CN101075357A - 一种智能防盗锁匙系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能防盗锁匙系统，由钥匙、锁体与智能控制器组成。钥匙由普通钥匙和密钥电控模块组成，密钥电控模块通过信号引出端形成信号传输线和供电线；智能控制器包括振动检测电路、掉电信息不丢失存储器及读写控制电路、可更换钥匙人工操作按键电路、输出控制信号驱动电路和通过串行通信接口与各电路连接的微控制器系统；钥匙的信号引出端通过锁帽与智能控制器的串行通信接口连接，钥匙头通过锁体与智能控制器的串行通信接口连接；智能控制器和钥匙的密钥电控模块内写入由计算机系统动态产生的一次性伪随机序列数据作为密钥数据，使钥匙与控制器具有唯一性，钥匙可由用户自由增加与自动作废处理，具有更高的防盗性能。
Description
技术领域
本发明涉及带有掉电存储信息不丢失的钥匙和与之配套的智能控制器。通过选择不同的执行机构，可用于多种形式的防盗，不仅可用于银行营业厅各种门的防盗控制并能向银行原有的监控系统提供门的监控信号，家庭防盗门的防盗控制；也可用于电动摩托车防盗报警与电机电源供电控制；还可用于燃油摩托车和汽车防盗报警与启动控制。
背景技术
当前使用的防盗门锁匙流行AB钥匙，一种在施工方，另一种在主人方，施工人员施工完成交付使用方时，使用方用自己拥有的钥匙使用后，保留在施工方处的钥匙自动失效，从某种意义上达到了一定的防盗作用，但使用方钥匙一旦被他人配置，仍然无法防盗。
对于摩托车或汽车的防盗，只要有万能锁的存在，就存在被盗的危险，只要有高级专家和制造厂家的存在，也仍然存在着被盗的风险。
因此，无论何种用途的防盗锁匙，当你的钥匙丢失或被人窃取，安全均受到威胁。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的问题，通过计算机系统所形成的动态伪随机数据写唯一钥匙和智能控制器内的掉电不丢失数据的存储器中，完成唯一钥匙与智能控制器的密钥数据信息形成，使钥匙与控制器具有唯一性，提高防盗性能。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种智能防盗锁匙系统，它由钥匙、锁体与智能控制器组成，其中：
所述钥匙由普通钥匙、密钥电控模块组成，密钥电控模块安装在钥匙的塑封手柄内，通过信号引出端形成信号的传输线，同时作为钥匙密钥电控模块的供电线。所述密钥电控模块包括有控制器、E2PROM存储器和为它们通过传输线产生供电的电源电路，控制器采用单片机技术，信号传输线连接控制器的串行通信接口，控制器与E2PROM存储器采用标准的总线结构。
所述智能控制器包括有振动检测电路、掉电信息不丢失存储器及读写控制电路、可更换钥匙人工操作按键电路、微控制器系统和输出控制信号驱动电路，微控制器系统与个电路之间通过串行通信接口实现连接。
所述振动检测电路对被控物体受振情况进行振动检测，由振动传感器将振动大小的信号转换成电压大小变化的信号，以形成振动力与脉冲宽度成正比关系的输出脉冲电信号，输出给微控制器的相应接口。
所述掉电信息不丢失存储器为E2PROM存储器，用于存放密钥和智能控制器相关钥匙的编号以及相关钥匙已使用次数的记录，由微控制器系统通过相应得接口对其进行数据的存取。
所述可更换钥匙人工操作按键电路用于将键盘状态变为电平信号给微控制器系统，由微控制器根据这一电平信号转入钥匙的增加与作废处理程序，进行钥匙的更新与作废；
输出控制信号驱动电路用于在出现警情时产生供报警喇叭鸣叫和外接执行部件工作的驱动信号。
微控制器系统通过对输入的振动检测信号、串行通信数据信号和锁芯状态信号的判断，执行相应的功能程序，在主程序中通过判断振动信号转入报警处理程序。
所述锁体由机械锁芯、锁帽组成，锁帽金属片与锁体的其他金属物隔离安装，钥匙插入锁芯始终保持信号引出端与锁帽的接触。所述钥匙的信号引出端通过锁帽和一信号传输线与智能控制器的串行接口的一个引脚(如P6.4引脚)连接，钥匙头通过锁体和另一信号传输线与智能控制器的串行接口的另一引脚(如P6.3引脚)连接。
