika nacisku jest bocznikowane przez diodę D2.
    Podstawową zaletą tej opcji jest to, że można nacisnąć przycisk, a następnie włączyć zapłon i uruchomić silnik. Jest to ważne, gdy wykorzystuje się przycisk „start-stop” zamiast stacyjki.
    Pobór prądu w stanie oczekiwania (po zwarciu styków czujnika nacisku) wynosi 11mA i jest nie groźny dla akumulatora. Jest to dużo mniej, niż przy włączonym radioodbiorniku.

    d) Podłączony czujnik nacisku i zwora Z1.
    Jest to opcja najbardziej komfortowa, gdyż łączy zalety poprzednich.

    Czujnik nacisku, opracowany z myślą o tym zabezpieczeniu jest tutaj:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=609573&highlight=

    Może on także z powodzeniem służyć do innych celów.

    Gniazdo serwisowe G2 służy do włożenia klucza w celu wyłączenia zabezpieczenia gdy trzeba oddać samochód do serwisu lub naprawy. Nie musi ono być ukryte specjalnie głęboko, gdyż nikt go nie będzie szukał. Ważne tylko aby było nie widoczne, aby nikt nie zabrał klucza z ciekawości.
    Jako klucz wykorzystana została wtyczka słuchawkowa typu „Jack”, oraz odpowiednie do niej gniazda G1 i G2.
    Podstawowym warunkiem skuteczności każdego zabezpieczenia, także i tego, jest starannie przemyślany montaż. Wszystkie elementy i przewody powinny być dobrze ukryte i w miarę możliwości trudno dostępne. Podstawową zaletą tego zabezpieczenia jest to, że nie jest wrażliwe na wszelkie manipulacje z wyprowadzeniami, ale gdy będzie możliwość szybkiego wykrycia modułów wykonawczych, to nic nie pomoże.

    Zasada działania.

    Przy założeniu, że odłączona jest zwora Z1 oraz czujnik nacisku, włączenie zapłonu stacyjką powoduje podanie napięcia zasilania przez bezpiecznik polimerowy R17 na wejście 4 modułu sterującego. Pojawi się napięcie zasilania na n14 układu scalonego, oraz na emiterze tranzystora T2. Multiwibrator na bramkach B1 i B2 nie pracuje, bo jest nie kompletny, gdyż nie jest naciśnięty ukryty przycisk i klucz C1R15 jest odłączony. Tranzystor T1 nie przewodzi, gdyż jego bramka jest na masie przez rezystor R6, na wyjściu bramki B3 jest stan niski, niski stan jest też na wyjściu 10 bramki B5, i to powoduje że rezystor R12 za pomocą diody D3 wprowadza niski stan na wejście 9 bramki B6. Na bramce B6 jest zbudowany generator przebiegu prostokątnego o częstotliwości około 2,4kHz, i teraz ten generator jest zablokowany (niskim stanem na wejściu 9 bramki B6). Na wyjściu 8 bramki B6 jest stan wysoki, tranzystor T2 zatkany, na jego kolektorze i na wyjściach 7,8,9 modułu sterującego nie ma żadnego napięcia.
    Krótkie naciśnięcie ukrytego przycisku powoduje dołączenie klucza, multiwibrator na bramkach B1 i B2 staje się kompletny i wytworzy przebieg o częstotliwości około 2,5kHz (w czasie trzymania przycisku). Przebieg prostokątny z multiwibratora B1B2 za pomocą kondensatora C3 jest podawany na układ prostowniczy z diodą D1, i po wyprostowaniu jest ładowany kondensator C4 do stanu wysokiego, prawie do wartości napięcia zasilania, tranzystor T1 przewodzi, na wejściu bramki B3 pojawi się stan niski, na wyjściu 6 tej bramki stan wysoki i układ T1B3 zatrzaśnie się za pomocą diody D6. Przycisk można już puścić, na wyjściu 6 bramki B3 będzie już cały czas stan wysoki, i tym samym stan wysoki będzie na rezystorze R12, dioda D3 zablokowana , generator na bramce B6 rozpoczyna pracę, i na kolektorze tranzystora T2 pojawi się przebieg prostokątny o częstotliwości około 2,4kHz i amplitudzie napięcia zasilającego. Ten przebieg zasila moduły wykonawcze.
    Po wyprostowaniu przez diodę D7, na kondensatorze C8 jest odtworzone stałe napięcie zasilające, a po przejściu przez kondensator C7 i wyprostowaniu diodami D9D8 jest uzyskiwane napięcie polaryzujące bramkę tranzystora T3, tranzystor T3 przewodzi, przekaźnik załączy styk. Taki stan będzie się utrzymywał przez cały czas włączenia zasilania (zapłonu).
    Po wyłączeniu zasilania (zapłonu) zaniknie przebieg prostokątny 2,4kHz zasilający moduły wykonawcze, przekaźniki zwolnią styki, naładowany do napięcia stanu wysokiego kondensator C4 zacznie powoli rozładowywać się przez rezystor R6. Napięcie na bramce tranzystora T1 będzie powoli się obniżało, cały czas utrzymując tranzystor T1 w gotowości do przewodzenia przez około 8 sekund.
    Jeżeli w czasie tych 8 sekund zasilanie (zapłon) zostanie ponownie włączony, nie trzeba naciskać przycisku, silnik można uruchomić ponownie, gdyż tranzystor T1 zacznie natychmiast przewodzić, i cała sekwencja powtórzy się.

