CN105975880B - 一种无键盘密码锁系统及其解锁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无键盘密码锁系统及其解锁方法，系统包括密码输入设备(无线钥匙)和密码识别设备(锁具)，密码识别设备包含微处理器、激光发射模块、显示模块、图像采集模块、无线通信模块。密码输入设备由单片机、按键和激光发射器以及无线通信模块组成。用户使用无线钥匙激活解锁程序后，锁具激光发射器在平面投影产生参照坐标，无线钥匙中激光发射器发出的亮点(称作游标)被图像采集模块捕捉完成密码输入，微处理器对图像数据进行处理分析，得到各游标位置代表的密码值，完成解锁过程。其中无线通信模块作为锁具主体与无线钥匙通讯的桥梁。本发明安全性高，结构简单，易移植，能与多种解锁方式结合使用使安防系统更加安全可靠。

Description

一种无键盘密码锁系统及其解锁方法
技术领域
本发明涉及安全领域，尤其是一种无键盘密码锁系统及其解锁方法。
背景技术
日常生活中键盘密码锁占有很大的市场，传统的键盘密码锁具有操作简单，价格较低，可更换密码等特点，但是这些传统的键盘也存在一些安全上的欠缺。由于传统键盘密码锁采用的是实体键盘，用户需要接触键盘才能输入密码，长期使用时按键难免会有磨损，而不法份子可以通过键盘磨损度来判断用户密码常用数字从而破解密码实施犯罪。用电子触屏键盘可以代替传统键盘减小磨损，但还是有发生用假键盘覆盖真键盘等方式盗取用户密码的情况发生，这种方式也存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种安全性高的无键盘密码锁系统及其解锁方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种无键盘密码锁系统，包括密码输入设备和密码识别设备，密码输入设备包括输入模块、单片机及输入设备无线通讯模块，输入模块用于用户给单片机指令，单片机用于接受输入模块指令后控制输入设备无线通讯模块给密码识别设备发送信号；密码识别设备包括微处理器、识别设备无线通讯模块、识别设备激光发射器、图像采集模块，识别设备激光发射器用于形成激光直角定位坐标系，识别设备无线通讯模块用于接收输入设备无线通讯模块发送来的信号，图像采集模块用于采集激光直角定位坐标系以及输入游标的图像，并将其发送给微处理器，微处理器用于采用图像识别算法对图像数据进行处理和分析，并根据直角定位坐标系和游标的相对位置得到一个密码值。
优选地，密码输入设备还包括用于在密码识别设备上进行密码输入的输入设备激光发射器，所述输入游标由输入设备激光发射器投射的光斑形成。
优选地，密码输入设备和密码识别设备使用密码轮询方式对无线通信进行加密。
优选地，所述识别设备激光发射器是通过在平面上产生3个光斑形成激光直角定位坐标系。
优选地，密码值的取值方式为：将定位坐标系内各区域进行密码值划分，游标处于坐标系内不同位置代表不同密码值；密码值在坐标系内所划分的位置周期性变换，提高密码安全性。
优选地，密码识别设备微处理器还设有密码输入保护系统，对密码输入次数进行了限制，若连续输入错误密码次数达到上限，系统将被锁定，同时发出警报信号，提醒用户密码安全出现隐患。
优选地，密码识别设备还预留了开发者保护接口，该接口是一个串行通讯接口，当用户密码输入错误次数超过系统限制或系统出现问题急需打开设备时，使用该串行接口进行验证开锁。
优选地，密码识别设备还包括显示模块，用于微处理器将处理过后的图像数据在显示模块上显示。
