Как работает домофон

Домофон устроен проще, чем кажется по количеству проводов в подъезде. Его смысл - управляемый замок, у которого есть ровно два способа сработать: снаружи по ключу, который панель узнала, и изнутри по команде из квартиры. Всё остальное - клавиатура, динамик, разговор, картинка с камеры - существует только ради второго способа: чтобы жилец мог решить, открывать незнакомцу или нет. Разберём цепочку с конца, от двери к квартире.

Что физически держит дверь

Замков в подъездах встречается два типа, и ведут они себя по-разному.

Электромагнитный замок - это большой электромагнит на дверной коробке и стальная ответная планка на полотне. Пока на катушку подано питание, обычно 12 вольт, магнит притягивает планку и удерживает дверь усилием в сотни килограммов. Открывание означает не движение механизма, а обесточивание: питание сняли, поле пропало, дверь свободна. Отсюда важное следствие - при отключении электричества в подъезде такая дверь открыта. Это не поломка, а осознанное свойство: люди не должны оказаться запертыми при аварии.

Электромеханический замок работает наоборот. В нём есть настоящий ригель или защёлка, которые держат дверь механически, а электричество нужно лишь на короткий момент открывания: соленоид втягивает якорь и освобождает механизм. Обесточенный такой замок остаётся закрытым, и открыть его снаружи можно только ключом. Узнать тип легко по поведению: если после нажатия кнопки нужно быстро дёрнуть дверь, пока щёлкает, - замок механический, если дверь остаётся свободной несколько секунд, - магнитный.

Доводчик: почему дверь то бьёт, то не закрывается

Рядом с замком висит доводчик, и от него зависит, работает ли вся конструкция вообще. Внутри у него мощная пружина, которую вы сжимаете, открывая дверь, и гидравлический тормоз - поршень, продавливающий масло через узкие каналы.

Пружина возвращает дверь, масло не даёт ей сделать это ударом. Регулировочные винты меняют сечение каналов, и потому у доводчика обычно две настройки: скорость основного хода и скорость дохлопывания на последних градусах. Если дверь не доходит до замка, дохлоп ослаблен или пружина потеряла усилие. Зимой картина типична: на морозе масло густеет, дверь закрывается заметно медленнее, и человек успевает уйти раньше, чем сработает замок. Магнит при этом исправен - просто ему нечего притягивать.

Вызывная панель

Панель у входа объединяет несколько устройств в одном корпусе: клавиатуру для набора номера квартиры, динамик и микрофон, считыватель ключей, а в видеодомофоне ещё и камеру с подсветкой. Внутри стоит контроллер, который и принимает все решения: он хранит список разрешённых ключей, знает схему подъезда и командует замком.

Питание панели и замка идёт от отдельного блока, обычно спрятанного на чердаке или в этажном щите. Там же нередко стоит аккумулятор, чтобы при отключении света домофон продолжал работать, а электромеханический замок можно было открыть кнопкой изнутри.

Как панель находит нужную квартиру

Проводов от панели вверх по подъезду идёт немного, а квартир десятки. Есть два способа развести вызов, и они принципиально разные.

Координатная схема строит из линий матрицу. Один пучок проводов отвечает за десятки, другой за единицы, и трубка каждой квартиры подключена к своей паре: одна линия из первого пучка, одна из второго. Набирая номер, панель подаёт сигнал сразу на две линии, и звонит только та трубка, которая сидит на пересечении. Десять линий на десять дают сто адресов при двадцати проводах вместо ста. Отсюда и знаменитая неисправность: если провода где-то замкнулись или окислились, звонок приходит не в ту квартиру или сразу в несколько, потому что нарушено именно пересечение.

Цифровая схема устроена иначе: вверх идёт всего одна общая линия, а у каждой трубки есть собственный адрес, записанный перемычками или переключателями. Панель отправляет в линию номер квартиры, все трубки его слышат, но отзывается только та, чей адрес совпал. Проводов минимум, зато при ошибке в настройке две квартиры с одинаковым адресом будут звонить вместе.

Что происходит в трубке

Трубка проще всего остального. В ней динамик, микрофон и кнопка открывания, а связь чаще всего двухпроводная: по одной и той же паре идут и вызов, и звук, и команда на замок, разделённые по уровню сигнала.

