Контроллер для ключей своими руками

Делаем универсальный RFID-ключ для домофонов

Приветствую всех, кого интересует тема электронных ключей-вездеходов. Сам я, по правде сказать, давно не слежу за новостями в этой области. Но свою разработку трёхлетней давности хочу опубликовать, так как она проста в повторении и может быть кому-то интересна. Суть: вместо десятка ключей с кодами-вездеходами и просто кодами, все ключи можно носить в одном небольшом устройстве.

Дисклеймер: повторять — не призываю, за сборку и применение — отвечаете сами, я делюсь информацией исключительно в ознакомительных целях. Например, чтоб помогали компаниям, обслуживающим домофоны, вовремя латать «дыры», если таковые с помощью прибора обнаружатся.

1. Что это такое? Что умеет?

Устройство, которое я собирал в далёком 2017 году, есть ни что иное, как спуфер домофонного RFID-ключа, работающего на частоте 125 кГц. Слово «спуфер» в данном случае означает, что устройство, по сути ключом не являясь, выдаёт себя за него, и домофоны реагируют на это соответствующе.

Прибор умеет транслировать любые коды ключей, которые записаны в его память. Некоторые коды можно найти в Сети по запросу «ключи-вездеходы», их я вставил в прошивку в первую очередь. Но при некотором навыке и желании можно вставить в прошивку коды вообще всех RFID-ключей, которыми вы пользуетесь (если они работают на частоте 125 кГц), и, таким образом, иметь возможность заменить одним прибором связку брелков.

Я знаю, что на просторе Сети гуляет большое количество схем подобных устройств. Моей целью было создать наипростейший вариант из всех доступных. Удалось или нет — судите сами.

2. Какими навыками нужно обладать, чтобы повторить данный проект?

Прежде всего, навыки работы с Arduino: иметь установленную среду разработки, уметь заливать в плату прошивки, устанавливать библиотеки, драйверы, вот это вот всё. Далее. Имеется в проекте место, где без пайки — ну вот никак. Потому — нужны прямые руки и паяльник с расходниками. Уметь читать электрические принципиальные схемы (или их подобия). Ну и навыки программирования на C++, дабы иметь возможность кастомизации прибора. Но это уже опционально.

3. Какие запчасти нужны и как их монтировать?

Как видно, BOM для базовой версии выглядит примерно так:

1. Arduino Nano (или любая другая Дуня, которая под рукой есть);
2. RFID-ключ формата EM4100 (вместо катушки индуктивности);
3. n-p-n транзистор (любой какой отыщется, частоты тут не очень высокие);
4. резистор на 10К;
5. конденсатор на 560 пФ (лучше SMD, можно прямо в корпус от ключа припаять);
6. литий-ионный аккумулятор — по вкусу;
7. три сенсорных кнопки;
8. OLED-дисплей с I2C интерфейсом;
9. модуль зарядки для liIon;
10. повышающий DC-DC преобразователь с выходом 5 В.

Схема питания может быть любой, лишь бы хватило Arduino чтобы стартовать. Устройства ввода/вывода — аналогично: прошивка легко может быть адаптирована под те кнопки/дисплеи, что есть в наличии (ссылка на гитхаб — чуть ниже). Текущая версия прошивки написана под OLED-дисплей и сенсорные кнопки (взяты были из соображений «бездребезговости»).

Собрать тестовый образец можно и на беспаечной макетке. Особых инструкций тут не требуется, за исключением того, как быть с «индуктивностью». Об этом — поподробнее.

Ключ, подобный тому, что на фото, можно раздобыть у любого местного мастера, либо заказать на Али. На корпусе ключа имеется крышка, которую следует аккуратно открыть, добравшись до начинки:

Она представляет собой катушку и микросхему памяти с двумя контактными площадками по бокам. Выводы катушки припаяны как раз к этим площадкам. Всё это залито тонким слоем эластичного термополимера (по виду и свойствам похожего на застывший клей B7000). Чтобы добыть катушку, я поступил следующим образом. Взяв канцелярский нож, я аккуратно продавил лезвием текстолит между площадками и микросхемой. Микросхему отделил от катушки и выкинул. Затем паяльником я аккуратно (чтобы не отпаять тонкие проводки катушки) сжёг термополимер над контактными площадками, сделав возможным дальнейшую прозвонку.

Прежде чем паять, следует измерить сопротивление катушки, убедившись, что она не в обрыве. Если всё в порядке, то собирать лучше так: сперва припаять SMD-конденсатор к контактным площадкам (он должен аккуратно поместиться между ними), затем — ножки транзистора и под конец — резистор к базе. Всё это можно аккуратно смонтировать в корпус ключа. Провода «земли» и базы транзистора припаивать в последнюю очередь.

Затем сделать в крышке ключа отверстие под эти провода, и закрыть брелок, придав ему почти что первозданный вид. Для сборки на беспаечной макетке к проводам следует припаять штырьевые разъёмы (или просто хорошенько залудить их, чтобы можно было без проблем вставлять в макетную плату).

4. Прошивка, тест и наладка

Как и обещал, ссылка на репозиторий проекта. Файлы прошивки лежат в папке My_125_kHz_spoofer_v.03.