一种无键盘密码锁系统，包括密码输入设备和密码识别设备，密码输入设备包括按键、单片机、输入设备激光发射器及输入设备无线通讯模块，按键用于用户按下以给单片机指令，单片机用于接受按键指令后控制输入设备无线通讯模块给密码识别设备发送信号，输入设备激光发射器用于在密码识别设备上进行密码输入；密码识别设备包括微处理器、识别设备无线通讯模块、识别设备激光发射器、图像采集模块，识别设备激光发射器用于投射在平面上产生3个光斑形成激光直角定位坐标系，识别设备无线通讯模块用于接收输入设备无线通讯模块发送来的信号，图像采集模块用于采集激光直角定位坐标系以及输入游标的图像，并将其发送给微处理器，微处理器用于采用图像识别算法对图像数据进行处理和分析，并根据直角定位坐标系和游标的相对位置得到一个密码值。
一种如上所述无键盘密码锁系统的解锁方法，包括如下步骤：设备工作时先对系统各模块初始化，随后采集环境光进行光强校准并等待，若此时用户按下密码输入设备的输入模块，系统进入解锁模式；进入解锁模式后，密码识别设备打开密码识别设备激光发射器生成激光坐标系供用户输入密码值，同时对各坐标位置进行定位，获取坐标系相对于图像原点坐标；每当用户按下密码输入设备时表示一次密码输入，此时摄像头采集密码输入图像，通过算法处理后得到一个密码值，若密码输入完成则判断密码是否正确，否则继续输入密码；当密码输入错误时系统记录错误次数，若连续输入错误次数不超过三次，需重新输入密码，否则系统被锁定；密码输入正确时系统输出开锁信号，并能进行密码值更改。
本发明的有益效果是：本发明结合图像解锁和键盘解锁的优势使工作稳定可靠，能适应各种环境下的密码输入，解决了实体键盘密码锁易被盗取和环境限制的问题。另外，采用图像解锁提高了设备安全性，便于升级的特性也使解锁方式有了更多的选择。
附图说明
图1为本发明实施例无键盘密码锁系统的布置示意图。
图2为本发明实施例无键盘密码锁系统的系统框架图。
图3为本发明实施例无键盘密码锁系统的系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实例，对本发明做进一步说明。
本实施例中，如图1、图2所示，该无键盘密码锁系统从硬件上可分为密码输入设备和密码识别设备两个部分。
密码输入设备也可称为无线钥匙，该无线钥匙上具有按键(也可用触摸屏等其它输入模块)、输入设备激光发射器、低功耗微型单片机(本实施例采用STM32F407主控芯片)以及输入设备无线通讯模块。用户手持无线钥匙按下按键时，无线钥匙内部单片机控制输入设备无线通讯模块给密码识别设备发送一个信号，随后用户可通过无线钥匙上输入设备激光发射器在密码识别设备上进行密码输入。
密码识别设备为该系统核心，其性能直接关系到整套功能系统实现。无线钥匙按键信号被识别设备接收后，识别设备打开识别设备激光坐标系，在平面上产生3个光斑，形成一个平面直角坐标系，用户解锁时需使用无线钥匙在此坐标系内输入密码。系统打开激光坐标系后，即可进入解锁模式，此后用户每移动游标(无线钥匙在定位坐标系内投射的光斑)，按下一次无线按键代表一个密码值的输入。用户输入每个密码值后，识别设备上的图像采集模块摄像头采集包含激光直角定位坐标系以及游标的图像，并将其发送给微处理器。微处理器采用图像识别算法对图像数据进行处理和分析，将处理过后的图像数据在显示模块LCD显示屏上显示，最后根据直角定位坐标系和游标的相对位置得到一个密码值。重复单个密码值输入过程即可完成多个密码值输入。
为了加强系统安全性，防止非法开启和破解，本发明设置了多重密码保护体系。