Нажатие кнопки не подаёт напряжение на замок напрямую - жилец физически далеко от двери, и тянуть силовые провода в каждую квартиру никто не будет. Кнопка меняет состояние линии, контроллер панели это распознаёт и сам управляет замком: снимает питание с электромагнита или подаёт импульс на соленоид, обычно на несколько секунд, после чего возвращает всё обратно.

Изнутри подъезда дверь открывает кнопка выхода у двери, замкнутая на тот же контроллер. Она никак не связана с квартирами и работает даже при неисправной панели, поэтому запертым в подъезде оказаться нельзя.

Ключ-таблетка: 64 бита по одному проводу

Металлическая таблетка на брелоке - это микросхема в стальном корпусе, у которой всего два контакта: центральный и корпус. Обмен идёт по одному проводу, и по нему же микросхема получает питание, подзаряжая крошечный внутренний конденсатор в паузах между импульсами. Отдельной батарейки в ключе нет, и «сесть» ему нечему.

Внутри записан неизменяемый номер длиной 64 бита, то есть восемь байтов: один байт кода семейства устройства, шесть байтов собственно серийного номера и один байт контрольной суммы. Считыватель подаёт последовательность импульсов, ключ отвечает своими, панель принимает номер, проверяет контрольную сумму и ищет его в собственном списке. Совпало - команда на замок.

Важно, что таблетка ничего не решает и ничего не проверяет. Она просто называет свой номер каждому, кто спросил. Ни шифрования, ни диалога тут нет, поэтому изготовление дубликата сводится к тому, чтобы записать этот номер в перезаписываемую заготовку.

Бесконтактный ключ: как он работает без контактов и без батарейки

Пластиковая карта или брелок, который достаточно поднести, устроены на другом принципе - индуктивной связи. В считывателе есть катушка, по ней идёт переменный ток и создаёт вокруг панели переменное магнитное поле. В брелоке тоже есть катушка, и попав в это поле, она получает наведённое напряжение. Этого хватает, чтобы запитать микросхему: карта питается от считывателя, как вторичная обмотка трансформатора от первичной.

Дальше начинается разница между поколениями. Простые ключи работают на частоте 125 килогерц и умеют одно: включаясь, они меняют собственное потребление в такт своему номеру. Считыватель видит это как колебания нагрузки на своей катушке и восстанавливает код. Номер передаётся открыто, поэтому такие ключи копируются так же легко, как таблетки.

Более защищённые карты работают на 13,56 мегагерца и содержат уже полноценную память с секторами и криптографией. Вместо простого называния номера идёт диалог: считыватель посылает случайное число, карта отвечает результатом его преобразования с секретным ключом, который наружу никогда не выходит. Подслушать обмен можно, а вычислить ключ по нему - нет, поэтому скопировать такую карту на кустарном оборудовании не получится.

Почему ключ перестал открывать

Разбираться удобнее по симптомам, зная механику.

Ключ не работает в одном подъезде, но работает в другом - его удалили из памяти панели. Так бывает при смене обслуживающей организации или при плановой чистке списка. Память панели не бесконечна, и старые записи удаляют, чтобы освободить места.

Ключ иногда срабатывает, иногда нет - проблема контакта. У таблетки окисляется поверхность или разболталось прижимное кольцо считывателя, у бесконтактной карты дело обычно в расстоянии: связь индуктивная, и поле быстро слабеет с удалением, а металл рядом с брелоком его экранирует. Карта в чехле вместе с монетами читается заметно хуже.

Ключ не работает нигде - повреждена микросхема или порвана катушка внутри пластика, а такой брелок легко ломается при сгибании. А вот распространённый страх насчёт магнита беспочвен: ни таблетка, ни бесконтактная карта не хранят данные магнитным способом, размагничивать в них нечего. Магнитной полосе на банковской карте это действительно вредит, ключу от подъезда - нет.

Видеодомофон и вызов на телефон

Видеоканал добавляет к схеме камеру и экран. В простой аналоговой версии камера гонит сигнал по отдельному коаксиальному кабелю прямо на монитор в квартире, и работает это только внутри дома.

Современный вариант сетевой: камера сама кодирует изображение в цифровой поток и отправляет его по локальной сети или интернету. Тогда монитор в квартире перестаёт быть обязательным - вызов приходит на телефон через сервер оператора домофона, и ответить можно откуда угодно. Расплата за удобство - зависимость от связи: пропал интернет, и вызов до телефона не дойдёт, хотя сам замок, трубка и ключи продолжат работать, потому что они по-прежнему висят на своих проводах внутри дома.