СЕЙФ С СЕКРЕТОМ

May 19, 2010 by admin Комментировать »

Б. ИГОШЕВ,

г. Свердловск

Рисунки Г. Мариновой и К. Невлера

«Сезам, открой дверь» — этими сло­вами находчивый и смелый Али-Баба открывал волшебную дверь в пещеру с сокровищами. Представим, что Али-Ба­ба решает задачу потруднее — пытается открыть дверь в другую пещеру, вход в которую перекрывает волшебный бо­чонок. Он может вращаться вокруг вер­тикальной оси, а в его крышке пробито четыре одинаковых, симметрично распо­ложенных отверстия. Под каждым из них в бочонке находится сосуд, к при­меру кувшин. Просунув руку в отвер­стие, можно на ощупь определить, стоит он вверх или вниз горлышком. В пеще­ре темно, и через отверстия бочонка ни­чего разглядеть нельзя.

Опустив в бочонок обе руки, можно перевернуть один или два сосуда. После того как руки из отверстий убраны, бо­чонок начинает быстро вращаться. Че­рез некоторое время он останавливается в случайном положении. Через любые два отверстия Али-Баба может снова манипулировать с сосудами до тех пор, пока их не удастся расположить одина­ково — горлышками вверх или вниз. Только тогда волшебная дверь от­кроется.

Попробуем сформулировать алгоритм открывания двери — последовательность действий, которые при любом начальном расположении сосудов и при любых ва­риантах остановок бочонка через неко­торое, заранее известное, число ходов обеспечат открывание двери (пример с бочонком, и описание алгоритма заим­ствованы из книги В. Касаткина «Семь задач по кибернетике». Киев, «Вища школа», 1975).

Опуская руки в отверстия бочонка, че­ловек сначала распознает положение двух сосудов, а затем переворачивает один или оба (или не переворачивает вообще}. Первое действие назовем рас­познавателем, второе — оператором. Оче­видно, что алгоритм открывания двери будет состоять из последовательности первых и вторых. Опишем такой алго­ритм в виде граф-схемы (рис. 1), в ко­торой распознаватели обозначены круж­ками, а операторы — прямоугольниками. Два идущих друг за другом таких сим­вола назовем тактом работы..

Первое распознавание проведем по диагонали (кружок № 1). Отверстия, в которые опущены руки, соединены чер­точкой. Если горлышком вверх распо­ложен только один кувшин, то второй надо перевернуть; если у обоих сосудов горлышки смотрят вниз — переворачи­ваются оба; в нормальном положении делать ничего не надо. Второе распознавание (после вращения бочонка) проводится при помощи кружка № 2 (руки пропускают в два верхних отверстия). Порядок операций при этом аналогичен предыдущему. Та­ким образом, после двух тактов работы три из четырех кувшинов займут нор­мальное положение — два по диагона­ли и один по одной из сторон схемы. Снова применяем (после вращения и остановки бочонка) распознаватель № 1. Что там у нас в бочонке? Если один из сосудов расположен горлышком вниз (последний из четырех), перевернем его — и дверь открыта. Если же гор­лышки обоих сосудов смотрят вверх, то перевернуть нужно левый верхний (по граф-схеме). Теперь на одной из сторон два сосуда расположены горлыш­ком вверх, а на другой — горлышком вниз.

После очередного вращения бочонка применяем вариант с кружком № 2. Ес­ли оба кувшина поставлены одинаково, их переворачивают (поскольку два дру­гих сосуда находились в противополож­ном положении). Дверь открыта.

Предположим, что горлышком вверх установлен один из сосудов. Тогда пе­ревернуть тоже нужно оба сосуда. Те­перь по любой из двух дяагояаяей они будут расположены одинаково. . Следующей такт начинается с распо­знавателя № 1. Независимо от резуль­тата наших «исследований» в бочонке применяется оператор «перевернуть оба»: дверь открыта. Таким образом, пользу­ясь описанным алгоритмом, удается от­крыть дверь в пещеру максимум за 5 тактов.

Зная принцип действия и алгоритм открывания бочонка, сконструируем ана­логичный кибернетический замок для сейфа (рис 2).

В верхней части корпуса находится дверца. Под ней вмонтированы четыре лампочки — они играют роль сосудов. Рядом с каждой выведена кнопка, на­жимая на нее (аналогично опусканию рук s бочонок), можно выяснить, го­рит ламна (сосуд горлышком вверх) или нет (сосуд горлышком вниз). Кро­ме того, около каждой лампы находит­ся тумблер, переключая который можно изменять ее -состояние (переворачивать сосуд).