所述智能控制器和钥匙的密钥电控模块内写入有由计算机系统动态产生的一次性伪随机序列数据作为密钥数据，通过依次插入智能控制器所需配置的二至六把钥匙，由智能控制器将密钥数据+插入钥匙的顺序自动形成编号写入插入的钥匙密钥电控模块的掉电数据不丢失的存储器中，使钥匙与控制器中的信息保持唯一性。
所述智能控制器与插入锁芯钥匙的通信格式如下：
智能控制器以9600bps按串行异步通信格式(由起始位、数据位、校验位、停止位组成)发出索要插入锁芯钥匙的编号命令，插入锁芯的钥匙接收到此命令后；
如果数据正确该钥匙密钥电控模块中的控制器立即发出该钥匙的编号和已使用次数乘4形成读取本钥匙内密钥电控模块中E2PROM的数据的首地址，连续读出E2PROM中4个字节密钥数据并发出，同时自动将使用次数加1送E2PROM保存，完成插入锁芯的钥匙与智能控制器的一次信息传输；
如果数据不正确，智能控制器不再发送或接收任何信息，并立即发出报警信号。
本发明的技术效果
1、钥匙与控制器中的信息唯一性和传输信息不重复性
由于密钥数据来自计算机系统动态产生的一次性伪随机数据序列，在写入本发明所述的智能控制器E2PROM数据存储器中之后，立即依次插入本智能控制器所需配置的二至六把钥匙，由智能控制器将密钥数据+插入钥匙的顺序自动形成编号写入插入的钥匙密钥电控模块的掉电数据不丢失的存储器中，并永久性得以保存，使钥匙与控制器中的信息永远是唯一的。
在使用过程中本发明所述的智能控制器读取插入钥匙的编号、基于当前该钥匙的使用次数形成读取该钥匙密钥电控模块密钥数据地址，读出连续的4个字节数据。所以，在智能控制器与钥匙信息传输中具有不重复性，无论是生产者或是专家都难以解密，提高了防盗性能和安全性。
2、振动检测等级可由用户自己选择和设定
3、钥匙可由用户自由增加与自动作废处理，是增加的钥匙被认可，同时丢失的钥匙自动作废，用户不必再为钥匙的丢失而担心。
4、本钥匙不须配置任何电源设备
装有密钥电控模块的钥匙，其密钥电控模块采用掉电信息不丢失存储器技术，所以具有永久记忆的特点，密钥电控模块采用电源与信息传输线的统一，通过信号传输协议完成对密钥电控模块的工作电源的供电，所以，钥匙内不须配置任何电源设备。
本系统的输出控制信号连接不同执行器可产生不同的控制效果，可应用于多种领域：
(1)用于防盗门中，所述设备再配置电控插销、报警喇叭(可选)即可。
安装方式：
①将本发明所述智能控制器和电动插销安装在门框内，再安装一块大于等于3V、小于等于12V的电池(防停电)，要求电动插销头被智能控制器输出控制信号产生驱动时伸出能插入门体内，对本发明所述智能控制器由220V.AC的电源供电，在未停电的情况下，该电源对所配置的电池自动进行充电。
②将锁体安装在门上，只是在安装锁体时注意锁帽的绝缘作用与效果：
①如果是插入正确的钥匙，你就能正常的开启此防盗门。
②当有不正确的钥匙插入或企图拗门，智能控制器会立即推动电动插销插头插入门体内，同时发出报警声。
(2)用于车辆防盗中，本发明所述设备再配置报警喇叭即可。
安装方式：
①将本发明所述智能控制器和报警喇叭安装在车辆易于安装的位置，连接12V电源以供电。
②在安装锁体时注意锁帽的绝缘。
作用与效果：
①如果是插入正确的钥匙，智能控制器将自动解除警戒，你就能正常的使用。
②当有不正确的钥匙插入、企图剪断和短接锁线，智能控制器会立即控制熄火线，使车辆无法启动，同时发出报警声。
③拔除钥匙后3秒(时间可调)后自动进入警戒状态。
附图说明
图1和图2分别是锁和钥匙的外型结构示意图；
图3是锁与智能控制器的信号连接关系示意图；
图4是钥匙中密钥电控模块的结构框图；
图5是智能控制器的结构框图；
图6是智能控制器的电路原理图；
图7是本系统的主程序流程图；
图8是钥匙的增加与作废处理程序流程图；
图9是振动等级设定处理程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本锁匙系统做详细说明：
1、钥匙和锁体
