Как сделать копию ключа для домофона в домашних условиях

Инструкция по чтению и записи ключа iButton (1-wire) с помощью Arduino

Нам понадобится:

• Ардуино (или совместимая плата);
• персональный компьютер с Arduino IDE или иной средой разработки;
• ключ для домофона типа iButton или 1-wire, копию которого нужно сделать;
• ключ-болванка для создания «клона» оригинального ключа (покупаем здесь);
• 1 резистор сопротивлением 2,2 кОм (вот отличный набор резисторов самых популярных номиналов);
• макетная плата (breadboard);
• соединительные провода.

1Схема подключения ключа к Arduinoпо однопроводному интерфейсу

Каждый ключ для домофона имеет свой номер – именно этот номер и служит идентификатором ключа. Именно по номеру ключа домофон решает – свой или чужой. Поэтому алгоритм копирования такой: сначала нужно узнать номер разрешённого ключа, а затем присвоить этот номер другому ключу – клону. Для домофона нет разницы, был приложен оригинальный ключ или его копия. Сверив номер со своей базой данных разрешённых номеров, он откроет дверь.

Ключи для домофона, которые мы будем подключать к Arduino (их иногда называют iButton или Touch Memory), считываются и записываются по однопроводному интерфейсу 1-wire. Поэтому схема подключения очень проста. Нам нужны лишь пара проводов и подтягивающий резистор номиналом 2,2 кОм. Схема соединений показана на рисунке.

Собранная схема может выглядеть примерно так:

2Считывание идентификатора ключа iButton с помощью Arduino

Для работы с интерфейсом 1-wire существуют готовые библиотеки для Ардуино. Можно воспользоваться, например, этой. Скачиваем архив и распаковываем в папку /libraries/, расположенную в каталоге Arduino IDE. Теперь мы можем очень просто работать с данным протоколом.

Загрузим в Ардуино стандартным способом этот скетч:

#include <OneWire.h>
OneWire iButton(10); // создаём объект 1-wire на 10 выводе

void setup (void) {
  Serial.begin(9600);
}

void loop(void) {
  delay(1000); // задержка 1 сек
  byte addr[8]; // массив для хранения данных ключа
  
  if ( !iButton.search(addr) ) { // если ключ не приложен
      Serial.println("No key connected..."); // сообщаем об этом
      return; // и прерываем программу
  }
  
  Serial.print("Key : ");
  for(int i=0; i<8; i++) {
    Serial.print(addr[i], HEX); // выводим побайтно данные ключа
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.println();
  iButton.reset(); // сброс ключа
}

Данный скетч показывает номер ключа для домофона, который подключён к схеме. Это то, что нам и нужно сейчас: мы должны узнать номер ключа, копию которого хотим сделать. Подключим Ардуино к компьютеру. Запустим монитор последовательного порта: Инструменты Монитор последовательного порта (или сочетание клавиш Ctrl+Shift+M).

Теперь подключим ключ к схеме. Монитор порта покажет номер ключа. Запомним этот номер.

А вот какой обмен происходит на однопроводной линии при чтении идентификатора ключа (подробнее – далее):

На рисунке, конечно, не видны все детали реализации. Поэтому в конце статьи я прикладываю временную диаграмму в формате *.logicdata , снятую с помощью логического анализатора и программы Saleae Logic Analyzer и открываемую ей же. Программа бесплатная и скачивается с официального сайта Saleae. Чтобы открыть файл *.logicdata нужно запустить программу, нажать сочетание Ctrl+O или в меню Options (расположено вверху справа) выбрать пункт Open capture / setup.

3Запись идентификатора ключа Dallasс помощью Arduino

Теперь напишем скетч для записи данных в память ключа iButton.

#include <OneWire.h>  // подключаем библиотеку
const int pin = 10;   // объявляем номер пина
OneWire iButton(pin); // объявляем объект OneWire на 10-ом пине

// номер ключа, который мы хотим записать в iButton:
byte key_to_write[] = { 0x01, 0xF6, 0x75, 0xD7, 0x0F, 0x00, 0x00, 0x9A };

void setup(void) { 
  Serial.begin(9600); 
  pinMode(pin, OUTPUT);  
}

void loop(void) {
  delay(1000); // задержка на 1 сек  
  iButton.reset(); // сброс устройства 1-wire
  delay(50); 
  iButton.write(0x33); // отправляем команду "чтение"

  byte data[8]; // массив для хранения данных ключа
  iButton.read_bytes(data, 8); // считываем данные приложенного ключа, 8х8=64 бита
  
  if ( OneWire::crc8(data, 7) != data[7] ) { // проверяем контрольную сумму приложенного ключа
      Serial.println("CRC error!"); // если CRC не верна, сообщаем об этом
      return; // и прерываем программу
  }

  if (data[0] & data[1] & data[2] & data[3] & data[4] & data[5] & data[6] & data[7] == 0xFF) {
    return; // если ключ не приложен к считывателю, прерываем программу и ждём, пока будет приложен
  }