    Gdy jest podłączona zwora Z1, natychmiast po włączeniu zapłonu następuje przez czas około 6 sekund ładowanie się kondensatora C5 przez rezystor R8. W tym czasie (6sek.) na wejściu 13 bramki B4 utrzymuje się stan wysoki, stan wysoki jest także na wyjściu 10 bramki B5, i przez diodę D4 jest stan wysoki na rezystorze R12, generator B6 odblokowany, silnik można uruchomić, i w czasie tych 6 sekund trzeba nacisnąć przycisk, aby spowodować przewodzenie tranzystora T1, i sekwencja powtórzy się.

    Gdy jest załączony czujnik nacisku w fotelu kierowcy, zasilanie będzie podłączone do układu scalonego, ale nie będzie podłączone do emitera tranzystora T2. Naciśnięcie przycisku (podłączenie klucza) spowoduje załączenie tranzystora T1 oraz odblokowanie generatora na bramce B6, ale na wyjściach 7,8,9 modułu sterującego nie pojawi się żadne napięcie, gdyż brak zasilania na emiterze tranzystora T2. Dopiero włączenie zapłonu (po dowolnym czasie) spowoduje pojawienie się sygnału zasilająco-sterującego i można uruchomić silnik.

    Ważną rolę pełni rezystor R15 w kluczu. Utrzymuje on cały czas kondensator C1 w stanie rozładowanym. Kondensator C1 może naładować się np. elektrycznością statyczną, i podłączenie naładowanego kondensatora nie spowoduje startu multiwibratora B1B2. W czasie prób podłączanie samego kondensatora, bez rezystora, powodowało że multiwibrator wystartował tylko 3 lub 4 razy, a dalej można go było uruchomić tylko po rozładowaniu kondensatora śrubokrętem, lub po odwróceniu końcówek. Ten problem nie występuje gdy wszystkie elementy multiwibratora są połączone na stałe, a załączane jest tylko napięcie zasilające. Rezystor R15 ma tak dużą wartość, że praktycznie nie wpływa na pracę multiwibratora.
    Rezystor R13 polepsza komutację sygnału zasilająco-sterującego. Bez niego przebieg jest spłaszczony, a kondensatory C7 nie mają drogi rozładowania, i napięcie na kondensatorach C9 jest dużo mniejsze.
    Z tego też powodu w modułach wykonawczych są zastosowane tranzystory polowe. Wysterowanie zwykłych tranzystorów wymaga znacznego prądu bazy, a co za tym idzie, kondensator C7 musi mieć znaczną wartość, co najmniej 0,47μF, oraz w szereg z bazą tranzystora konieczny był rezystor 4,7k ograniczający prąd. Aby przy dołączeniu kilku takich kondensatorów przebieg zasilająco-sterujący nie był zniekształcony, rezystor R13 musi mieć bardzo małą wartość, około 30Ω, co obciąża niepotrzebnie tranzystor T2. W próbnym układzie rozwiązałem ten problem stosując dodatkowy tranzystor npn, który przełączał rezystor R13 do masy w chwili gdy T2 był zatkany, ale była to nie potrzebna komplikacja. Tranzystor polowy rozwiązał wszystkie problemy, gdyż można było zastosować kondensatory C7 o małej pojemności.
    Układ jest nie wrażliwy na zakłócenia mogące pochodzić od pracy silnika. Jedynym miejscem gdzie takie zakłócenia mogą się pojawić jest wejście 1 bramki B1, gdyż do tego wejścia jest dołączony przewód biegnący do przycisku, i będzie on swoistą anteną. Ale wtedy jest to nawet lepiej dla układu, gdyż tranzystor T1 będzie „wspomagany” w swoim przewodzeniu, a patrząc z innej strony, układ T1B3D6 jest zatrzaśnięty, dioda D1 jest zatkana i przez nią nic nie przejdzie.
    W przypadku włożenia klucza do gniazda serwisowego G2 multiwibrator B1B2 pracuje przez cały czas gdy jest włączone zasilanie, ale w niczym to nie przeszkadza.
    Zwieranie wyjść 7,8,9 do masy niczym nie grozi, gdyż tranzystor T2 jest zatkany gdy nie pracuje generator na bramce B6. Natomiast gdy na wyjściach 7,8,9 jest przebieg zasilająco-sterujący, zwarcie może nastąpić tylko przypadkowo, np. przetarcie przewodów, gdyż silnik wtedy można uruchomić. W tym przypadku rezystor R9 ograniczy prąd do wartości nie groźnej dla tranzystora T2, a w następnej kolejności zadziała polimerowy bezpiecznik R17. Tranzystor T2 jest dobrany z bardzo dużym zapasem, Imax=15A.

