CN110084944A - 一种光通信智能门锁 - Google Patents

Abstract

本发明属于门锁领域，特别涉及一种光通信智能门锁。本发明包括钥匙和锁具两部分，钥匙由电压比较模块、钥匙控制模块、发射按键、光发射模块和钥匙电源模块组成，锁具由光接收解调模块、矩阵键盘模块、锁具控制模块、显示模块、声光提醒模块、锁体执行模块和锁具电源模块组成。使用时，先将钥匙柄插入锁孔，再按下发射按键，将钥匙的ID、编号和电量百分比信息转化为光数据信号发射，信号在构成的密闭信道中传输，防止被截获，当锁具接收到钥匙发来的信号后，锁具控制模块将数据中的钥匙ID与内部存储的ID进行比对，比对成功则对锁体执行模块下达开门命令，并将钥匙的编号和电量百分比信息显示于液晶屏幕上。本发明极大地增加了智能锁的安全性。

Description

一种光通信智能门锁

技术领域

本发明属于门锁领域，特别涉及一种光通信智能门锁。

背景技术

在众所周知，智能锁具在家居门锁、汽车门锁、机密档案室、保险箱具等安防中发挥着极其重要的作用。

但是，目前常见的智能锁都或多或少存在一些缺陷，例如：（1）传统机械钥匙易被复制，防盗功能有限，传统机械锁易被技术撬锁；（2）遥控钥匙的开锁信号采用无线传输的方式，数据易被第三方用接收器或扫描器截获遥控器发出的无线电波或红外线，再经过解码来破解防盗系统；（3）智能钥匙不能和电子装置长期放在一起，因为其芯片有时会受到手机频率的干扰，可能导致钥匙的遥控功能暂时失灵，且智能钥匙接收高强度无线电波时，会过度消耗电池电量；（4）电子锁、密码锁等智能锁易被特斯拉线圈发射器强干扰，产生室内按键触发，相当于室内按键开锁；（5）指纹锁稳定性不高、识别率有待提高、电池寿命长短不一；（6）磁性锁的磁性会随着使用时间而消退，时间越久消磁现象越明显，到最后，消了磁的钥匙甚至会出现在不同锁间可以互开的现象。

因此人们迫切的需要提供一种更加稳定安全的锁具，不仅可以防复制，而且可以防止非法解锁，为我们的家居安全提供保障。

发明内容

在本发明针对上述智能锁具现有技术的不足，提供一种成本低、密闭信道通信、防数据截获、钥匙与锁具匹配身份、抗干扰能力强、安全可靠的的光通信智能门锁。

技术方案：本发明提供一种光通信智能门锁，包括钥匙和锁具两部分，钥匙由电压比较模块、钥匙控制模块、发射按键、光发射模块和钥匙电源模块组成，锁具由光接收解调模块、矩阵键盘模块、锁具控制模块、显示模块、声光提醒模块、锁体执行模块和锁具电源模块组成，所述电压比较模块、发射按键、光发射模块均与钥匙控制模块相连，所述光接收解调模块、矩阵键盘模块、显示模块、声光提醒模块、锁体执行模块均与锁具控制模块相连；所述钥匙电源模块包括滤波、锂电池供电和充电部分；所述光发射模块包括发射LED、钥匙柄和导光条，所述发射LED与钥匙控制模块相连；所述光接收解调模块包括金属屏蔽外壳、锁孔、导光条、接收LED和解调芯片，所述解调芯片与锁具控制模块相连。

优选的，所述钥匙控制模块判断所述发射按键按下时，先对所述电压比较模块下达电量转换命令，再提取主控芯片自身唯一的ID和编号，然后将钥匙的ID、编号和电量百分比信息一起整合成待发射数据，最后对所述光发射模块下达发射命令。

优选的，所述电压比较模块用于将实时的电路工作电压与内部设置的基准电压相比较，再通过算法计算成对应的电量百分比,并暂时存储，所述光发射模块用于将待发射数据经过LED以特定频率进行调制，再由电信号转化为光信号，光信号沿着插进锁孔的钥匙导光条发射至锁具。