Еще одна кнопка внизу корпуса. На­жимая на нее, заставляют бочонок «вра-щаться» (происходит смена состояний ламп). На левой боковой панели под крышкой спрятаны еще четыре тумблера. С их помощью задается код замка — исходное состояние ламп.

clip_image002

Рис. 1. Граф-схема алгоритма открывания двери сейфа.

clip_image004

Рис. 2. Сейф с кибернетическим замком.

Дверца сейфа откроется только тогда, когда удается подключить либо отклю­чить все лампы.

Прежде чем рассмотреть работу устрой­ства, познакомьтесь с конструкцией вра­щающихся дисков. Они изготовлены из фольгированного с обеих сторон гетанакса или стеклотекстолита. На одной стороне (обозначена цифрой 1) распо­ложены 4 концентрических круговых по­лосы. Другая сторона диска разделена на 4 одинаковых сектора (металличе­ская фольга шириной около 0,5 мм в промежутках между полосами и секто­рами удалена). Каждая круговая поло­са на одной стороне диска соединена с сектором на другой, обозначенным той же цифрой (рис. 3).

При вращении диска по нему сколь­зят щетки. На стороне 1 они размеще­ны произвольно, а на второй места их соприкосновения равноудалены друг от друга. Оба диска посажены на вал двигателя так, чтобы каждый сектор первого диска находился точно напротив соответствующего сектора второго дис­ка (если смотреть по направлению вала двигателя).

Допустим, что код сейфа задан тумб­лерами S!0 и S11 (лампы Н2 и НЗ включены). Человек нажимает кнопку SI3 «Ход сейфа» (назовем эту кнопку, исходя из того, что на каждый ход че­ловека замок сейфа отвечает «своим» ходом). Контакт S13.2 замыкает цепь питания электродвигателя Ml, и закреп­ленные на его валу диски начинают вращаться. Пока они движутся, S13.1 раз-рывает цепь питания реле К1 — К4. Предположим, что первый диск остано­вился таким образом (остановка дис­ка — случайное событие, зависящее от времени нажатия кнопки S13), что щет­ка Щ1 находится на третьем, Щ2 — на четвертом, ЩЗ — на первом и Щ4 — на втором секторе. Соответствен­но, на втором диске щетка Щ5 находит­ся на третьем, Щ6 — на четвертом, Щ7 — на первом и Щ8 — на втором секторе.

clip_image006

Рис. 3. Электрическая схема замка.

clip_image008

Рис 4. Принципиальная схема усовершенствованного замка.

Когда кнопку S13 отпускают, замы­кается цепь питания реле К1 и К4.

Согласно алгоритму применяем распо­знаватель № 1 — нажимаем на кнопки S1 и S3. Загорается лампа НЗ. Затем соответственно граф-схеме применяем оператор «оба сосуда горлышком вверх»; переключаем тумблер S5.

Снова нажимаем на кнопку S13 и да­лее следуем указаниям алгоритма.

Как только все лампы будут подклю­чены (сработают реле Kl — K4) или, на­оборот, отключены (ни одно реле не ра­ботает), через логическую цепочку, со­стоящую из контактов К 1.2, К2.2, К2.3, К3.2, КЗ.З, К4.2, к источнику тока под­ключается электромагнит Y1, и защел­ка дверцы сейфа открывается.

В нашем примере для этого достаточ­но, чтобы были включены тумблеры S5 и S8 (горят все лампы) или S6 и S7 (все лашпы погашены).

Можно менять код перед каждой демонстрацией работы сейфа. А для того чтобы при открывании боковой крыш­ки трудно было подсмотреть код замка, выключатели располагают «вперемешку» (например, S7, S5, S8, S6).

После того как выключатели, располо­женные на лицевой панели, установлены в исходное положение (ручки S5 — S8 — внизу), замок сейфа готов к дальнейшей работе.

В устройстве применены следующие детали: реле Kl, K4 — РЭС9 (паспорт РС4.524.201); К2, КЗ — РЭС22 (паспорт РФ4.500.131); Ml — электродвигатель ДСД-60; кнопки S1 — S4 — Kl, S13 — КМ-2; выключатели S5 — S12 — МТ1, S14 . — Т1; лампы HI — H4 — СМ26-5.