  Serial.print("Start programming..."); // начало процесса записи данных в ключ
  
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    // формирование 4-х байт для записи в ключ - см. рис.4 из datasheet для подробностей
    iButton.reset(); // сброс ключа 
    data[0] = 0x3C; // отправляем команду "копировать из буфера в ПЗУ"
    data[1] = i; // указываем байт для записи
    data[2] = 0;
    data[3] = key_to_write[i]; 
    iButton.write_bytes(data, 4); // записываем i-ый байт в ключ
  
    uint8_t b = iButton.read(); // считываем байт из ключа
    
    if (OneWire::crc8(data, 4) != b) { // при ошибке контрольной суммы
        Serial.println("Error while programming!"); // сообщаем об этом
        return; // и отменяем запись ключа
    }
    send_programming_impulse(); // если всё хорошо, посылаем импульс для записи i-го байта в ключ
  }
  Serial.println("Success!"); // сообщение об успешной записи данных в ключ  
}

// Инициализация записи данных в ключ-таблетку iButton:
void send_programming_impulse() { 
  digitalWrite(pin, HIGH); 
  delay(60);
  digitalWrite(pin, LOW); 
  delay(5);
  digitalWrite(pin, HIGH); 
  delay(50); 
}

Не забудьте задать номер своего оригинального ключа в массиве key_to_write, который мы узнали ранее.

Загрузим этот скетч в Arduino. Откроем монитор последовательного порта (Ctrl+Shift+M). Подключим к схеме ключ, который будет клоном оригинального ключа. О результате программирования монитор последовательного порта выведет соответствующее сообщение.

Если данный скетч не сработал, попробуйте заменить код после Serial.print("Start programming...") и до конца функции loop() на следующий:

delay (200);
iButton.skip();
iButton.reset();
iButton.write(0x33); // чтение текущего номера ключа
Serial.print("ID before write:");
for (byte i=0; i<8; i++){
  Serial.print(' ');
  Serial.print(iButton.read(), HEX);
}    
Serial.print("\n");

iButton.skip();
iButton.reset();
iButton.write(0xD1); // команда разрешения записи
digitalWrite(pin, LOW); 
pinMode(pin, OUTPUT); 
delayMicroseconds(60);
pinMode(pin, INPUT); 
digitalWrite(pin, HIGH); 
delay(10);

// выведем ключ, который собираемся записать:
Serial.print("Writing iButton ID: ");
for (byte i=0; i<8; i++) {
  Serial.print(key_to_write[i], HEX);
  Serial.print(" ");
}
Serial.print("\n");
                 
iButton.skip();
iButton.reset();
iButton.write(0xD5); // команда записи
for (byte i=0; i<8; i++) {
  writeByte(key_to_write[i]);
  Serial.print("*");
}
Serial.print("\n");

iButton.reset();
iButton.write(0xD1); // команда выхода из режима записи
digitalWrite(pin, LOW); 
pinMode(pin, OUTPUT); 
delayMicroseconds(10);
pinMode(pin, INPUT); 
digitalWrite(pin, HIGH); 
delay(10);

Serial.println("Success!"); 
delay(10000);

int writeByte(byte data) {
  int data_bit;
  for(data_bit=0; data_bit<8; data_bit++) {
    if (data & 1) {
      digitalWrite(pin, LOW); 
      pinMode(pin, OUTPUT);
      delayMicroseconds(60);
      pinMode(pin, INPUT); 
      digitalWrite(pin, HIGH);
      delay(10);
    } else {
      digitalWrite(pin, LOW); 
      pinMode(pin, OUTPUT);
      pinMode(pin, INPUT); 
      digitalWrite(pin, HIGH);
      delay(10);
    }
    data = data >> 1;
  }
  return 0;
}

Временную диаграмму работы скетча записи идентификатора ключа показывать бессмысленно, т.к. она длинная и не поместится на рисунке. Однако файл *.logicdata для программы логического анализатора прикладываю в конце статьи.