参见图2，本发明所述的钥匙可用通常的机械锁芯的钥匙，在其手柄处增加密钥电控模块3及信号引出端4后再塑封完成。而与其对应的锁体部分也采用通常的机械锁体结构，见图1和图3，主要由机械锁芯1和锁帽2组成，仅要求在安装时锁帽2的金属片要与锁体的其他金属物隔离即可，如在锁帽2与机械锁芯1之间采用了绝缘层5进行隔离，钥匙插入锁芯后能自由旋转并在自由旋转的过程中始终保持引出端4与锁帽2的接触。
2、钥匙插入锁后的信号传输线路：
钥匙、锁与智能控制器的信号连接关系见图3，插入锁芯钥匙的信号引出端4通过锁帽2和信号传输线A与智能控制器的串行接口的P6.4引脚(见图6)连接，钥匙头通过锁芯1和信号传输线B与智能控制器的串行接口的P6.3引脚连接。
3、唯一信息写入：
钥匙和智能控制器内的密钥数据是由计算机系统通过串口将计算机系统产生的一次性伪随机序列信息写入到智能控制器和钥匙的密钥电控模块中的，并利用智能芯片自身的不可读性防止他人读出。同时，由于每台智能控制器是唯一的一组伪随机数据，在相同的解密算法得到的结果也同样具有伪随机性。
4、钥匙中密钥电控模块：
电路结构框图如图4所示，其由控制器、E2PROM存储器和电源电路组成，采用标准的总线结构连接。电源电路由二极管D3和电容C6组成。智能控制器是通过信号传输线对插入锁芯的钥匙进行供电，在进行信息传输的起始前，智能控制器将发出100 mS的高电平，对钥匙内密钥电控模块电源电路中的电容C6进行充电，由于在电源电路中采用了二极管D3，根据二极管的单向导电性，完成对电路供电的快冲慢放功能，使密钥电控模块中的控制器能正常工作达1秒钟。随后智能控制器按9600bps的串行传输速率发出一个二进制位的低电平起始信号，该钥匙密钥电控模块中的控制器接收到智能控制器发出的这一信号后，钥匙密钥电控模块中的控制器立即发出该钥匙的编号和已使用次数乘4形成读取E2PROM数据的首地址，连续读出E2PROM中4个字节密钥数据并发出，同时自动将使用次数加1送E2PROM保存，完成每次输出数据的不重复性。
5、智能控制器：
参见图5，智能控制器是由振动检测电路、掉电信息不丢失存储器及读写控制电路、可更换钥匙人工操作按键电路、微控制器系统和输出控制信号驱动电路五部分组成，微控制器系统的微控制器EM78P153S与各电路之间通过I/O接口实现连接。其一种具体实现的电路原理图参见图6，其中：
(1)振动检测电路由振动传感器、积分电路、放大电路和微控制器EM78P153S组成。
其工作方式是：振动传感器对被控物体进行振动检测并发出振动引起的电压变化信号输出，当有振动发生时振动传感器产生感应电动势，经积分电路对感应电动势信号进行快速提升，又经放大器放大，产生高电平信号，振动信号越强高电平维持时间越长，完成振动力与脉冲宽度成正比关系的输出脉冲信号给微控制器EM78P153S。
振动信号根据高电平维持时间的长短分别定义为1～5级，由图9程序流程图可知，当钥匙插入锁芯连续启闭4次，会使图6中的锁芯状态产生4次开闭状态，使微控制器EM78P153S的P6.1上获得连续4次高低电平，程序通过判断P6.1的状态进入相应的振动等级设定处理程序，完成对振动检测等级设定的功能。
振动检测等级的设定方法如下：
用户插入钥匙连续启闭听到喇叭鸣笛后停止钥匙转动，进入振动等级设定，之后听到一声短鸣，表示为一级等级，听到两声短鸣，表示为二级等级，依次类推，级与级间停止1秒，周而复始。等级设定数越大，振动检测灵敏度越高，例如：你想设定等级为3，只要听到3声短鸣后，将钥匙启闭一次即完成。
(2)掉电信息不丢失存储器为E2PROM存储器，用于存放密钥和本智能控制器相关钥匙的编号以及相关钥匙已使用次数的记录，直接由微控制器EM78P153S对其进行数据的存取。
(3)可更换钥匙人工操作按键电路用于将键盘状态变为电平信号连接至微控制器EM78P153S的2号引脚，由微控制器EM78P153S根据这一电平信号转入钥匙的增加与作废处理程序，进行钥匙的更新与作废。
可更换钥匙人工操作按键电路由电阻R4、开关SW1和微控制器EM78P153S构成，将开关SW1的一端接地，另一端直接连到微控制器EM78P153S的P67，通过电阻R4连接到+5V电源实现上拉电阻的功能。