После сборки и заливки прошивки прибор готов к использованию. Чтобы убедиться в его работоспособности, совсем не обязательно искать домофон — можно обойтись китайским модулем для чтения RFID-ключей, который называется RDM6300 и ещё одной платой Arduino (хотя кому что проще). Прошивку для модуля RDM6300, выдающую транслируемый код ключа в том же формате, в каком он внесён в прошивку спуфера, я также положил в репозиторий проекта. Схема подключения ридера — там же.

Порядок тестирования с помощью ридера RDM6300:

1. Убедиться, что ридер работает, поднеся к антенне любой из имеющихся в наличии ключей на 125 кГц (данные будут выводиться в COM-порт);
2. Выбрать в меню спуфера интересующий код ключа;
3. Поднести антенну к ридеру. Если ридер прочёл тот же ключ, что указан в прошивке — всё получилось! Else — проверяем схему, ищем, где ошибка, устраняем её и начинаем с пункта 1.

5. Что в прошивке можно менять, а что — лучше не трогать

Поскольку лепилась прошивка на основе вот этого, не вполне понятного для меня кода, то жизненно-необходимые функции, которые менять нельзя вот прям совсем, я вынес в отдельную вкладку functions.ino. Остальная часть программы служит исключительно для предоставления пользователю комфортной возможности вызвать функцию EmulateCard (ну, и нескольких строчек кода перед ней).

Свои ключи можно добавлять в массив uint64_t universalID[], расположенный на 75 строке кода. Поскольку я не «задефайнил» общее количество ключей в памяти устройства, а некоторые функции завязаны на эту константу, при добавлении своего ключа следует менять также пределы, в которых находится переменная keyNumber, отвечающая за выбор ключа. Ну и не забывать свой ключ в меню добавлять. В общем, всё сыровато, но при желании, повторюсь, разобраться не трудно.

6. Что в приборе можно было бы доработать

1. Добавить поддержку ключей iButton (хотя бы самых распространённых от Dallas).
2. Добавить эмуляцию ключей, работающих на частоте 13,5 МГц (как я понял, либо через ношение перезаписываемой заготовки и модуль RC522, либо технически-сложно, через реальную эмуляцию).
3. Добавить в прибор ридеры iButton, RDM6300 и RC522, чтобы сделать прибор ещё более универсальным.

У кого что получится — пишите о результатах. Сам я к разработке этой игрушки в ближайшее время возвращаться не собираюсь)

7. История создания

Была на дворе осень 2017 года. Будучи студентом второго курса магистратуры, я томился неразрешёнными вопросами самоопределения. Проще говоря, маялся бездельем и искал, чем бы заняться. В итоге решил довести до конца свои старые инженерные проекты в ущерб посещению университета.

Погода на дворе стояла просто роскошная. А что может быть лучше, чем прохладной осенней ночью сидеть где-нибудь на крыше многоэтажки, попивая чай из термоса и созерцая суету ночного города под ногами.

Днём попасть в подъезд любой многоэтажки труда не составляет никакого — социнженерия из серии «Здравствуйте, соцопрос о качестве работы управляющей компании для название_местной_газеты» отлично работает, да и вообще, в основном жильцы не против, чтобы кто-то заходил в подъезд вместе с ними. Ночью — другое дело. А я любил вылазить на крыши либо на закате, либо ночью… Назрела проблема, которую я и решил вышеописанным способом.

Как я помню, информация о подобных устройствах нашлась не сразу. Гуглёжка по ключевикам «взломщик домофонов» не давала почти ничего. Адекватное стало находиться, когда я чуть-чуть разобрался в технологии RFID, и стал задавать уже более осмысленные вопросы, типа «RFID emulator», «RFID multykey», «RFID spoofer».

В итоге получилось отыскать две приличные англоязычные статьи по теме. В одной автор описывал, как на основе Arduino делался довольно замороченный с аппаратной точки зрения ключик, а во второй — всё то же самое, но без исходников, зато с очень простой аппаратной частью. Справедливо рассудив, что раз и та, и другая схема соединяются с антенной одним пином Arduino, я решил скрестить простое аппаратное решение и открытые исходники. Удалось, пусть и не с первого раза).

На фото в начале данной статьи — далеко не первая версия прибора. Первая была на макетке, и работала через СОМ-порт. Помню, как прохожие всячески давали мне понять, что я выгляжу подозрительно, когда я с раскрытым ноутом стоял у двери многоэтажного дома, и что-то там пиликал в домофоне.

Затем было несколько более компактных версий, которые я собирал и разбирал ради интереса. Предпоследнюю спёр один из главных героев предыдущей моей статьи. Нынешняя версия была собрана 29 января сего года, в перерыве между уроками, которые я веду в своём кружке. Собрана только с целью убедиться, что я никого не дезинформирую, и прошивка со схемой работают.

Источник

Электронный RFID замок на микроконтроллере своими руками. Схема

Преимущества электронных замков нельзя недооценить, как пример этому, использование электронных замков позволяет нам освободиться от целой связки тяжелых ключей.

