CN110656819A - 一种基于嵌入式系统的光信号智能锁 - Google Patents

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朱颖杰
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Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式系统的光信号智能锁，采用一块嵌有若干可以折射光线的透光晶体作为钥匙，使用激光模块和可感光的光电模块组成锁芯，通电时，当激光模块发射的平行光线透过钥匙时，将钥匙上的密码以光信号的形式读出并照射到感光的光电模块上，光电模块将密码转化为电信号传递给控制芯片，控制芯片得到电信号密码后判断密码是否正确，若正确，则进行开锁或其他开锁触发动作，若不正确，则进行上锁、其他上锁动作或不动作。

Description

一种基于嵌入式系统的光信号智能锁
技术领域
本发明涉及智能锁领域，具体地说，特别涉及到一种基于嵌入式系统的光信号智能锁。
背景技术
当前大部分民用锁具都是基于机械结构的传统锁匙设计，少部分锁具是基于电磁信号的磁卡锁。
磁卡门锁是由门禁控制器、读卡器、通讯转化器、门禁考勤软件和电子门锁组成。其读卡方式为非接触式读卡方式，持卡人只要将卡在读卡器附近(5～15厘米)快速晃动一次，读卡器就能感应到有卡并将卡中的信息(卡号)发送给主机。主机进行检查卡的合法性，然后决定是否进行开门动作。
电子门锁的工作原理是：在通电状态下，通过电子密码进行身份认证后，电子部件驱动电机转动，使离合器处于开门状态，扭动前把手，带动锁芯上的组合斜舌，从而实现开锁；或由电子部件驱动电机转动，直接带动门销从插孔中进入、拔出，从而实现上锁、开锁的动作。
当前大部分民用锁具都是基于机械结构的传统锁匙设计，具有容易复制，防盗性能差的缺点；少部分锁具是基于电磁信号的磁卡锁，而磁卡本身则容易被消磁，具有遗失或损坏后难以补救的缺点。
嵌入式系统技术，简称嵌入式，美国电气和电子工程师协会(IEEE)定义嵌入式系统为：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。嵌入式系统是一种专用计算机控制系统，在设计中作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统以控制程序的形式存储在嵌入式处理芯片的ROM中。事实上，所有带有数字接口的电子设备，如手机、手表、显示器、键盘、汽车等，都采用了嵌入式系统的设计，有些嵌入式系统还包含了操作系统，但大多数嵌入式系统设计都是依靠单个程序来实现整个控制逻辑。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于嵌入式系统的光信号智能锁，利用光的折射原理，通过可以折射光线的有序排列的透光晶片作为钥匙，当平行光透过钥匙时，以光信号读出密码。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于嵌入式系统的光信号智能锁，包括
钥匙，所述钥匙的主体为片状结构，在片状结构上嵌有若干透光晶体，光穿过晶体时会将刻录在钥匙上的信息以光信号的方式读出；
锁芯，在所述锁芯内设有激光模块和光电模块；
激光模块，所述激光模块包括若干激光管，激光管设置在锁芯内钥匙插入区域的一侧；光电模块，所述光电模块包括若干光电传感器，光电传感器设置在锁芯内钥匙插入区域的另一侧；
嵌入式系统，在所述嵌入式系统内存储有解锁密码；
电机驱动模块，所述电机驱动模块包括开锁电机，开锁电机的控制端与嵌入式系统的信号输出端连接，开锁电机用于控制锁芯转动。
设置在锁芯内钥匙插入区域一侧的若干激光光源、设置在钥匙上的若干用于折射光线的晶体、设置在锁芯内钥匙插入区域另一侧的若干光敏传感器、以及与光敏传感器信号输出端连接的嵌入式系统。