Ключи для домофона бывают разных типов. Данный код подойдёт не для всех ключей, а только для RW1990 или RW1990.2. Программирование ключей других типов может привести к выходу ключей из строя!

При желании можно переписать программу для ключа другого типа. Для этого воспользуйтесь техническим описанием Вашего типа ключа (datasheet) и изменить скетч в соответствии с описанием. Скачать datasheet для ключей iButton можно в приложении к статье.

Кстати, некоторые современные домофоны читают не только идентификатор ключа, но и другую информацию, записанную на оригинальном ключе. Поэтому сделать клон, скопировав только номер, не получится. Нужно полностью копировать данные ключа.

4Описание однопроводного интерфейса 1-Wire

Давайте чуть глубже познакомимся с интерфейсом One-wire. По организации он похож на интерфейс I2C: в нём также должно присутствовать ведущее устройство (master), которое инициирует обмен, а также одно или несколько ведомых устройств (slave). Все устройства подключены к одной общей шине. Устройства iButton – всегда ведомые. В качестве мастера чаще всего выступает микроконтроллер или ПК. Скорость передачи данных составляет 16,3 кбит/сек. Шина в состоянии ожидания находится в логической "1" (HIGH). В данном протоколе предусмотрены всего 5 типов сигналов:

• импульс сброса (master)
• импульс присутствия (slave)
• запись бита "0" (master)
• запись бита "1" (master)
• чтение бита (master)

1) Инициализация

Инициализация заключается в том, что ведущий выставляет условие сброса RESET (на время от 480 мкс или более опускает линию в "0", а затем отпускает её, и за счёт подтягивающего резистора линия поднимается в состояние "1"), а ведомый не позднее чем через 60 мкс после этого должен подтвердить присутствие, также опустив линию в "0" на 60…240 мкс и затем освободив её:

2) Команды работы с ПЗУ

Если после импульса инициализации не пришёл сигнал подтверждения, мастер повторяет опрос шины. Если сигнал подтверждения пришёл, то мастер понимает, что на шине есть устройство, которое готово к обмену, и посылает ему одну из четырёх 8-битных команд работы с ПЗУ:

(*) Кстати, семейств устройств iButton существует довольно много, некоторые из них перечислены в таблице ниже.

Данные передаются последовательно, бит за битом. Передачу каждого бита инициирует ведущее устройство. При записи ведущий опускает линию к нулю и удерживает её. Если время удерживания линии равно 1…15 мкс, значит записывается бит "1". Если время удерживания от 60 мкс и выше – записывается бит "0".

Чтение битов также инициируется мастером. В начале чтения каждого бита мастер устанавливает низкий уровень на шине. Если ведомое устройство хочет передать "0", оно удерживает шину в состоянии LOW на время от 60 до 120 мкс, а если хочет передать "1", то на время примерно 15 мкс. После этого ведомый отпускает линию, и за счёт подтягивающего резистора она возвращается в состояние HIGH.

Вот так, например, выглядит временная диаграмма команды поиска Search ROM (0xF0). Красным цветом на диаграмме отмечены команды записи битов. Обратите внимание на порядок следования битов при передаче по 1-Wire: старший бит справа, младший – слева.

Далее, если предшествующей командой подразумевается работа с ППЗУ (чтение и запись из перезаписываемой памяти ключа Dallas), то мастер передаёт команду работы с ППЗУ.

3) Команды работы с ППЗУ

Прежде чем рассматривать команды для работы с ППЗУ iButton, необходимо пару слов сказать о структуре памяти ключа. Память разделена на 4 равных участка: три из них предназначены для хранения трёх уникальных ключей, а четвёртый – для временного хранения данных. Этот временный буфер служит своеобразным черновиком, где данные готовятся для записи ключей.

Для работы с ППЗУ существуют 6 команд:

4) Передача данных

Более подробно и с примерами низкоуровневая работа с протоколом 1-Wire описана в этой статье.

5Возможные ошибки при компиляции скетча

1) Если при компиляции скетча возникнет ошибка WConstants.h: No such file or directory #include "WConstants.h", то, как вариант, следует в файле OneWire.cpp заменить первый блок после комментариев на следующий:

#include <OneWire.h>
#include <Arduino.h>
extern "C" {
  #include <avr/io.h>
  #include <pins_arduino.h>
}

2) Если при компиляции появляется ошибка class OneWire has no member named read_bytes,то найдите и попробуйте использовать другую библиотеку для работы с интерфейсом OneWire.