    Możliwości zmian.

    Oczywiście klucz i szeroko pojęty „ukryty przycisk”.
    Są to dwa olbrzymie pola do popisu dla konstruktorów, i można tu wykorzystać wszystkie najnowsze, dostępne osiągnięcia z dziedziny kodowania, szyfrowania i zdalnego sterowania, tylko trzeba zastanowić się kiedy warto to zrobić, aby nie potrzebnie nie skomplikować urządzenia.
    Indywidualny, niepowtarzalny klucz do każdego egzemplarza zabezpieczenia jest wręcz konieczny, gdyby takie zabezpieczenie było produkowane na sprzedaż nawet w nie wielkiej serii. Natomiast w przypadku „jednostkowej produkcji” indywidualny klucz jest nie potrzebny, gdyż włamywacz nigdy nie będzie zawracał sobie głowy łamaniem szyfrów i kodów, tylko zawsze zacznie od końca, czyli od poszukiwania i eliminowania modułów wykonawczych. W tym przypadku nieskomplikowany klucz (kondensator) jest wystarczająco dobry.
    Natomiast „ukryty przycisk” zawsze warto rozbudować, gdyż każda rozbudowa z reguły prowadzi do poprawy komfortu użytkowania. Może to być jakiś sensor, pilot, schowany w kieszeni transponder identyfikujący kierowcę, itp. Chociaż, dowcipnie schowany, klasyczny przycisk jest też dobrym rozwiązaniem. Można też za każdym razem wkładać i wyjmować klucz, ale jest to bardzo nie wygodne, i nie należy tego brać pod uwagę.

    Rozwiązania układowe w opisywanym zabezpieczeniu są tak proste, że prościej po prostu już się nie da, a mimo to ujawniają się wszystkie zalety systemu „1-wire”. Może to skłonić nawet bardzo początkujących do budowy i zamontowania takiego zabezpieczenia.
    Jeżeli ktoś zechce poeksperymentować, podpowiem, że bardzo dobre wyniki można osiągnąć gdy zamiast ciągłego sygnału zasilająco-sterującego, wysyła się stałe napięcie, oraz krótkie, półsekundowe paczki impulsów co 5 sekund. Niestety, trzeba trochę skomplikować układ. W module sterującym trzeba dodać jeszcze jeden układ scalony (4 bramki NAND z wejściami Szmitta), a w modułach wykonawczych zmienić wartości elementów, C9=2μF, R18=4,7M.
    Oczywiście, kto poczuwa się na siłach, może zaprojektować podobny system zabezpieczający z wykorzystaniem mikroprocesora. System „1-wire” sam się prosi o takie rozwiązanie.