一种基于嵌入式系统的光信号智能锁的解锁方法，包括如下步骤：
将镶嵌有晶体的钥匙插入锁芯，锁芯内的若干激光光源发出光线照射在晶体上，光线经由晶体折射至锁芯内的密码区，在密码区内设置有若干光敏传感器，光敏传感器将接受到的光信号转化为高低电平信号，所有的高低电平信号组成钥匙的开锁密码，并发送给与光敏传感器连接的嵌入式系统，在嵌入式系统内存储有解锁密码，嵌入式系统用于发送控制信号给开锁电机；
若嵌入式系统接收到的开锁密码与嵌入式系统内存储的解锁密码相同，则嵌入式系统控制开锁电机打开锁芯；若嵌入式系统接收到的开锁密码与嵌入式系统内存储的解锁密码不相同，则嵌入式系统不会发送控制信号给开锁电机。
进一步的，所述开锁密码和解锁密码为由“1”和“0”组成的逻辑信息；
所述钥匙的开锁密码由设置在钥匙上的若干晶体折射光线至密码区的若干光敏传感器输出，若光敏传感器接收到光信号，则输出高电平信号，高电平信号表示逻辑“1”，若光敏传感器接没有收到光信号，则输出低电平信号，低电平信号表示逻辑“0”，所有光敏传感器输出的逻辑“1”和逻辑“0”组成钥匙的开锁密码。
进一步的，所述开锁密码和开锁密码为组合数为2的N次方，N为光电传感器发送的高低电平信号数量。
进一步的，所述嵌入式系统具有重复烧写功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.采用了透明晶体和塑料片，粘合制作了具有密码信息的钥匙模型，利用光的折射原理，使用激光模块将钥匙模型上的密码信息以光信号的形式读出，并照射在光电模块上，使之输出可以被控制芯片识别的逻辑电信号。
2.本发明实现了一种将光信号作为加密手段的智能锁，其优点是既可以像机械锁一样使用结构简单，易于制作的钥匙，又可以对钥匙进行复杂加密，使密码不会被轻易复制。
3.由于使用光信号作为加密手段，随着电路集成度的提升，元器件越来越小，智能锁密码的复杂程度也可以随之提升，从而大幅度提高锁具的安全性。
4.由于钥匙是简单的机械结构，所以不会像磁卡一样在某些情况下被消磁，并且具有良好的适应性和可修复性，比磁卡锁具更加便利、安全。
附图说明
图1为本发明所述的光信号智能锁的密码读取示意图。
图2为本发明所述的光信号智能锁的逻辑示意图
图3为本发明所述的光信号智能锁的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1至图3，本发明所述的一种基于嵌入式系统的光信号智能锁，包括钥匙，所述钥匙的主体为片状结构，在片状结构上嵌有若干透光晶体，光穿过晶体时会将刻录在钥匙上的信息以光信号的方式读出；
锁芯，在所述锁芯内设有激光模块和光电模块；
激光模块，所述激光模块包括若干激光管，激光管设置在锁芯内钥匙插入区域的一侧；光电模块，所述光电模块包括若干光电传感器，光电传感器设置在锁芯内钥匙插入区域的另一侧；
嵌入式系统，在所述嵌入式系统内存储有解锁密码；
电机驱动模块，所述电机驱动模块包括开锁电机，开锁电机的控制端与嵌入式系统的信号输出端连接，开锁电机用于控制锁芯转动。
设置在锁芯内钥匙插入区域一侧的若干激光光源、设置在钥匙上的若干用于折射光线的晶体、设置在锁芯内钥匙插入区域另一侧的若干光敏传感器、以及与光敏传感器信号输出端连接的嵌入式系统。
所述光信号智能锁的开锁原理如下：
将镶嵌有晶体的钥匙插入锁芯，锁芯内的若干激光光源发出光线照射在晶体上，光线经由晶体折射至锁芯内的密码区，在密码区内设置有若干光敏传感器，光敏传感器将接受到的光信号转化为高低电平信号，所有的高低电平信号组成钥匙的开锁密码，并发送给与光敏传感器连接的嵌入式系统，在嵌入式系统内存储有解锁密码，嵌入式系统用于发送控制信号给开锁电机；
若嵌入式系统接收到的开锁密码与嵌入式系统内存储的解锁密码相同，则嵌入式系统控制开锁电机打开锁芯；若嵌入式系统接收到的开锁密码与嵌入式系统内存储的解锁密码不相同，则嵌入式系统不会发送控制信号给开锁电机。
所述开锁密码和解锁密码为由“1”和“0”组成的逻辑信息；