其工作方式是：微控制器在系统程序的执行过程中(参见图7)，一旦检测到尚存的钥匙插入锁芯后，通过软件判断开关SW1的状态，当开关SW1被按下时会使P67变为低电平，程序一旦判断到P67为低电平时转入钥匙的增加与作废处理程序，该程序将产生一系列的提示音供用户正确操作。因此当用户发现钥匙丢了，只要还有一把钥匙尚在，就只须购买新的钥匙，首先必须是将尚在的钥匙插入锁内，然后按住智能控制器盒表面的按钮，喇叭才会发出2声短鸣和1声短鸣，否则将立刻引起报警及相关控制，只有当听到喇叭发出2声短鸣和1声短鸣后拔出钥匙，插入新钥匙，智能控制器才会自动向新购置的钥匙写入密钥和形成编号，喇叭发出短鸣表示认可，同时丢失的钥匙将自动作废。如果后来又找到了过去的钥匙，此钥匙便成为了不被本智能控制器所认可的新钥匙，以后可以按新钥匙处理的方法重新使用，用户不必再为钥匙的丢失而担心。
钥匙的增加与作废处理程序的流程参见图8。微控制器系统在系统程序的执行过程中，通过判断可更换钥匙人工操作按键电路中开关SW1的状态，当开关SW1被按下时，使P67变为低电平，程序转入钥匙的增加与作废处理程序，微控制器EP78P153S的8号脚，发出连续3次40mS高电平和80mS低电平信号，完成3声短鸣的提示，如此时不是尚存钥匙，微控制器EP78P153S的8号脚，发出高电平即报警声，直到插入尚存钥匙则使微控制器EP78P153S的8号脚发出连续1次40mS高电平和80mS低电平信号，完成1声短鸣的提示使用者拔出钥匙，插入其他尚存钥匙或新钥匙，目前本产品允许保留3把钥匙，将三把钥匙的编号存入E2PEOM中，表明钥匙的增加与作废处理完成，丢失的钥匙自动取消。
(4)微控制器系统由内部含有监控电路、串行通信接口的微控制器EM78P153S和完成此系统功能的软件(包括主程序、增加与作废钥匙处理程序、振动等级设定处理程序)所组成。通过对输入信号(振动检测信号、串行通信数据信号和锁芯状态信号)的判断，执行相应的功能程序，达到本发明的技术效果。
参见图7，软件的主程序流程如下：
开启电源后，程序进入初始化，在初始化完成端口的I/O设置和启用看门狗工作，微控制器通过判断P67的状态，当P67为低电平时，程序转入增加和废除钥匙处理程序，参见图8；
当P67为高电平时，则将已存入E2PROM的钥匙编号和已使用次数读入微控制器的RAM中，执行延时1秒的循环程序后，主程序进入循环判钥匙、判振动、判启动的检测程序，按照图7流程根据判断执行相应程序段部分。
如：在没有检测到有任何钥匙插入时，一旦发现有振动信号的脉冲高电平宽度大于或等于了所设定的宽度时，会自动转入报警处理程序，即通过微控制器的I/O接口发出高电平信号使报警喇叭发出报警声和继电器K1、K2动作，以向别的设备提供报警状态信号；如检测到的钥匙是非法钥匙插入时，会自动转入报警处理程序，即通过微控制器的I/O接口发出高电平信号使报警喇叭发出报警声和继电器K1、K2动作，以向别的设备提供报警状态信号；如检测到的是正确的钥匙插入时，微控制器系统会执行程序自动取消警戒，同时通过判断锁芯状态信号如果有连续4次高、低电平信号出现，则转入相应的振动等级设定处理程序；如没有出现连续4次高、低电平信号，微控制器系统则仍然处于取消警戒状态。
(5)参见图6，输出控制信号驱动电路由可控报警音频产生电路(由电容C4、语音芯片、电阻R6、R5、Q3、二极管D1、线圈T1和报警喇叭组成)和继电器及控制电路(Q1、Q2、二极管D2、D3、继电器K1、K2组成)组成，在出现警情时产生供报警喇叭鸣叫和外接执行部件工作的驱动信号，一旦出现警情，微控制器EP78P153S将使引脚8、13、14输出高电平，使报警喇叭发出报警声、使继电器K1、K2动作，继电器K1动作用于控制机动车的熄火线短路而熄火，继电器K2的动作产生短路信号可连接到小区防盗报警系统的任一报警输入端向小区防盗系统报警。
Claims (4)
1、一种智能防盗锁匙系统，由钥匙、锁体与智能控制器组成，特征在于：
