Разработка защищенного EDC-микрокоммуникатора CardPhone в формате банковской карты

Концепция и конструктивное исполнение

Необходимость разработки собственного устройства возникла из-за низкой надежности фабричных китайских телефонов-«кредиток». Главная задача — создать надежный, максимально защищенный прибор с размерами банковской карты и толщиной порядка 5,5 мм

Корпус формируется из двух печатных плат, спаянных между собой, внутри которых размещаются электронные компоненты, аккумулятор и экран

. С внешней стороны монтируется пленочная клавиатура, а торцы по периметру герметизируются компаундом. В конструкции применен плоский таблеточный вибромотор для экономии пространства и снижения энергопотребления. Такая компоновка исключает быстрый доступ к SIM-карте, но обеспечивает полноценную влагозащиту.

Выбор аппаратной платформы

Изначально проект проектировался на микроконтроллере ATMega644PA (позже рассматривалась ATmega128A) с GSM-модулем SIM800L/SIM800C. Однако ограничения 8-битной архитектуры привели к переходу на 32-битный микроконтроллер STM32 с тактовой частотой 168 МГц, оснащенный 1 МБ флеш-памяти, 192 КБ ОЗУ, контроллером прямого доступа к памяти (DMA), поддержкой инструкций DSP и вычислений с плавающей точкой .

В аппаратный состав платформы вошли:

• GSM/GPRS-модуль SIM800C со встроенным интерфейсом Bluetooth и электронным ключом полного отключения питания;
• Радиомодем LoRa на частоте 868 МГц выходной мощностью 0,1 Вт (позволяет организовать закрытую цифровую рацию, передачу телеметрии или поиск радиомаяков с дальностью до 300 км при использовании ретранслятора на БПЛА);
• Слот для карты памяти MicroSD, подключенный по высокоскоростному протоколу SDIO;
• Встроенный цифровой датчик BME280 для измерения атмосферного давления (300–1100 гПа), относительной влажности (0–100%) и температуры окружающей среды (от -40 до +85 °C), необходимый в автономных полевых выходах .

Система питания и энергосбережение

Для соблюдения жестких габаритов (толщина до 6 мм) используется встроенный плоский литиевый аккумулятор типового размера с возможностью замены при разборке. В схеме питания задействован линейный стабилизатор с защитой от перенапряжения и переполюсовки TLV70233.

Прибор способен работать от внешнего источника через разъем MicroUSB с напряжением 5 В (например, от внешнего аккумулятора или солнечной панели), в том числе при полностью разряженной или деградировавшей внутренней батарее. Энергопотребление оптимизировано: микроконтроллер STM32 позволяет динамически изменять рабочую частоту, а все энергоемкие узлы, включая модуль SIM800, аппаратно отключаются электронными ключами. В режиме глубокого сна энергопотребление составляет единицы микроампер, что сопоставимо с естественным саморазрядом элементов питания.

Программная архитектура и безопасность связи

В коммуникаторе принципиально отсутствует универсальная операционная система — используется специализированный планировщик задач. Базовый код и схема устройства полностью открыты, перепрошивка осуществляется через MicroUSB или Bluetooth.

Коммуникационные возможности включают:

• Традиционные вызовы GSM и обмен сообщениями SMS;
• Защищенный голосовой VoIP-канал (UDP + аудиокодек Speex);
• Передачу зашифрованных текстовых сообщений и электронной почты через FTP/SFTP и радиоканал LoRa;
• Работу с MicroSD-картой в режимах USB-накопителя (USB Flash) и виртуального COM-порта.

Отсутствие закрытых системных закладок позволяет реализовать нестандартную логику управления. Доступна гибкая настройка действий на комбинации клавиш (например, разблокировка через решение математического примера со случайным числом, отправка скрытого сигнала тревоги) и выполнение входящих команд от доверенных номеров (принудительное включение звука или автоматический подъем трубки при заданном сообщении). Для защиты личной информации поддерживается создание дублирующей файловой структуры: одного профиля данных для повседневного использования и ложного профиля на случай ввода пароля под принуждением.

Разводка и производство плат

Разработка и отладка управляющего микропрограммного обеспечения производились в среде Visual Studio с использованием плагина VisualGDB и генератора STM32CubeMX . После оптимизации высокоплотной трассировки печатные платы были успешно изготовлены в заводских условиях и переданы на финальный этап ручного поверхностного монтажа электронных компонентов .