Самое главное для рядового пользователя — это удобство в эксплуатации и надежность электронного замка. Этим требованиям удовлетворяют устройства, основанные на RFID (от англ. Radio Frequency IDentification — радиочастотная идентификация) — бесконтактной радиочастотной идентификации.

Подобная система идентификации состоит из стационарного приемника и носимого передатчика (транспондера).

Представленный в данной статье RFID замок работает подобным образом. Идентификация осуществляется на основе чтения 40-битного серийного номера карты Unique. Рабочее состояние сигнализируется звуковым сигналом. Замок может работать в двух основных режимах: чтения и регистрация карт Unique в памяти микроконтроллера. Всего в память можно записать 4 карты.

Краткие характеристики RFID замка;

• взаимодействие с картами Unique;
• количество регистрируемых карт: 4;
• идентификация на основе серийного номера;
• чувствительность считывателя: ок. 5 см;
• исполнительное устройство: реле с двумя режимами работы;
• звуковая сигнализация работы;
• питание: 9…12В.

Описание работы RFID замка

Всю схему можно разделить на две части: цифровую и аналоговую. Цифровая схема состоит из микроконтроллера, который управляет всем устройством. В схеме применен микроконтроллер типа PIC12F683 в корпусе DIP8.

Внутренний RC генератор микроконтроллера позволяет получить тактовую частоту с программируемым диапазоном частот 37кГц … 8МГц.

Аппаратный генератор сигнала ШИМ, содержащийся в контроллере, используется для генерации прямоугольных импульсов с частотой 125 кГц, которые после усиления поступают на антенну считывателя.

Для генерации использован таймер TMR2, который с помощью цифрового компаратора автоматически сбрасывается после подсчета соответствующего количества импульсов. Кроме того, автоматически изменяется состояние выхода GP2 на противоположное.

Таким образом, мы можем генерировать импульсы любой частоты заполнения. В этом процессе не участвует центральный процессор, благодаря чему он может выполнять другие операции.

Форма волны, полученный таким образом, направляется на вход усилителя, состоящего из транзисторов VT1 и VТ2, и далее на катушку-антену считывателя, которая используется для бесконтактного питания схемы, находящейся в Unique карте.

Для используемых Unique карт скорость передачи данных равна примерно 2 кбит/с (125000/64=1953bps). Уникальный код каждой авторизованной карты хранится в энергонезависимой памяти EEPROM микроконтроллера.

Состояние работы замка сигнализируется с помощью зуммера, подключенного к выводу GP4. Управление реле осуществляется с выхода GP5 через транзистор VT3.

Две перемычки служат для установки режима работы микроконтроллера. Перемычка JP2 переводит контроллер в режим программирования новых карт, а JP1 меняет способ управления реле между режимом переключения и временным включением.

Аналоговая часть схемы служит для усиления сигнала, индуцированного в катушке и преобразования его в цифровую форму. Основным элементом здесь является сдвоенный операционный усилитель LM358. Катушка подключается к разъему CON1.

Индуцированный в ней сигнал поступает на анод диода VD1. Кроме полезного сигнала, также есть несущая волна (125 кГц) и случайные сигналы помех, поэтому в схему добавлен полосовой фильтр , который ограничивают полосу пропускания на частоте около 2 кГц.

После всей обработки, уже соответствующий цифровой сигнал поступает на вход GP3 микроконтроллера.

Антенна состоит из 40 витков эмалированного обмоточного провода диаметром 0,1…0,3 м
м, намотанного на временную оправку диаметром 40…60 мм. После этого катушку для защиты следует обмотать изоляционной лентой.

Для питания всей схемы, применен стабилизатор типа LM7805. Диод VD4 защищает стабилизатор от повреждения в случае подключения питания неправильной полярности.

Питающее напряжение подается к выводу CON2. Его значение должно находиться в диапазоне 9…12 В. Более высокое напряжение не повредит стабилизатор, но из-за этого он может значительно греться.

Правильно собранная схема готова сразу к работе, и вы можете приступить к процедуре записи уполномоченных карт.

Для записи карт необходимо при выключенном питании замкнуть перемычку JP2 и включить питание. Микроконтроллер подтвердит режим программирования двухсекундным звуковым сигналом и будет ожидать последовательного приближения четырех RFID карт.

Правильно декодированный серийный номер карты сигнализируется двойным звуковым сигналом, после чего происходит его сохранение в памяти контроллера. После программирования последней карты процедура программирования заканчивается, при этом раздается длинный звуковой сигнал, и микроконтроллер переходит в режим нормальной работы.

Перемычку нужно разомкнуть, чтобы в случае отключения питания процессор не был снова переведен в режим программирования. Если число уполномоченных карт меньше чем четыре, то необходимо несколько раз приложить одну карту (в общем, должно быть 4 регистрации).

Во время работы, приближение карты к антенне сигнализируется двойным звуковым сигналом зуммера и включением реле. Если перемычка JP1 не установлена, то каждое приближение карты будет вызывать изменение состояния реле на противоположное. Если она установлена, то реле включиться на 10 секунд, после чего вернется в исходное состояние.

Скачать прошивку (62,6 KiB, скачано: 1 785)

Источник