优选的，所述光接收解调模块通过密闭信道接收到光信号，将光信号转化为电信号，若电信号频率与解调电路设置频率一致，则将其经过解调芯片恢复原调制信号，并将原调制电信号数字化。

优选的，所述锁具控制模块在接收到数字化的信号后，经解密，对数据中的ID与其内部存储的ID进行比对，比对成功则先对所述锁体执行模块下达开门命令，再对所述显示模块下达显示命令。

优选的，所述声光提醒模块用于将ID比对成功且电量正常、ID比对成功但电量不足、ID比对失败三种具体的锁体执行状态用不同的声光提醒方式表现，所述锁体执行模块用于执行开门操作，所述显示模块用于将钥匙的编号和电量百分比信息显示在液晶屏幕上，所述矩阵键盘模块用于设置、修改管理员密码，增添和删除钥匙编号。

进一步优选的，所述钥匙电源模块中的充电部分电路可用于对锂电池进行充电，且具有指示LED，当进行充电时LED常亮，当充满电时熄灭。

进一步优选的，所述的光接收解调模块中的金属屏蔽外壳利用趋肤效应来实现电磁屏蔽，以防止特斯拉解锁。

进一步优选的，所述电压比较模块包括电压比较器和外部电容。

进一步优选的，所述钥匙控制模块和锁具控制模块为控制单元MCU。

进一步优选的，所述发射按键为轻触开关。

进一步优选的，所述显示模块为小型液晶屏。

进一步优选的，所述声光提醒模块包括全彩LED和有源蜂鸣器。

有益效果：本发明一种光通信智能门锁具有以下优点。

（1）本发明在使用时先将钥匙柄插入锁孔，再按下发射按键，将钥匙的ID、编号和电量百分比信息转化为光数据信号发射，信号在构成的密闭信道中传输，防止数据在空中传播时被截获、被复制的状况发生，极大增加了智能锁的安全性，本发明结构简单、成本低廉、使用方便。

（2）锁具外侧设置有金属屏蔽外壳，利用趋肤效应来实现电磁屏蔽，以防止特斯拉解锁。

（3）每把钥匙的主控芯片都有自己唯一的ID和编号，锁具可识别钥匙的ID，当锁具接收到钥匙发来的光数据信号信号后，锁具控制模块将数据中的钥匙ID与内部存储的ID进行比对，只有比对成功才能开门，防止复制钥匙开门的状况发生。

（4）在发射数据成功被锁体接收时，该钥匙的编号和电量百分比信息将显示在锁体的液晶屏幕上，钥匙编号可以匹配所持钥匙用户，从而识别用户身份，电量百分比信息可以提醒用户电量不足时及时进行充电，且充电部分还具有指示LED来指示电量是否充满。

（5）采用专门的解调芯片，使仅当已调信号与解调电路设置的频率一致时，才能对已调信号解调成功，恢复原调制信号，增强了抗干扰性能。

（6）该锁具的矩阵键盘可设置管理员密码，实现只有管理员才能进行增添、删除钥匙编号的操作，实现用户数据保护。

（7）使用数字调制的方式，可以使用不同的通讯协议，保密性强。

（8）采用光通信方式，具有发射效率高、保密性好、节能环保、使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明的结构原理框图。

如图1所示，图中：

1—电压比较模块 2—钥匙控制模块

3—发射按键 4—光发射模块

5—钥匙电源模块 6—光接收解调模块

7—矩阵键盘模块 8—锁具控制模块

9—显示模块 10—声光提醒模块

11—锁体执行模块 12—锁具电源模块。

具体实施方式

下面对照附图，对本发明的具体实施方式所涉及的各构件的构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等进一步地详细说明。

