智能鎖

　　智能鎖是指區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械鎖，在用戶識別、安全性、管理性方面更加智能化的鎖具，門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。

　　智能鎖區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械鎖, 是具有安全性, 便利性, 先進(jìn)技術(shù)的復(fù)合型鎖具。

　　使用非機(jī)械鑰匙作為用戶識別ID的成熟技術(shù)，如:

　　指紋鎖、虹膜識別門禁(生物識別類，安全性高，不存在丟失損壞;但不方便配置，成本高)

　　磁卡、射頻卡(非接觸類，安全性較高，塑料材質(zhì)，配置攜帶較方便，價(jià)格低廉)

　　TM卡(接觸類，安全性很高，不銹鋼材質(zhì)，配置攜帶極為方便，價(jià)格較低)

　　在以下場所應(yīng)用較多:銀行，政府部門(注重安全性)，以及酒店，學(xué)校宿舍，居民小區(qū)(注重方便管理)

　　便利性(convenience): a.智能鎖區(qū)別于一般的機(jī)械鎖，具有自動(dòng)電子感應(yīng)鎖定系統(tǒng)，他會(huì)自動(dòng)感應(yīng)到門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)上鎖。智能鎖可以通過指紋，觸摸屏，卡開啟門鎖。 b.一般指紋鎖在使用密碼/指紋登記等功能時(shí)不方便，尤其是老人和小孩使用時(shí)，個(gè)別智能鎖，可以開啟它獨(dú)特的語音提示功能，讓使用者操作更簡便易懂。

　　安全性（Safety）: a. 一般的指紋密碼鎖具有密碼泄露的危險(xiǎn)。最近的智能鎖還具有虛位密碼功能技術(shù)，即在已登記的密碼前面或后面，可以輸入任意數(shù)字作為虛位密碼，有效防止登記密碼泄露，同時(shí)又可開啟門鎖。b. 在普通小區(qū)安保環(huán)境下，一般門鎖把手開啟方式不能確保足夠安全性能，可以很容易的從門外打鉆小孔再用鋼絲轉(zhuǎn)動(dòng)把手將門打開。很多智能鎖具有專利技術(shù)保障，在室內(nèi)的把手設(shè)置中增加了安全把手按鈕，需要按住安全把手按鈕轉(zhuǎn)動(dòng)把手門才能開啟，帶來更安全的使用環(huán)境。(同時(shí)按照使用者需求，通過簡單操作，本功能可以選擇性設(shè)置。)c. 最近的智能鎖手掌觸摸屏幕會(huì)自動(dòng)顯示，3分鐘會(huì)自動(dòng)鎖死。密碼是否已經(jīng)設(shè)置，門鎖是否已經(jīng)開啟或者關(guān)閉，密碼或門卡登記數(shù)量，還有電池更換提示，鎖舌阻塞警告，遇到低電壓等情況，屏幕上均有顯示，智能智控。

　　保安性（security）: 最近的智能鎖不同于以往的“先開啟再掃描”的方式，掃描方式非常簡單，將手指放在掃描處的上方由上至下的掃描就可以，無需將手指按在掃描處，掃描的方式更減少指紋殘留，大大降低指紋被復(fù)制的可能性，安全獨(dú)享。

　　創(chuàng)造性（Creative）：傳統(tǒng)的機(jī)械鎖人們對它的外觀沒有特別的關(guān)心。智能鎖不僅從外觀的設(shè)計(jì)適合于人們的口味，甚至創(chuàng)造出了像蘋果一樣的智能感覺的智能鎖具。智能化的鎖具已經(jīng)悄悄地上市了。

　　互動(dòng)性(Interactive）：智能門鎖內(nèi)置嵌入式處理器和智慧監(jiān)控如拿進(jìn)啊，具備與房客之間的任何時(shí)間的互通互動(dòng)能力，可以主動(dòng)匯報(bào)當(dāng)天電視的訪客情況。另一個(gè)方面訪客甚至可以遠(yuǎn)程控制智能門鎖為來訪的客人開門。

　　在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。本文介紹以51系列單片機(jī)為核心的智能密碼鎖，詳細(xì)闡述了其工作原理、基本功能框圖、關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)及軟件工作流程。

　　基本原理

　　智能密碼鎖的系統(tǒng)由智能監(jiān)控器和電子鎖具組成。二者異地放置，智能監(jiān)控器供給電子鎖具所需的電源并接收其發(fā)送的報(bào)警信息和狀態(tài)信息。這里采用了線路復(fù)用技術(shù)，使電能供給和信息傳輸共用一根 二芯電纜，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性。

　　1.1 智能監(jiān)控器的基本原理

　　智能監(jiān)控器它由單片機(jī)、時(shí)鐘、鍵盤、LCD顯示器、存貯器、解調(diào)器、線路復(fù)用及監(jiān)測、A/D轉(zhuǎn)換、蜂鳴器等單元組成。主要完成與電子鎖具之間的通信、智能化分析及通信線路的安全監(jiān)測等功能。