所述钥匙的开锁密码由设置在钥匙上的若干晶体折射光线至密码区的若干光敏传感器输出，若光敏传感器接收到光信号，则输出高电平信号，高电平信号表示逻辑“1”，若光敏传感器接没有收到光信号，则输出低电平信号，低电平信号表示逻辑“0”，所有光敏传感器输出的逻辑“1”和逻辑“0”组成钥匙的开锁密码。
本发明中的钥匙采用纯机械结构，不包含任何电子器件，钥匙为嵌有透光晶体的片状结构，使用时锁芯内的光源会发出激光，透过钥匙上的晶体将刻录在钥匙上的信息以光信号的方式读出。
本发明采用了激光管作为光源，将一排激光管平行排布，使用时会射出平行的激光，使用激光管的优势在于：亮度高，光信号明显；光源为束状，容易组成平行光源，干扰信号小。
本发明采用了光敏电阻模块作为光电模块，主要功能为将从钥匙上读出的光信号转化为电信号，原理为：当光敏电阻不受到光照时，关断，模块输出低电平，当光敏电阻受到光照时，导通，模块输出高电平。通过这样的信号转化将钥匙上的信息转化为0和1的逻辑信息，从而实现密码的读取。
本发明采用了四相步进电机作为控制锁芯转动的电机，为了驱动步进电机，选用了ULN2003作为电机的驱动芯片，使用时将芯片接入5V电源，将四相的控制信号输入驱动芯片，驱动芯片会输出五路5V的驱动信号给电机，实现步进电机的控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于嵌入式系统的光信号智能锁，其特征在于，包括
钥匙，所述钥匙的主体为片状结构，在片状结构上嵌有若干透光晶体，光穿过晶体时会将刻录在钥匙上的信息以光信号的方式读出；
锁芯，在所述锁芯内设有激光模块和光电模块；
激光模块，所述激光模块包括若干激光管，激光管设置在锁芯内钥匙插入区域的一侧；光电模块，所述光电模块包括若干光电传感器，光电传感器设置在锁芯内钥匙插入区域的另一侧；
嵌入式系统，在所述嵌入式系统内存储有解锁密码；
电机驱动模块，所述电机驱动模块包括开锁电机，开锁电机的控制端与嵌入式系统的信号输出端连接，开锁电机用于控制锁芯转动。
设置在锁芯内钥匙插入区域一侧的若干激光光源、设置在钥匙上的若干用于折射光线的晶体、设置在锁芯内钥匙插入区域另一侧的若干光敏传感器、以及与光敏传感器信号输出端连接的嵌入式系统。
2.一种如权利要求1所述的基于嵌入式系统的光信号智能锁的解锁方法，其特征在于，包括如下步骤：
将镶嵌有晶体的钥匙插入锁芯，锁芯内的若干激光光源发出光线照射在晶体上，光线经由晶体折射至锁芯内的密码区，在密码区内设置有若干光敏传感器，光敏传感器将接受到的光信号转化为高低电平信号，所有的高低电平信号组成钥匙的开锁密码，并发送给与光敏传感器连接的嵌入式系统，在嵌入式系统内存储有解锁密码，嵌入式系统用于发送控制信号给开锁电机；
若嵌入式系统接收到的开锁密码与嵌入式系统内存储的解锁密码相同，则嵌入式系统控制开锁电机打开锁芯；若嵌入式系统接收到的开锁密码与嵌入式系统内存储的解锁密码不相同，则嵌入式系统不会发送控制信号给开锁电机。
3.根据权利要求2所述的基于嵌入式系统的光信号智能锁的解锁方法，其特征在于，所述开锁密码和解锁密码为由“1”和“0”组成的逻辑信息；
所述钥匙的开锁密码由设置在钥匙上的若干晶体折射光线至密码区的若干光敏传感器输出，若光敏传感器接收到光信号，则输出高电平信号，高电平信号表示逻辑“1”，若光敏传感器接没有收到光信号，则输出低电平信号，低电平信号表示逻辑“0”，所有光敏传感器输出的逻辑“1”和逻辑“0”组成钥匙的开锁密码。
4.根据权利要求2所述的基于嵌入式系统的光信号智能锁的解锁方法，其特征在于，所述开锁密码和开锁密码为组合数为2的N次方，N为光电传感器发送的高低电平信号数量。
5.根据权利要求2所述的基于嵌入式系统的光信号智能锁的解锁方法，其特征在于，所述嵌入式系统具有重复烧写功能。
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