    Jeszcze trochę na temat łączenia przekaźników stosowanych w zabezpieczeniach. Panuje trochę złudne przekonanie, że wykorzystanie styków normalnie zamkniętych jest bezpieczniejsze i bardziej niezawodne. Taki pogląd jest słuszny tylko w przypadku, gdy do sterowania zabezpieczeniem używa się wyłącznika o dwóch stabilnych pozycjach „załącz-wyłącz”. Wtedy takie zabezpieczenie można zrobić w ten sposób, że zarówno w czasie jazdy, jak i w czasie ochrony, przez uzwojenia przekaźników nie płynie prąd, i po prostu nie ma co się popsuć. Ale takie zabezpieczenie nie jest automatyczne i trzeba go zawsze włączać i wyłączać. Jest to po prostu ukryty wyłącznik z przedłużeniem na przekaźnikach.
    Natomiast w przypadku zabezpieczenia z wykorzystaniem „nie stabilnego przycisku”, szeroko pojętego, cała niezawodność systemu polega na niezawodności układu podtrzymania, który może być bardzo rozbudowany, i nie ma absolutnie żadnego znaczenia w jaki sposób są łączone przekaźniki. W przypadku awarii w układzie podtrzymania silnik się zatrzyma, niezależnie od sposobu łączenia przekaźników.
    Zabezpieczenie z przekaźnikami o stykach normalnie zamkniętych jest łatwiejsze do obejścia, gdyż wystarczy tylko odłączyć moduł sterujący.
    Niezawodność samych przekaźników jest tak duża, że twierdzenia o tym, że styki mogą się rozłączyć pod wpływem wstrząsów można śmiało położyć na półce gdzie leżą bajki.

    Wykaz elementów.

    Moduł sterujący:
    Rezystory
    R1-47k
    R2-470Ω
    R3-470Ω
    R4-47k
    R5-10k
    R6-3,3M
    R7-10k
    R8-3,3M
    R9-2,2Ω/4W (4,7Ω/2W-2szt.)
    R10-1k
    R11-47k
    R12-1k
    R13-1k
    R14-2k
    R15-4,7M (SMD)
    R16- Z-PTC2,5 bezpiecznik polimerowy 2,5A
    R17- Z-PTC2,5 bezpiecznik polimerowy 2,5A

    Kondensatory:
    C1-10nF (SMD)
    C2-10nF
    C3-4,7nF
    C4-2μF (1μF-2szt.) nie elektrolityczny
    C5-2μF (1μF-2szt.) nie elektrolityczny
    C6-10nF

    Diody:
    D1÷D6-1N4007-6szt.

    Tranzystory:
    T1-BUZ90
    T2-2N6491

    Układ scalony:
    4584, 40106, MC14106

    Złącze „Mini-Fit” kątowe, 12-stykowe


    Moduł wykonawczy 16A:
    R18-1M
    C7-4,7nF
    C8-2μF (1μF-2szt.) nie elektrolityczny
    D7÷D10- 1N4007-4szt.
    T3-BUZ90AF
    P1- przekaźnik LM1H-12D (16A)

    Moduł wykonawczy 1A:
    R18-1M (SMD)
    C7-4,7nF (SMD)
    C8-2μF (1μF-2szt, SMD)
    D7÷D9- LL4148 dioda SMD – 3szt.
    T3-IRFR120N (SMD)
    P1- DIP12-1A72-12D przekaźnik kontaktronowy z diodą (D10)


    Fajne!
  • Fibaro
  • #2 29 Maj 2007 22:00
    DriftKing
    Poziom 11  

    Moim zdaniem całkiem ciekawy projekt.

  • Fibaro
  • #3 04 Paź 2007 18:28
    pol48
    Poziom 12  

    Moim zdaniem zbyt skomplikowany

  • Fibaro
  • #4 04 Paź 2007 21:35
    ostry_18
    Poziom 24  

    Interesuje mnie jak całość wygląda w samochodzie. a może wcale nie wygląda bo jest pochowana gdzieś w zakamarkach? Jak sprawdza się w praktyce? Ile czasu ci zajmuje zrobienie tych wszystkich czynności przed ruszeniem? Co jeśli ci (nie daj boże) zgaśnie na skrzyżowaniu? czekasz te 8 sekund czy jest inna możliwość odpalenia, o której nie doczytałem?

  • #5 04 Paź 2007 21:59
    Marian B
    Poziom 34  

    Wykorzystuję opcję podłączenia d), najbardziej uniwersalną i komfortową, a więc można silnik uruchomić i póżniej nacisnąć przycisk (w ciągu 6sek.), lub nacisnąć przycisk, a następnie uruchomić silnik. (Do uruchamiania silnika używam przycisku "start-stop" zamiast kluczyka)
    Po zgaśnięciu silnika, można natychmiast ponownie uruchomić silnik bez naciskania przycisku w każdej opcji. Wszystkie opcje są dokładnie opisane, trzeba tylko uważnie czytać.
    Rzeczywiście, wszystkie elementy są pochowane, i nie można zrobić fotek z montażu.

  • #6 07 Paź 2007 21:02
    elek555
    Poziom 37  

    @neostrada.plbDyEvzL- a niech Cię. Pracowity to Ty jesteś, szkoda że tak daleko. Nagoniłbym paru klientów.

 
Black Friday do -15%
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Ferguson