所述钥匙由普通钥匙和安装在钥匙塑封手柄内的密钥电控模块组成，密钥电控模块通过信号引出端形成信号的传输线，同时作为钥匙密钥电控模块的供电线；所述密钥电控模块包括控制器、E2PROM存储器和为它们通过传输线产生供电的电源电路，控制器采用单片机，信号传输线连接控制器的串行通信接口，控制器与E2PROM存储器采用标准的总线结构；
所述智能控制器包括有振动检测电路、掉电信息不丢失存储器及读写控制电路、可更换钥匙人工操作按键电路、微控制器系统和输出控制信号驱动电路，微控制器系统与各电路之间通过串行通信接口实现连接；
所述振动检测电路用于对被控物体受振情况进行振动检测，将检测到的振动力大小转换成电压大小变化的信号，以形成振动力与脉冲宽度成正比关系的输出脉冲电信号，输出给微控制器系统；
所述掉电信息不丢失存储器及读写控制电路采用E2PROM存储器，用于存放密钥和智能控制器相关钥匙的编号以及相关钥匙已使用次数的记录，由微控制器系统对其进行数据的存取；
所述可更换钥匙人工操作按键电路用于将键盘状态变为电平信号给微控制器系统，由微控制器根据这一电平信号转入钥匙的增加与作废处理程序，进行钥匙的更新与作废；
输出控制信号驱动电路用于在出现警情时产生供报警喇叭鸣叫和外接执行部件工作的驱动信号；
微控制器系统通过对输入的振动检测信号、串行通信数据信号和锁芯状态信号的判断，执行相应的功能程序；
所述锁体由机械锁芯、锁帽组成，锁帽的金属片与锁体的其他金属物隔离安装，钥匙插入锁芯始终保持信号引出端与锁帽的接触；所述钥匙的信号引出端通过锁帽和由锁帽引出的信号传输线与智能控制器的串行通信接口连接，钥匙头通过锁体和另一信号传输线与智能控制器的串行通信接口连接；
所述智能控制器和钥匙的密钥电控模块内写入由计算机系统动态产生的一次性伪随机序列数据作为密钥数据。
2、根据权利要求1所述的智能防盗锁匙系统，其特征在于：所述智能控制器与钥匙的通信格式如下：
智能控制器以9600bps按串行异步通信格式发出索要插入锁芯钥匙的编号命令，串行异步通信格式由起始位、数据位、校验位、停止位组成，插入锁芯的钥匙接收到此命令后；
如果数据正确该钥匙密钥电控模块中的控制器立即发出该钥匙的编号和已使用次数乘4形成读取本钥匙内密钥电控模块中E2PROM的数据的首地址，连续读出E2PROM中4个字节密钥数据并发出，同时自动将使用次数加1送E2PROM保存，完成插入锁芯的钥匙与智能控制器的一次信息传输；
如果数据不正确，智能控制器不再发送或接收任何信息，并立即发出报警信号。
3、根据权利要求1或2所述的智能防盗锁匙系统，其特征在于：所述振动等级设定处理程序是在主程序中一旦判断到正确钥匙连续4次启闭的信号后，开始执行，过程如下：
先通过微控制器发出连续1次40mS高电平和80mS低电平信号，完成设定等级为1级的声光提示；
如在1秒内钥匙由闭状态转为开锁状态，即表明振动等级设定为1极；
如在一秒内未改变锁的状态，则发出连续2次40mS高电平和80mS低电平信号，完成设定等级为2级的声光提示自动进入2级设定，同样在1秒内判断钥匙的状态，只要未改变钥匙状态，该程序会在1～5级循环，直到认定某等级为止，并将认定的等级数据存入E2PROM中。
4、根据权利要求1或2所述的智能防盗锁匙系统，其特征在于：所述钥匙的增加与作废处理程序是微控制器系统在主程序的执行过程中，通过判断可更换钥匙人工操作按键电路中开关的状态，当开关被按下时，微控制器的相应引脚变为低电平，主程序转入钥匙的增加与作废处理程序：
首先由微控制器发出连续3次40mS高电平和80mS低电平信号，完成3声短鸣的提示；
如此时插入的不是尚存钥匙，微控制器将发出高电平即报警声，直到插入尚存钥匙，则使微控制器发出连续1次40mS高电平和80mS低电平信号，完成1声短鸣的提示使用者拔出钥匙，插入其他尚存钥匙或新钥匙，将新增钥匙的编号存入E2PEOM中，表明钥匙的增加与作废处理完成，丢失的钥匙自动取消。
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