CN106428311A - 基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，包括有自行车、控制器、步进电机、蓝牙模块、移动终端、防盗模块和后台终端，步进电机固定安装在自行车后轮右侧支架的支撑架上，步进电机的主轴上套装有固定块，固定块上设有横向通孔并套装有锁杆；自行车在其后轮左侧的支架上固定焊接有锁座，锁座上设有与锁杆相配合的锁孔；控制器中烧录有AES‑128加密算法程序，控制器一方面分别与蓝牙模块和防盗模块相连接，另一方面与步进电机相连接，并与后台终端进行无线通信，蓝牙模块与移动终端进行无线通信。本发明实现了自行车的上锁与解锁，方便便捷的同时也实现了智能物联，推动了自行车锁的一种进步与革新。

Description

基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁

技术领域

本发明涉及自行车技术、加密算法、远程监控、移动通信和低功耗蓝牙技术领域，具体是一种基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁。

背景技术

在现有专利中，授权公开号为CN205243205U的一种电机蓝牙自行车锁，它属于自行车技术领域。包括锁上盖、锁下盖、锁体、锁环、电池组、电机、蓝牙控制板、主控板、电机驱动板和按钮板，锁上盖和锁下盖相互匹配，锁体和锁环相连，该锁体和电池组均安装在锁下盖内，电机、蓝牙控制板、主控板、电机驱动板和按钮板均固定在锁下盖内，主控板分别与蓝牙控制板和电机驱动板相连，电机通过电机驱动板驱动，蓝牙控制板和电机连接。其结构合理，安装和拆卸方便，安全可靠，智能化程度高。该发明专利一种电机蓝牙自行车锁产品结构复杂，实际操作起来繁琐，不能快捷高效的进行自行车的解锁与上锁，而且该蓝牙自行车锁只是在传统自行车锁的基础上加上智能化元素，在某种意义上来说智能化程度不高。

授权公开号为CN204531700U的 一种带有蓝牙功能的压力式报警自行车锁，在锁体内设有蓝牙控制电路板和两个关于锁体中心对称的锁舌外壳，在锁舌外壳内设有锁杆槽、锁舌复位弹簧及主动齿轮，该主动齿轮安装在电机的输出轴上，锁舌的后部为齿轮，在锁舌后设有复位弹簧，在锁杆槽的顶部有一报警垫圈，在锁舌外壳内有一孔处于报警垫圈的下方，锁杆上有与锁舌匹配的凹槽；所述胶套的一端有螺钉一，另一端有螺钉二，锁体中装有备用电池仓与扬声器，胶套内表面紧贴胶套感应层，锁杆的外表面紧贴锁杆感应层且在锁杆感应层上有凸块。采用蓝牙与步进电机组合的结构，且采用感应压力接触的报警方式。紧跟当下时代发展趋势，成本低，效果好。该发明专利一种带有蓝牙功能的压力式报警自行车锁产品结构非常复杂，因为采用的是感应压力接触的报警方式很少容易受环境的影响，实际操作起来存在很大的问题，并且该自行车锁物理结构环节复杂，各部分的衔接度有待考证。

CC3200LaunchPad 开发板：它是业界第一个内置 Wi-Fi功能的单芯片处理器。该芯片上集成有两个处理器内核，一个为ARM Cortex-M4 内核，可配合多种外设，快速并行摄像头接口，I2S，SD/MMC，UART，SPI，IIC 和四通道模数转换器 (ADC)。另一个内核为专用ARMMCU，用于实现Wi-Fi通信，用户只需简单调用API函数即可实现Wi-Fi功能。CC3200支持多种的低功耗模式，通过合理的设计，用2节干电池供电，工作时间可以长达1年以上。

AES可以有多种形式，取决于在给定的时间内能够处理的数据块以及密钥的大小。低功耗蓝牙使用128位的密钥和128位的数据块。也就是说，所有密钥的长度均为128位，每次加密生成的密文长度为16个字节。

AES加密块非常简单，它包含两个输入和一个输出。两个输入分别为128位的密钥值和128位的纯文本数据块，输出则为128位的加密数据块。密钥和纯文本在使用上有一些不同；纯文本可以直接为加密块使用，但密钥必须经过处理后才能使用。可见，更有效的方法是只设立一个密钥，用于不同的纯文本块以进行快速加密，而非使用不同的密钥为每个块加密。

在低功耗蓝牙里，AES加密引擎被用于下列四个基本功能：

1、加密净荷数据；

2、计算消息完整性校验值；

3、数据签名；

4、生成私有地址。

低功耗蓝牙(BLE)技术是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术，工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。它从一开始就设计为超低功耗(ULP)无线技术。它利用许多智能手段最大限度地降低功耗。低功耗蓝牙技术采用可变连接时间间隔，这个间隔根据具体应用可以设置为几毫秒到几秒不等。另外，因为BLE技术采用非常快速的连接方式，因此平时可以处于“非连接”状态（节省能源），此时链路两端相互间只是知晓对方，只有在必要时才开启链路，然后在尽可能短的时间内关闭链路。