Сердечник силового трансформатора набран из пластин Ш20 X 20 мм. Сете­вая обмотка содержит 2750 витков про­вода ПЭЛ 0,15, обмотка II — 300 вит­ков провода ПЭЛ 0,5. В качестве элект­ромагнита Y1 используется обмотка ре­ле РКМ. С якорем этого реле соединен металлический стержень, играющий роль защелки замка. На ось дверцы на­дета пружина, которая распахивает дверцу при втягивании защелки.

У сейфа с кибернетическим замком есть один недостаток: устройство не «следит» за действиями человека и сле­по следует своей программе. Поэтому прибор легко «сбить с толку», нарушив правила обращения с ним. Допустим, человек нажимает на две кнопки, вы­ясняет состояние соответствующих ламп и производит переключение тумблеров. Затем, не нажимая на кнопку «Ход сейфа» (то есть не изменяя состояния ламп), нажимает на две другие кнопки, выясняет состояние других ламп и пере­ключением тумблеров приводит все лампы в одинаковое положение. Таким образом, замок открывается простым подбором положений выключателей, и вся идея алгоритма открывания сейфа теряет свой смысл.

Однако в схеме замка можно пред­усмотреть изменения, не позволяющие посторонним нарушать правила обраще­ния с сейфом, исключающие возмож­ность подбора комбинации положения выключателей.

Схема усложненного кибернетического замка приведена на рисунке 4. Блокиров­ка неверных действий человека осу­ществляется следующим образом. Через 1 — 1,5 с (это время подбирают при на­лаживании устройства) после того, как человек нажал на две кнопки и увидел, горят или нет соответствующие лампы (осуществил распознавание), HI — H4 отключаются. Если человек теперь и бу­дет нажимать на другие кнопки (нару­шая правила), он не сможет получить информацию о состоянии других ламп.

Одновременно с погасанием ламп HI — Н4 включается электродвигатель, вращающий диск: тем самым состоя­ние лампочек будет изменяться. Двига­тель работает до тех пор, пока не на­жата кнопка «Ход сейфа». После это­го вновь подключаются H1 — Н4, и че­ловек может продолжить процедуру от­крывания сейфа — применить один из распознавателей. Если же подобранная комбинация гасит или, наоборот, зажи­гает все лампы, то после нажатия кноп­ки «Ход сейфа» дверь открывается.

Рассмотрим на конкретном примере, как работает такое устройство. Допус­тим, что код сейфа задан отключением тумблеров S10 и S11 (лампы Н2 и НЗ подсоединены).

На сейф подают электропитание, и человек согласно алгоритму применяет распознаватель № 1 — нажимает на кнопки S1 и S3. При этом замыкается цепь питания реле К5 и К7, они сраба­тывают и самоблокируются контактами К5.1 и К7.1. Одновременно контакт К7.4 замыкает цепь лампы НЗ, и она заго­рается. Кроме того, замкнувшиеся контакты К5.2 и К7.3 подсоединяют к источнику тока реле К9, которое через некоторый промежуток времени, опреде­ляемый емкостью конденсатора С1, сра­батывает. Разомкнувшиеся контакты от­ключают питание ламп HI — Н4 и реле К1 — К4. Одновременно контакт К9.2 включает двигатель Ml, который начи­нает вращать диски.

Таким образом, после нажатия двух кнопок состояние ламп меняется и стано­вится невозможным подобрать нужную комбинацию выключателей без использо­вания всех этапов алгоритма. Это про­исходит потому, что контакт К9.1 от­ключает H1 — Н4 и К1 — К4, благодаря которым можно получить информацию о состоянии ламп.

Продолжая открывать сейф, человек применяет оператор «оба сосуда гор­лышком вверх» — переключает S5. Те­перь нажимается кнопка «Ход сейфа» S13; при этом размыкается цепь питания реле К5 — К8. При этом реле К5, К7, а за ними и К9 также отключаются.

Затем человек вновь нажимает на две кнопки около ламп и далее следует ука­заниям алгоритма.

Как только все 4 лампы будут под­ключены (сработают реле К1 — К4) или, наоборот, все отключены, логическая це­почка из контактов К1.2, К2.2, К2.3, КЗ.З, К4.2 подключает к источнику то­ка реле К10, которое срабатывает и своим контактом К10.1 замыкает цепь питания электромагнита Y1. Его сердеч­ник, соединенный с защелкой двери сейфа, втягивается, и он открывается (после нажатия на кнопку «Ход сейфа»).

Моделист-конструктор N 8 за 1983 г.

OCR Pirat

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты