تصميم نظام اتصالات مشفر RF آمن

كانت أنظمة الاتصالات المؤمنة “RF” منذ عدة سنوات تقريباً متوفرة مع تطبيقات مختلفة، كما تُغطي التقنيات مجموعة كبيرة ومتنوعة من القدرات الموجهة لتلبية الاحتياجات المختلفة، ولقد كانت هذه تتقدم بمعدل غير عادي وتأثيرها واضح في حياتنا اليومية، كما يعني وجود كمية أقل من الأسلاك مرونة وكفاءة أفضل وتكاليف توصيل أقل.

كيفية تصميم نظام الاتصالات المشفرة الآمنة RF:

في العديد من مناطق العالم، تُعتبر الاتصالات اللاسلكية هي أفضل منطقة صاعدة في صناعة الاتصالات وما دام أنّها تكملة قيّمة وبديلاً للشبكات السلكية الحالية، وبناءً على عدد المستخدمين أصبح الآن الأسلوب المثالي للاتصال، كما يتم الآن نقل الكثير من الأنظمة في الماضي عبر السلك عبر الوسائط اللاسلكية.

تشتمل متطلبات الأجهزة والبرامج لمشروع نظام الاتصالات الآمنة “RF” هذا على “8051 series Microcontroller” و”RF Module” و”LCD“، وكذلك لوحة مفاتيح الكمبيوتر والمقاومات والمكثفات والصمامات الثنائية والمحولات ومنظم الجهد وأزرار الضغط ومجمع “Keil” وباستخدام اللغة “C” أو التجميع.

أولاً: مزود الطاقة:

مصدر الطاقة: هو جهاز كهربائي يستخدم لإمداد الكهرباء للأحمال الكهربائية، كما تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا الجهاز في تغيير التيار الكهربائي من مصدر إلى الجهد الدقيق والتردد والتيار لتزويد الحمل وفي بعض الأحيان يمكن تسمية مصادر الطاقة هذه باسم محولات الطاقة الكهربائية، وبعض أنواع الإمدادات عبارة عن قطع منفصلة من الأحمال، حيث في حين يتم تصنيع البعض الآخر في الأجهزة التي يتحكمون فيها.

“RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

“LCD” هي اختصار لـ “Liquid Crystal Display”.

ثانياً: الأنظمة المضمنة:

النظام المضمن: هو مزيج من الأجهزة والبرامج التي تشكل معاً مكوناً لجهاز أكبر، ومثال على النظام المضمن هو المعالج الدقيق الذي يتحكم في محرك السيارة، كما تم تصميم نظام مضمن ليعمل من تلقاء نفسه دون تدخل بشري وقد يكون مطلوباً للاستجابة للأحداث في الوقت الفعلي.

ثالثاً: المتحكم “AT89S52”:

  • متوافق مع منتجات “MCS®-51”.
  • “8 كيلو بايت” من ذاكرة فلاش قابلة للبرمجة داخل النظام “ISP”.
  • نطاق التشغيل “4.0 فولت” إلى “5.5 فولت”.
  • تردد الكريستال “11.0592 ميجاهرتز”.
  • ثلاثة مستويات برنامج قفل الذاكرة.
  • “256 × 8 بت” ذاكرة الوصول العشوائي الداخلية.
  • “32 I / O Lines” قابلة للبرمجة.
  • ثلاثة عداد أو عدادات “16 بت”.
  • ثمانية مصادر القطع.
  • قناة مسلسل “UART” مزدوجة كاملة.
  • مؤقت جهاز المراقبة.

ملاحظة: “ISP” هي اختصار لـ “Internet service provider”.

ملاحظة: “I / O” هي اختصار لـ “Input / Output”.

ملاحظة: “UART” هي اختصار لـ “Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”.

رابعاً: الصمام الثنائي الباعث للضوء:

المصابيح هي أجهزة أشباه الموصلات مصنوعة من السيليكون، وعندما يمر التيار عبر الصمام فإنّه يصدر فوتونات كمنتج ثانوي، كما تنتج مصابيح الإضاءة العادية الضوء عن طريق تسخين خيوط معدنية حتى تقدم مصابيح “LED” ذات السخونة البيضاء العديد من المزايا مقارنة بمصادر الإضاءة التقليدية، بما في ذلك استهلاك منخفض للطاقة وعمر أكبر وقوة محسنة وحجم أقل وتحويل أكبر.

خامساً: جهاز التحكم عن بعد “RF”:

تستخدم الدائرة جهاز التشفير “HT 12E” و”HT 12D” ووحدة فك التشفير، كما يتم استخدام جهاز الإرسال والاستقبال “433 ميجاهرتز ASK” للتحكم عن بعد.

  • المدى في الفضاء المفتوح وفي الشروط القياسية هو “100 متر”.
  • تردد استقبال “RX” هو “433 ميجاهرتز”.
  • حساسية “RX” النموذجية هي “105 ديسيبل”.
  • تيار العرض “RX” هو “3.5 مللي أمبير”.
  • تردد “RX IF” هو “1 ميجاهرتز”.
  • استهلاك منخفض للطاقة.
  • سهل التطبيق.
  • جهد التشغيل “RX” هو “5 فولت”.
  • نطاق تردد الإرسال هو “433.92 ميجاهرتز”.
  • إمداد الجهد “TX” هو “3V” إلى “6V”.
  • “TX Out Put Power” هو “4 ديسيبل” إلى “12 ديسيبل”.

ملاحظة: “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency” و”TX” هي اختصار لـ “Transmit”.

ملاحظة: “RX” هي اختصار لـ “Receive” و”ASK” هي اختصار لـ “Amplitude-shift keying”.