如图1所示，一种光通信智能门锁包括钥匙和锁具两部分，钥匙由电压比较模块1、钥匙控制模块2、发射按键3、光发射模块4和钥匙电源模块5组成，锁具由光接收解调模块6、矩阵键盘模块7、锁具控制模块8、显示模块9、声光提醒模块10、锁体执行模块11和锁具电源模块12组成，所述电压比较模块1、发射按键3、光发射模块4均与钥匙控制模块2相连，所述光接收解调模块6、矩阵键盘模块7、显示模块9、声光提醒模块10、锁体执行模块11均与锁具控制模块8相连；所述钥匙电源模块5包括滤波、锂电池供电和充电部分；所述光发射模块4包括发射LED、钥匙柄和导光条，所述发射LED与钥匙控制模块相连；所述光接收解调模块6包括金属屏蔽外壳、锁孔、导光条、接收LED和解调芯片，所述解调芯片与锁具控制模块相连。

具体的，所述电压比较模块1用于实时地将电路中3.1V-5V范围内的工作电压与内部设置的基准电压1.27V所相比较，将比较后的差值再通过算法计算成对应的电量百分比形式，得到电路工作电压为3.1V-4.1V时，对应百分比为0%-100%，电路工作电压大于4.1V时，对应百分比皆为100%的电量信息。

具体的，所述钥匙控制模块2用于将钥匙柄插进锁孔且发射按键按下时，先将电量信息转换，再提取钥匙的ID和编号，并对钥匙的ID用特定频率的方波将数据进行架构加密，按照专门的通讯协议将它们整合成待发射数据，再对所述光发射模块4下达发射命令。

所述发射按键3用于在钥匙柄插进锁孔后，一旦按下它便给控制模块传送进行光发射命令的信息。所述发射按键3除轻触开关外，还可以替换为拨码开关、感应触屏开关、自锁开关等。

所述光发射模块4与锁体构成密闭信道，并将钥匙ID、编号和电量百分比信息一起经光调制后发送至锁体。

具体的，所述钥匙电源模块5用于给工作芯片、电路等提供一个较为稳定的工作电压，其中充电部分通过USB接口引入稳定的5V电压，可用于当控制模块采集到钥匙的工作电压小于3.3V时，需尽快对锂电池进行充电,且指示LED在锂电池电压小于4.1V时常亮，一旦电压达到4.1V时便熄灭，提醒用户电量已充满。

具体的，所述光接收解调模块6用于接收钥匙发来的光信号，并利用专门的解调芯片,使光电信号转换电路采用光电池，把接收过来的光信号转换为已调电信号，仅当已调信号与解调电路设置的频率一致时，才对已调信号解调，恢复原调制信号，再通过提取特征码电路将原调制电信号数字化。