　　智能監(jiān)控器始終處于接收狀態(tài)，以固定的格式接收電子鎖具發(fā)來的報(bào)警信息和狀態(tài)信息。對于報(bào)警信息，則馬上通過LCD顯示器及蜂鳴器發(fā)出聲、光報(bào)警;對于狀態(tài)信息，則存入內(nèi)存，并與電子鎖具在此時(shí)刻以前的歷史狀態(tài)進(jìn)行比較，得出變化趨勢，預(yù)測未來的狀態(tài)變化，通過LCD顯示器向值班人員提供相應(yīng)信息，以供決策使用。智能監(jiān)控器與電子鎖具建立通信聯(lián)系的同時(shí)，通過A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)地監(jiān)視流過通信線路的供電電流的變化，有效地防止人為因素造成的破壞，保證了通信線路的暢通。

　　1.2電子鎖具基本原理

　　電子鎖具它也是以51系列單片機(jī)為核心，配以相應(yīng)硬件電路，完成密碼的設(shè)置、存貯、識別和顯示、驅(qū)動(dòng)電磁執(zhí)行器并檢測其驅(qū)動(dòng)電流值、接收傳感器送來的報(bào)警信號、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。

　　單片機(jī)接收鍵入的代碼，并與存貯在EEPROM中的密碼進(jìn)行比較，如果密碼正確，則驅(qū)動(dòng)電磁執(zhí)行器開鎖;如果密碼不正確，則允許操作人員重新輸入密碼，最多可輸入三次;如果三次都不正確，則單片機(jī)通過通信線路向智能監(jiān)控器報(bào)警。單片機(jī)將每次開鎖操作和此時(shí)電磁執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電流值作為狀態(tài)信息發(fā)送給智能監(jiān)控器，同時(shí)將接收來自傳感器接口的報(bào)警信息也發(fā)送給智能監(jiān)控器，作為智能化分析的依據(jù)。

　　為了提高智能密碼鎖的安全性、可靠性，本文除在器件選擇上采取措施(如采用低功耗、寬溫度范圍的器件)外，在設(shè)計(jì)中還采用了一些關(guān)鍵技術(shù)。

　　2.1 線路復(fù)用技術(shù)

　　智能監(jiān)控器和電子鎖具異地放置。如果采用通信線路和供電線路分開的方式，勢必要增加電纜芯數(shù)，安全隱患增加。本文采用了線路復(fù)用技術(shù)，僅用一根二芯電纜，實(shí)現(xiàn)了供電和信息的傳輸。原理圖如圖3所示。

　　在發(fā)送端，電子鎖具通過脈沖變壓器T將調(diào)制好的數(shù)據(jù)信號升壓后發(fā)送出去;在接收端，脈沖變壓器T將接收到的數(shù)據(jù)信號降壓后送解調(diào)器，以減少載波信號在傳輸過程中的損耗。為了減少通信和供電之間的相互干擾，對扼流圈L、耦合電容C的選擇要綜合考慮。

　　設(shè)載波頻率fo=400kHz，為了保證絕大部分信號能量傳輸?shù)浇邮斩?，取L=33.7μH?C1=0.047μF。

　　2.2 電流監(jiān)視技術(shù)

　　為了防止通信線路的人為破壞和電磁執(zhí)行器因某種原因造成流過電磁線圈的電流過大而燒毀線圈，本文在智能密碼鎖設(shè)計(jì)中采用電流監(jiān)視技術(shù)。

　　2.3數(shù)據(jù)通訊與預(yù)處理技術(shù)

　　智能監(jiān)控器接收鎖具發(fā)來的狀態(tài)信息(其中包括鎖具的開啟、關(guān)閉、第一次密碼錯(cuò)、第二次密碼錯(cuò)、第三次密碼錯(cuò)等)、流過電磁執(zhí)行器線圈的電流值，并讀取該時(shí)刻通訊線路的供電電流值，三者結(jié)合起來構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)塊，其中操作狀態(tài)占1個(gè)字節(jié)，供電電流占2個(gè)字節(jié)，線圈電流占2個(gè)字節(jié)。智能監(jiān)控器在與電子鎖具通信過程中，始終處于接收狀態(tài)。為了提高通信可靠性，本文在通信協(xié)議中采用重復(fù)發(fā)送的方式，電子鎖具對每一組數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送5次，智能監(jiān)控器接收到這組數(shù)據(jù)后，采用大數(shù)譯碼定律糾錯(cuò)，保證了數(shù)據(jù)接收的準(zhǔn)確性。另外為了節(jié)約內(nèi)存需對接收到的數(shù)據(jù)采用預(yù)處理技術(shù)，即每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)后，首先將該數(shù)據(jù)與設(shè)定的門限值比較，如果大于門限值，則發(fā)出超限報(bào)警;如果小于門限值，則將該數(shù)據(jù)與當(dāng)日接收到的同類數(shù)據(jù)比較，保留較大者。這樣每天存儲的數(shù)據(jù)為同類數(shù)據(jù)中的最大值。