1.无线钥匙保护体系。无线钥匙需要和识别设备通讯成功后，识别设备才打开定位坐标系会进入解锁过程。为了防止无线钥匙被盗取复制，本发明采用密码轮询的方式对无线通信进行加密，将识别设备与无线钥匙进行绑定，识别设备只有接收到与之相匹配的无线钥匙信号才会进入解锁模式。密码轮询方式如下：对无线钥匙和识别设备微处理器存储空间内写入复杂度高的密码串，每次无线通讯时无线钥匙发送一个密码串中的值，微处理器比较内部密码串，若该值与无线通讯接收到的值相同，微处理器给无线钥匙返回一个成功信号，无线钥匙和微处理器内部计数值都加1，下一次通讯将比较密码串中下一个值。通过这种方式可以有效保护无线钥匙的安全性，防止他人采用技术手段监听无线信号，达到仿制无线钥匙的目的。
2.密码输入保护。为了保护密码安全性防止他人窃取，首先本系统对密码输入次数进行了限制，若连续输入错误密码次数达到上限，系统将被锁定，同时发出警报信号，提醒用户密码安全出现隐患。其次，使用了键盘自定义设定，密码值的识别实际上识别的是游标相对于直角定位坐标系的位置，改变各密码值与之在定位坐标系中的位置，可达到将密码键盘打乱的效果，这样可防止他人使用监控设备拍摄用户密码输入过程非法获取系统密码。
此外，本设计预留了开发者保护接口，该接口是一个串行通讯接口，当用户密码输入错误次数超过系统限制或系统出现问题急需打开设备时，可使用该串行接口进行验证开锁。该接口安全等级极高，若验证错误，直接锁死内部系统，系统丧失所有功能。若需系统恢复使用，必须联系开发者针对硬件重新更新软件，有效保护了整个系统安全性。
图3所示为本系统流程图，设备工作时先对系统各模块初始化，随后采集环境光进行光强校准并等待，若此时用户按下无线钥匙，系统进入解锁模式。进入解锁模式后，密码识别设备打开激光发射器生成激光坐标系供用户输入密码值，同时对各坐标位置进行定位，获取坐标系相对于图像原点坐标。每当用户按下无线钥匙时表示一次密码输入，此时摄像头采集密码输入图像，通过算法处理后得到一个密码值，若密码输入完成则判断密码是否正确，否则继续输入密码。当密码输入错误时系统记录错误次数，若连续输入错误次数不超过三次，可重新输入密码，否则系统被锁定。密码输入正确时系统开锁信号，并可通过进行密码值更改。
本实施例使用图像识别技术结合无线钥匙的方式进行解锁。首先，无线钥匙作为第一重防护，只有唯一的无线钥匙才能被系统识别，从而进入解锁模式。其次，利用键盘锁密码量丰富的特点，采用图像识别技术于平面上虚拟出键盘，用户在通过无线钥匙在平面移动激光斑，摄像头采集该平面图像信息，微处理器通过位置绑定密码值的方式识别后判断密码是否正确，从而达到解锁密码效果。
上述游标并不限于通过输入设备激光发射器投射的光斑形成，还可采用手势等其它解锁方式获得。
本发明部件少，结构简单，结合图像解锁和键盘解锁的优势使工作稳定可靠，能适应各种环境下的密码输入，解决了实体键盘密码锁易被盗取和环境限制的问题。另外，采用图像解锁提高了设备安全性，便于升级的特性也使解锁方式有了更多的选择(如手势解锁等)。

Claims (8)

1.一种无键盘密码锁系统，其特征在于，包括密码输入设备和密码识别设备，密码输入设备包括输入模块、单片机、输入设备无线通讯模块、输入设备激光发射器，输入模块用于用户给单片机指令，单片机用于接受输入模块指令后控制输入设备无线通讯模块给密码识别设备发送信号，输入设备激光发射器用于在密码识别设备上通过投射的光斑形成游标进行密码输入；密码识别设备包括微处理器、识别设备无线通讯模块、识别设备激光发射器、图像采集模块，识别设备激光发射器用于形成激光直角定位坐标系，识别设备无线通讯模块用于接收输入设备无线通讯模块发送来的信号，图像采集模块用于采集激光直角定位坐标系以及输入的游标的图像，并将其发送给微处理器，微处理器用于采用图像识别算法对图像数据进行处理和分析，并根据激光直角定位坐标系和游标的相对位置得到一个密码值；其中，密码输入设备和密码识别设备使用密码轮询方式对无线通信进行加密，密码轮询方式为:对密码输入设备和密码识别设备中的微处理器存储空间内写入复杂度高的密码串，每次无线通讯时密码输入设备发送一个密码串中的值，微处理器比较内部密码串，若该值与无线通讯模块接收到的值相同，微处理器给密码输入设备返回一个成功信号，密码输入设备和微处理器内部计数值都加1，下一次通讯将比较密码串中的下一个值。