低功耗蓝牙技术的三大特性成就了ULP性能，这三大特性分别是最大化的待机时间、快速连接和低峰值的发送/接收功耗。低功耗蓝牙技术“完成”一次连接(即扫描其它设备、建立链路、发送数据、认证和适当地结束)只需3ms；而标准蓝牙技术完成相同的连接周期需要数百毫秒。再次提醒，无线开启时间越长，消耗的电池能量就越多。低功耗蓝牙技术还能通过两种其它方式限制峰值功耗：采用更加“宽松的”射频参数以及发送很短的数据包。两种技术都使用高斯频移键控(GFSK)调制，但低功耗蓝牙技术使用的调制指数是0.5，而标准蓝牙技术是0.35。0.5的指数接近高斯最小频移键控(GMSK)方案，可以降低无线设备的功耗要求。更低调制指数还有两个好处，即提高覆盖范围和增强鲁棒性。低功耗蓝牙技术使用非常短的数据包——这能使硅片保持在低温状态。因此，低功耗蓝牙收发器不需要较耗能的再次校准和闭环架构。

低功耗蓝牙中的所有加密和认证都基于同一个加密引擎，称为高级加密系统（AES）。AES最初源自美国的一项政府计划，试图寻找未来可用的加密引擎。一直以来，AES被用于许多有线和无线标准，迄今为止安全研究人员还没有找到其算法的弱点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，以解决现有技术存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，包括有自行车、控制器、步进电机、蓝牙模块、移动终端、防盗模块和后台终端，其特征在于：所述的自行车在其后轮右侧的支架上固定焊接有支撑架，所述的步进电机固定安装在所述支撑架上，所述步进电机的主轴上套装有固定块，所述的固定块上设有横向通孔并套装有锁杆；所述的自行车在其后轮左侧的支架上固定焊接有锁座，所述的锁座上设有与所述锁杆相配合的锁孔；所述的控制器中烧录有AES-128加密算法程序，控制器一方面分别与所述蓝牙模块和防盗模块相连接，另一方面通过继电器与所述步进电机相连接，并与所述后台终端进行无线通信，所述的蓝牙模块与移动终端进行无线通信。

所述的基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，其特征在于：所述的控制器采用CC3200LanuchPad开发板。

所述的基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，其特征在于：所述的控制器、蓝牙模块和继电器设置于位于自行车座垫下方的盒子中。

所述的基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，其特征在于：所述的防盗模块包括有报警装置和摄像头，所述的报警装置安装于所述支撑架上，所述的摄像头安装于所述自行车上。

本发明的有益效果：

1、本发明采用的是全新的自行车车锁模式，基于AES-128加密算法的引入实现低功耗蓝牙锁的密码具有“随机”生成性，即每次移动终端与低功耗蓝牙通信时，CC3200LanuchPad开发板都会将低功耗蓝牙锁对应的密码重新随机生成，当用户信息与自行车绑定之后再将随机密码传送给手机，再由移动终端进行智能控制。

2、本发明采用远程监控。能够根据自行车的基本状态远程通知用户上锁或者远程直接上锁，从而实现自行车的绝对的安全。

3、本发明的防盗模块采用传统报警装置和人脸图像采集并行方式，独特新颖的模式建立实现了智能安防。

4、本发明的出现从产品物理结构，技术参数，技术应用等层面进行突破性的技术革新，与现有的其他产品相比，很大程度上的实现了自行车的完全锁定。

5、本发明将步进电机引入到车锁中，利用步进电机的驱动效果简单高效的实现了自行车的上锁与解锁，方便便捷的同时也实现了智能物联，在物联网革命浪潮下，也推动了自行车锁的一种进步与革新。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明控制原理框图。

具体实施方式

参见图1、2，一种基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，包括有自行车1、控制器、步进电机2、蓝牙模块、移动终端、防盗模块和后台终端，自行车1在其后轮右侧的支架3上固定焊接有支撑架4，步进电机2固定安装在支撑架4上，步进电机2的主轴上套装有固定块5，固定块5上设有横向通孔并套装有锁杆6；自行车1在其后轮左侧的支架7上固定焊接有锁座8，锁座8上设有与锁杆相配合的锁孔；控制器中烧录有AES-128加密算法程序，控制器一方面分别与蓝牙模块和防盗模块相连接，另一方面通过继电器与步进电机2相连接，并与后台终端进行无线通信，蓝牙模块与移动终端进行无线通信。