所述光接收解调模块中的金属屏蔽外壳利用趋肤效应，实现电磁屏蔽，以防止特斯拉解锁。

所述矩阵键盘模块7用于设置与修改管理员密码，增加、删除钥匙编号等。

具体的，所述锁具控制模块8在接收到数字化的原调制电信号后，经解密，对数据中的ID与其内部存储的ID进行比对。

所述显示模块9采用小型液晶显示屏，在ID比对成功后将3.1V-4.1V范围内的钥匙电量百分比信息以及钥匙编号显示在液晶屏幕上。

具体的，所述声光提醒模块10采用七彩LED与蜂鸣器，用不同颜色的光与不同频率的叫声，来表现三种不同的锁体执行状态。

所述锁体执行模块11用于当ID比对成功时，立即执行开门操作。

所述电源模块12主要是为了给芯片提供一个稳定的5V电压，以保持系统工作的稳定可靠。

本发明的基于光通信的智能门锁在工作过程中，先要将钥匙柄插进锁孔，即形成密闭的信道，再按下所述发射按键3。当所述钥匙控制模块2判断所述发射按键3按下时，控制所述电压比较模块1将实时的电路工作电压转换为对应的电量百分比,并暂时存储，然后所述钥匙控制模块2再提取主控芯片自身唯一的ID和编号，最后将钥匙的ID、编号和电量百分比信息一起经过所述光发射模块4进行调制发射，光信号沿着插进锁孔的钥匙导光条发射至锁具。工作时，该锁具处于等待状态，等待钥匙的光信号输入，当所述光接收解调模块6通过密闭信道接收到光信号时，经过解调芯片恢复原调制信号，并将原调制信号数字化。所述锁具控制模块8在接收到数字化的信号后，将信号解密，对数据中的ID与其内部存储的ID进行比对。ID比对成功则立即对所述锁体执行模块11下达执行开门操作的命令，且将钥匙的编号和电量百分比信息显示在所述显示模块9上。锁体不同的执行状态也会由所述声光提醒模块10表现，所述的光接收解调模块6中的金属屏蔽外壳用来防止特斯拉解锁。所述矩阵键盘模块7用来设置、修改管理员密码，增添和删除钥匙编号。当所述显示模块9显示钥匙电量不足时，所述钥匙电源模块5的充电部分可用于对锂电池进行充电，且其具有指示LED，当进行充电时LED常亮，当充满电时熄灭。

综上所述，本发明主要用途是防破解，主要优点是：通过先将钥匙柄插入锁孔的动作人为地构成通信所用的的密闭信道，再按下发射按键发射钥匙信息，且锁具外侧除设置了金属屏蔽外壳利用趋肤效应来实现电磁屏蔽外，只留有导光条来接收钥匙发来的光数据信号，以此达到防止特斯拉线圈解锁的目的，极大地增强了智能锁的安全性。此外，本发明结构简单、成本低廉、使用方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下得出的其他实施方式，也应包含在本发明的保护范围内，且以上实施例中所阐述的部件和步骤的相对布置、数值不限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种光通信智能门锁，其特征在于本发明包括钥匙和锁具两部分，钥匙由电压比较模块、钥匙控制模块、发射按键、光发射模块和钥匙电源模块组成，锁具由光接收解调模块、矩阵键盘模块、锁具控制模块、显示模块、声光提醒模块、锁体执行模块和锁具电源模块组成，所述电压比较模块、发射按键、光发射模块均与钥匙控制模块相连，所述光接收解调模块、矩阵键盘模块、显示模块、声光提醒模块、锁体执行模块均与锁具控制模块相连，所述钥匙电源模块包括滤波、锂电池供电和充电部分，所述光发射模块包括发射LED、钥匙柄和导光条，所述发射LED与钥匙控制模块相连，所述光接收解调模块包括金属屏蔽外壳、锁孔、导光条、接收LED和解调芯片，所述解调芯片与锁具控制模块相连。

2.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的光发射模块在钥匙柄下面设置发射LED和导光条，将钥匙柄插入锁孔时，发射LED与导光条也随之插入锁孔，形成密闭的信道。

3.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的光接收解调模块中的金属屏蔽外壳利用趋肤效应，实现电磁屏蔽，以防止特斯拉解锁。

4.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的光接收解调模块在锁孔中设置了导光条与接收LED，在钥匙柄插进锁孔且发射光信号后，光信号在密闭的信道中传输，且当光接收解调模块接收到光信号时，将光信号转化为电信号，并以设置频率解调出原调制电信号，将原调制电信号数字化。

5.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的电压比较模块将钥匙的实时电压与内部比较器设置的基准电压进行比较，将差值转换为百分比形式。

6.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的钥匙控制模块在钥匙柄插入锁孔且发射按键被按下后，先进行电量信息转换，对钥匙的ID进行加密后，用特定频率的方波将数据进行架构加密，并按照特定的通讯协议将它们整合成待发射数据，再对光发射模块下达发射命令。

7.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的锁具控制模块在接收到数字化的信号后，经解密，对数据中的ID与其内部存储的ID进行比对。

8.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的声光提醒模块对于ID比对成功且电量正常、ID比对成功但电量不足、ID比对失败三种具体的锁体执行状态，将以三种不同的声光提醒方式表现。

9.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的钥匙电源模块的充电部分具有指示LED，当进行充电时LED常亮，当充满电时熄灭。

10.根据权利要求1所述的光通信智能门锁，其特征在于所述的矩阵键盘模块可设置、修改管理员密码，增添和删除钥匙编号等。