2.根据权利要求1所述的无键盘密码锁系统，其特征在于，所述识别设备激光发射器是通过在平面上产生3个光斑形成激光直角定位坐标系。
3.根据权利要求2所述的无键盘密码锁系统，其特征在于，密码值的取值方式为：将激光直角定位坐标系内各区域进行密码值划分，游标处于激光直角定位坐标系内不同位置代表不同密码值；密码值在激光直角定位坐标系内所划分的位置周期性变换，提高密码安全性。
4.根据权利要求1所述的无键盘密码锁系统，其特征在于，密码识别设备中的微处理器还设有密码输入保护系统，对密码输入次数进行了限制，若连续输入错误密码次数达到上限，系统将被锁定，同时发出警报信号，提醒用户密码安全出现隐患。
5.根据权利要求4所述的无键盘密码锁系统，其特征在于，密码识别设备还预留了开发者保护接口，该接口是一个串行通讯接口，当用户密码输入错误次数超过系统限制或系统出现问题急需打开设备时，使用该串行通讯接口进行验证开锁。
6.根据权利要求1所述的无键盘密码锁系统，其特征在于，密码识别设备还包括显示模块，用于微处理器将处理过后的图像数据在显示模块上显示。
7.一种无键盘密码锁系统，其特征在于，包括密码输入设备和密码识别设备，密码输入设备包括按键、单片机、输入设备激光发射器及输入设备无线通讯模块，按键用于用户按下以给单片机指令，单片机用于接受按键指令后控制输入设备无线通讯模块给密码识别设备发送信号，输入设备激光发射器用于在密码识别设备上通过投射的光斑形成游标进行密码输入；密码识别设备包括微处理器、识别设备无线通讯模块、识别设备激光发射器、图像采集模块，识别设备激光发射器用于投射在平面上产生3个光斑形成激光直角定位坐标系，识别设备无线通讯模块用于接收输入设备无线通讯模块发送来的信号，图像采集模块用于采集激光直角定位坐标系以及输入游标的图像，并将其发送给微处理器，微处理器用于采用图像识别算法对图像数据进行处理和分析，并根据激光直角定位坐标系和游标的相对位置得到一个密码值；其中，密码输入设备和密码识别设备使用密码轮询方式对无线通信进行加密，密码轮询方式为:对密码输入设备和密码识别设备中的微处理器存储空间内写入复杂度高的密码串，每次无线通讯时密码输入设备发送一个密码串中的值，微处理器比较内部密码串，若该值与无线通讯模块接收到的值相同，微处理器给密码输入设备返回一个成功信号，密码输入设备和微处理器内部计数值都加1，下一次通讯将比较密码串中的下一个值。
8.一种如权利要求7所述无键盘密码锁系统的解锁方法，其特征在于，包括如下步骤：设备工作时先对系统各模块初始化，随后采集环境光进行光强校准并等待，若此时用户按下密码输入设备的按键，系统进入解锁模式；进入解锁模式后，密码识别设备打开密码识别设备激光发射器生成激光直角定位坐标系供用户输入密码值，同时对各坐标位置进行定位，获取激光直角定位坐标系相对于图像原点坐标；每当用户按下密码输入设备时表示一次密码输入，此时摄像头采集密码输入图像，通过算法处理后得到一个密码值，若密码输入完成则判断密码是否正确，否则继续输入密码；当密码输入错误时系统记录错误次数，若连续输入错误次数不超过三次，需重新输入密码，否则系统被锁定；密码输入正确时系统开锁信号，并能通过进行密码值更改。
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