本发明中，控制器采用CC3200LanuchPad开发板。

控制器、蓝牙模块和继电器设置于位于自行车1座垫下方的盒子中。

防盗模块包括有报警装置9和摄像头，报警装置9安装于支撑架4上，摄像头安装于自行车1上。

CC3200LaunchPad 开发板例程中有AES的demo，根据demo中的AES算法，按照AES-128的加密算法思路，对其进行修改完成加密算法的程序最后烧录到CC3200LanuchPad开发板。

防盗模块采用传统报警和人脸图像采集并行方式，报警装置根据触碰自行车的强度发出报警，人脸图像采集是基于与CC3200LanuchPad开发板相连接的摄像头，能够进行图像采集，并且通过CC3200LanuchPad开发板上传到后台终端的服务器。

当后台终端检测到控制器内读取的程序代码，判定自行车的基本状态（自行车处于上锁还是解锁状态），如果出现人为忘记上锁，后台将远程通知用户上锁或者远程直接上锁，并且在远程后台终端能够观察用户的人脸图像信息，从而实现自行车的绝对的安全。

以下结合附图对本发明作进一步的说明：

本发明实现了移动终端（智能手机）通过蓝牙发送CC3200LanuchPad开发板随机生成的密码就可以与CC3200LaunchPad开发板进行通信，进而将蓝牙的指令通过与CC3200LaunchPad开发板连接步进电的线路进行传输，驱动步进电机正转与反转，从而能实现自行车的上锁与解锁。

本发明由于AES-128加密算法的引入，实现蓝牙锁的密码具有“随机”生成性，即每次移动终端与蓝牙模块进行通信时，CC3200LanuchPad开发板都会将蓝牙锁对应的密码重新随机生成，当用户信息与自行车绑定之后再将随机密码传送给移动终端，再由移动终端进行智能控制。

本发明防盗模块采用传统报警和人脸图像采集并行方式，报警装置根据触碰自行车的强度发出报警，当人为进行强制移动或者破坏时会发出报警声音，并且根据震动强度报警声音强度变化，一方面提醒用户，另一方面防盗；当用用户使用正确解锁方法时，报警装置将停止工作。人脸图像采集是基于与CC3200LanuchPad开发板相连接的摄像头，能够进行图像采集，并且通过CC3200LanuchPad开发板上传到后台终端的服务器，作为后期智能安防的依据同时也可以为相关租赁系统做安全保障。最终该并行方式的实施确保自行车的安全。

本发明对普通自行车进行改装，在自行车后轮的左、右两侧支架分别焊接有部分装置用于实现自行车的上锁与解锁；左侧的焊接的是带有锁孔的锁座，右侧焊接的是支撑架，用来安装步进电机，从而构成了普通自行车车锁的原型。

步进电机经过自主改进，在步进电机的主轴上套装固定块，并且固定块与用于安装步进电机的支撑架之间有一定的间隙，防止存在摩擦，有利于步进电机带动锁杆前进与后退，进而实现自行车的解锁与上锁。

CC3200LaunchPad开发板，对其进行供电只需要两节干电池就可以达到长达一年的供电效果；另外，低功耗蓝牙模块的引入对整个自行车车锁的实现起到了决定性的作用，利于实施与推广。

AES-128是对16byte（128bit）数据进行加密的过程。实质上就是把128位数据通过一系列的变化变成另一个128位数据。这里主要运用到2个关键点。密钥（key）是主要的方面，不能忽略。Key首先要扩张，然后再进行10次的行列变化，与数据进行异或操作，最终就能够得到加密后的数据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，包括有自行车、控制器、步进电机、蓝牙模块、移动终端、防盗模块和后台终端，其特征在于：所述的自行车在其后轮右侧的支架上固定焊接有支撑架，所述的步进电机固定安装在所述支撑架上，所述步进电机的主轴上套装有固定块，所述的固定块上设有横向通孔并套装有锁杆；所述的自行车在其后轮左侧的支架上固定焊接有锁座，所述的锁座上设有与所述锁杆相配合的锁孔；所述的控制器中烧录有AES-128加密算法程序，控制器一方面分别与所述蓝牙模块和防盗模块相连接，另一方面通过继电器与所述步进电机相连接，并与所述后台终端进行无线通信，所述的蓝牙模块与移动终端进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，其特征在于：所述的控制器采用CC3200LanuchPad开发板。

3.根据权利要求1所述的基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，其特征在于：所述的控制器、蓝牙模块和继电器设置于位于自行车座垫下方的盒子中。

4.根据权利要求1所述的基于加密算法的可远程监控低功耗蓝牙防盗自行车锁，其特征在于：所述的防盗模块包括有报警装置和摄像头，所述的报警装置安装于所述支撑架上，所述的摄像头安装于所述自行车上。