سادساً: جهاز فك التشفير والترميز “RF”:

  • الدوائر المتكاملة لتشفير “HT 12E”: هي سلسلة من “CMOS LSI” لتطبيقات نظام التحكم عن بعد كما إنّها قادرة على ترميز “12 بت” من المعلومات التي تتكون من بتات عنوان “N” و”12 بتات” بيانات.
  • تُعد “HT 12D ICs” سلسلة من “CMOS LSI” لتطبيقات نظام التحكم عن بعد.
  • يتم إقران هذه الدوائر المتكاملة مع بعضها البعض، وللتشغيل السليم يجب اختيار زوج من المشفر أو مفكك التشفير بنفس رقم العنوان ونسق البيانات.
  • يستقبل مفكك الشفرة العنوان التسلسلي والبيانات من وحدة فك التشفير المطابقة الخاصة به، والتي يتم إرسالها بواسطة ناقل باستخدام وسيط إرسال “RF” ويعطي النواتج إلى دبابيس النواتج “Pin Output” بعد معالجة البيانات.

ملاحظة: “CMOS” هي اختصار لـ “Complementary metal oxide semiconductor” و”LSI” هي اختصار لـ “Large-scale integration”.

سابعاً: شاشة “LCD”:

شاشات الكريستال السائل الأكثر شيوعاً المتصلة بالميكروكونترولر هي شاشات “16 × 2″ و”20 × 2” وهذا يعني “16 حرفاً” في كل سطر في سطرين، و”20 حرفاً” لكل سطر في سطرين على التوالي، كما يُشار إلى المعيار باسم “HD44780U”، والذي يشير إلى شريحة وحدة التحكم التي تتلقى البيانات من مصدر خارجي وتتصل مباشرة مع شاشة “LCD”.

يقدم المشروع للمستخدمين إرسال رموز سرية من خلال إدخال الرسائل من خلال لوحة مفاتيح الكمبيوتر وإرسال الرمز عبر أجهزة إرسال الترددات اللاسلكية، كما يتم استلام هذا الرمز السري المرسل من خلال جهاز استقبال “RF”، ويتم تنفيذ وظيفة الراحة عند الطرف المتلقي وبالتالي الحفاظ على سرية الرسالة.

تم تصميم النظام لاستخدامه في عمليات إرسال الشفرات السرية المطلوبة في الاتصالات العسكرية أو الحكومية أو غيرها من الاتصالات الحساسة، كما يمكن للمستخدم كتابة رسالته من خلال لوحة مفاتيح الكمبيوتر، وتتم معالجة هذا بعد ذلك بواسطة متحكم “8051” ويتم تسليمه إلى نهاية جهاز الاستقبال لاسلكياً.

يحتوي هذا النظام على رمز سري مرفق بالإرسال، ويتم إرسال الرسالة التي يكتبها المستخدم إلى الطرف المستقبل من خلال جهاز إرسال “RF”، وفي الطرف المستقبل يتم دمج مستقبل الترددات اللاسلكية مع رمز ونظام عرض، كما يمكن للمستخدم عند الطرف المستلم عرض الرسالة فقط إذا قام بإدخال الرمز الصحيح، وعند إدخال الرمز الصحيح يتم عرض الرسالة المرسلة على شاشة “LCD”.

نظام الاتصالات المشفرة الآمنة RF العامل في المشروع:

يهدف هذا المشروع إلى إرسال رسائل آمنة برمز سري من لوحة مفاتيح للكمبيوتر الشخصي مرتبط بوحدة الإرسال “TX” عن طريق تقنية الترددات اللاسلكية، كما ترجع الرسالة إلى نهاية جهاز الاستقبال “RX” فقط قبل إدخال الرمز السري المستعمل بواسطة طرف “TX”، لذلك يتم الحفاظ على السرية التامة في عملية الاتصال هذه.

لذلك عندما يتوفر هناك شرط لنقل أي رمز سري، يمكن للشخص إدخال الرسالة من خلال لوحة مفاتيح الكمبيوتر التي يتم توصيلها بالنظام، وبما في ذلك وحدة تحكم دقيقة ووحدة إرسال “RF”، ويتضمن هذا المشروع على ميزة حصرية تعمل على تمييز الرسالة برمز سري كما يفضله المرسل، بعد ذلك يتم إرسال الملاحظة من خلال وحدة “RF TX”، وفي نهاية تلقي الإرسال يتم استقبال الإشارة من خلال وحدة “RF RX”.

وبعد ذلك يتم استعادة الرسالة فقط إذا تم تحديد الرمز في الأشخاص المستقبلين، وبمجرد إدخال الرمز يتم إظهار ملاحظة على وحدة “RX” على شاشة “LCD”، وعلاوة على ذلك يمكن تحسين النظام المقترح عن طريق إضافة ميزة جديدة للاتصال ثنائي الاتجاه، وإضافة أيضاً تشفير وفك تشفير الرسالة للحصول على درجة أعلى من الأمان.

كما تُعد الرسالة النصية مشفرة باستعمال وحدة التحكم الدقيقة والتي يتم إرسالها عبر اللاسلكي باستخدام وحدة إرسال الترددات الراديوية، وفي نهاية جهاز الاستقبال يتم استقبال الإشارة بواسطة جهاز استقبال التردد اللاسلكي القياسي ويتم تغيير الإشارة التماثلية إلى شكل رقمي ويتم تغذيتها إلى وحدة التحكم الدقيقة، كما يتم فك تشفيرها بواسطة المتحكم الدقيق، وسيتم عرض الرسالة على شاشة “LCD”.

شاهد أيضاً

مؤشر جودة القناة المشتركة في الاتصالات CQI

يرمز (CQI) إلى مؤشر جودة القناة، كما يوحي الاسم فهو مؤشر يحمل معلومات حول مدى …