　　2.4 智能化分析

　　智能化分析與預(yù)測技術(shù)就是以每次接收到的數(shù)據(jù)塊為依據(jù)，與此前同類數(shù)據(jù)的記錄值作比較，分析該操作引起電流變化的大小及趨勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問題，并報(bào)告管理人員，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

　　智能密碼鎖軟件采用51系列單片機(jī)匯編語言對智能監(jiān)控器和電子鎖具分別編程。智能監(jiān)控器軟件包括鍵盤掃描和LCD顯示程序、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序、時(shí)鐘修改和讀取程序、數(shù)據(jù)通信與預(yù)處理程序、智能化分析程序及線路監(jiān)測程序等模塊。電子鎖具軟件包括鍵盤掃描與譯碼程序、LCD顯示程序、通信程序、電磁執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)及檢測程序、傳感器接口程序等模塊。軟件設(shè)計(jì)過程中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于程序的閱讀、調(diào)試和改進(jìn)。

　　智能密碼鎖充分利用了51系統(tǒng)單片機(jī)軟、硬件資源，引入了智能化分析功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。通過在某型號保險(xiǎn)柜安裝使用，受到用戶的歡迎。另外，智能密碼鎖在軟、硬件方面稍加改動(dòng)，便可構(gòu)成智能化的分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)某一范圍內(nèi)的集中式監(jiān)控管理，在金融、保險(xiǎn)、軍事重地及其它安全防范領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　在智能大潮的推動(dòng)下，國內(nèi)外已經(jīng)在思索門鎖的新出路。基于網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙的智能門鎖、基于指紋識別的指紋門鎖乃至是人臉識別、虹膜識別的門鎖成為了選擇。這三種解決方案中，基于網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙的智能門鎖相對保守，而指紋、人臉、虹膜的方案則相對激進(jìn)。這三大解決方案的談不上哪家更強(qiáng)，實(shí)際上各個(gè)廠商在技術(shù)和現(xiàn)實(shí)的層面上有各有思慮，都具備較強(qiáng)的合理性。

　　1、基于WIFI、GSM、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)

　　目前基于WIFI、GSM網(wǎng)絡(luò)或者藍(lán)牙的智能門鎖是國內(nèi)外的主流選擇。這也是目前智能門鎖最基礎(chǔ)的解決方案。

　　為了防止出現(xiàn)手機(jī)被盜刷或者被黑客攻破的情況，這些門鎖選擇依舊需要傳統(tǒng)鑰匙開鎖，但鑰匙具備智能芯片，每次開門都會(huì)通過微信、短信的方式提醒用戶。與Yale Lock類似，某國產(chǎn)解決方案也采用了GSM數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的方式，因?yàn)镚SM數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可以走加密路線，相比WIFI等方案更為安全。為了保證安全，該方案還擁有獨(dú)立的后臺與云端，能夠與手機(jī)連接，幫助用戶通過手機(jī)及時(shí)接受和隨時(shí)查詢家人進(jìn)出門信息，并具備遠(yuǎn)程報(bào)警。

　　2、基于指紋識別生物特征

　　指紋門鎖的思路是利用人體生物特征指紋進(jìn)行身份安全識別認(rèn)證開門，憑借高科技的數(shù)字圖像處理、生物識別及DSP算法等技術(shù)，成為符合現(xiàn)代安防要求的新一代門禁系統(tǒng)。目前，指紋鎖已經(jīng)廣泛運(yùn)用于政府機(jī)構(gòu)、軍事基地、銀行、高級公寓等需要絕對安全和隱私的場所。舊時(shí)王謝堂前燕，飛入尋常百姓家。過去運(yùn)用在相關(guān)機(jī)密場所的指紋門鎖如今隨著部分廠商的技術(shù)攻關(guān)也逐漸運(yùn)用在了普通人群的生活之中。

　　3、人臉識別和虹膜識別

　　隨著阿里巴巴、騰訊等在金融產(chǎn)品中使用人臉識別，這一技術(shù)將上升到一個(gè)新高度。數(shù)據(jù)顯示，2012年我國人臉識別行業(yè)市場規(guī)模約16.7億元，預(yù)計(jì)到2015年，我國人臉識別行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到75億元，未來潛在的市場規(guī)模將超過千億。具有人臉識別概念的公司有佳都科技、漢王科技等。

　　而與人臉識別技術(shù)相比，虹膜識別與靜脈認(rèn)證等技術(shù)理論上更加科學(xué)可靠，具有具有誤識率低，生物特征不易損傷，難偽造、復(fù)制的優(yōu)勢。尤其是虹膜識別，一直被譽(yù)為最精準(zhǔn)、最安全的生物識別方式。

　　為此智能門鎖在未來使用人臉識別、虹膜識別與靜脈認(rèn)證等技術(shù)也是之日可期。而且這類技術(shù)甚至比指紋還要方便快捷，無法復(fù)制。