CN112150672A - 一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统，包括中心控制单元、电子锁、摄像头、门磁传感器、移动终端和管理平台，管理平台通过电子地图显示所有智能门锁的地理位置，对移动终端和电子锁进行绑定，移动终端仅能够开启绑定到自身的电子锁。中心控制单元控制和感知电子锁、摄像头、门磁传感器的状态，自动进行门锁异常状态的判定并给出告警。本发明公开的组合移位时间异步算法，工程实现简单、加密性强，且不同于传统的加密算法密码攻击方式较多，相对更安全可靠。本发明为用户提供了更加简单易用、权责清晰、异常状态实时感知判定、可做到事后追溯的智能门锁系统，在方便用户使用的同时，能够对意图破坏箱体的行为人构成警示和震慑。

Description

一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统

技术领域

本发明涉及一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统。

背景技术

城市路面上有很多铁皮箱，比如信号机箱、电信设备箱、电箱等，这类铁皮箱存在这样一些问题。第一，锁门过程繁琐，容易发生门关锁开现象，造成箱内设备被人为破坏。第二，机械锁结构简单、钥匙通用，社会上具备开锁钥匙的人比比皆是，现有锁具形同虚设。第三，对于箱子恶意破坏行为，没有视频抓拍收集证据，无法做到责任追溯，无法形成警示和震慑。第四，没有门锁异常状态判断，不能及时发现门被撬开或锁未锁死等情况。第五，没有权限管理，无法对箱子归属权、使用权进行细分管理。

而市面上的一些智能门锁，主要针对家庭防盗门进行设计，解决视频通话、远程控制、防盗、防意外关门等问题，没有实现视频智能抓拍、门锁异常状态判定等功能，无法满足上述使用需求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是实现一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统，并通过创新性组合移位时间异步加密算法保证通信安全。所述系统包括中心控制单元、电子锁、摄像头、门磁传感器、移动终端、管理平台；

所述中心控制单元用于，与电子锁、门磁传感器和摄像头通信，并向电子锁发送开锁指令以及获取电子锁的状态、向摄像头发送拍照指令以及获取所拍摄图片、获取门磁传感器数据；

中心控制单元采用FPGA+ARM双核异构架构，具备互联网、RS232、普通输入/输出(Input/Output)端口、蓝牙等多种通信方式，且能够通过普通输入/输出(Input/Output)端口与电子锁和门磁传感器通信，通过RS232与摄像头通信，实现向电子锁发送开锁指令以及获取电子锁的状态、向摄像头发送拍照指令以及获取所拍摄图片、获取门磁传感器数据的效果。

所述摄像头用于抓拍开门人员的面部图片；

所述门磁传感器用于判断门的开关状态；

所述移动终端通过无线通信方式向中心控制单元发送密文开锁指令，所述密文开锁指令通过组合移位时间异步加密算法实现；

所述管理平台对移动终端和电子锁进行绑定，移动终端仅能够开启绑定到自身的电子锁。

在移动终端上能够搜索该移动终端能够开启的电子锁，并选中其中任意一个。

所述管理平台能够通过电子地图显示所有安装所述智能门锁系统的机箱的地理位置。

系统定义了一种自动判定门锁异常状态的标准和方法，具体包括：

门锁的状态包括门开锁开、门开锁关、门关锁开、门关锁关、长时间门开锁开、长时间门关锁开共6种；

门锁的异常状态包括门开锁关、长时间门开锁开、长时间门关锁开共3种。

由中心控制单元获取电子锁的状态和门磁传感器的数据后进行门锁异常状态的判定：

判定1、当门磁传感器处于分离状态、电子锁处于关闭状态时，立即判定为异常状态；

判定2、当门磁传感器处于分离状态、电子锁处于打开状态超过N(N≥30)分钟时，判定为异常状态；

判定3、当门磁传感器处于合并状态、电子锁处于打开状态超过N(N≥30)分钟时，判定为异常状态。

系统开门的方法为：

步骤1：在移动终端上搜索需要打开的电子锁并选中，此时出现一键开锁按钮；

步骤2：点击一键开锁按钮，发送开锁指令；

步骤3：中心控制单元通过互联网或蓝牙收到开锁指令，将开锁指令通过普通输入、输出端口(Input/Output)发送给电子锁；

步骤4：电子锁收到开锁指令，自身处于可打开状态，此时移动终端上显示：门关锁关；

步骤5：手动按压电子锁体，打开电子锁，此时移动终端上显示：门关锁开；

步骤6：手动打开门，此时移动终端上显示：门开锁开。

所述组合移位时间异步加密算法具体包括：

定义报文格式，时间占6个字节，1个字节的位宽是8，24小时制，如2019年12月23日16时28分59秒，表示方式为{19，12，23，16，28，59}；数据长度占2个字节，范围是[1，490]，高八位在前，低八位在后，如4，表示为{0，4}；数据N个字节，上述举例数据长度是4，假定数据内容为{34，56，78，99}；最后2个字节是CRC16校验值，高八位在前，低八位在后，是时间、数据长度、数据总的CRC16校验值，如200，表示为{0，200}；则总的数据序列为{19，12，23，16，28，59，0，4，34，56，78，99,0，200}。

进行加密计算，步骤包括：

步骤a1，管理平台通过NTP网络时间协议服务器取当前时间，计算时间加密因子，字节内循环左移k位加密因子计算方法是将当前时间的秒数sec对7取余，再加1，则k取值范围是[1，7]，公式为k＝(sec％7)+1；

步骤a2，字节间循环左移m个字节的加密因子计算方法为：先计算当前时间的小时数hour、分钟数min、秒数sec的总和M，如果M小于报文序列的总字节数L，则m＝M；如果M大于等于报文序列的总字节数L，则m＝M/L+1；

步骤a3，对于原始报文序列(原始报文序列即需要发送的数据按上述报文格式进行组合得到的报文序列)A_L的各个字节，先对字节内的位进行循环左移，公式为a>>(8-k)|a<<k，其中a表示1个字节长度的数据，<<为左移运算符，>>为右移运算符；再对序列的字节进行字节间的循环左移，公式为A_L>>(L-m)|A_L<<m；

步骤a4，经过步骤a3后，得到密文报文B_L，由管理平台发送给中心控制单元；

最后进行解密计算，步骤包括：

步骤b1，收到密文报文B_L时，中心控制单元通过全球定位系统GPS授时拿到当前时间T1，根据当前时间按步骤a1和步骤a2的公式计算出解密因子k与m；

步骤b2，对于密文报文B_L的各个字节，先对字节内的位进行循环右移，公式为b<<(8-k)|b>>k，b表示1个字节长度的数据；再对序列的字节进行字节间的循环左移，公式为B_L<<(L-m)|B_L>>m；

步骤b3，经过步骤b1、步骤b2后，得到明文报文C_L，将T1与C_L序列中前6个字节的时间time进行比较，如果一致，说明解密正确，明文报文C_L是原始报文序列A_L；如果不一致，明文报文C_L不是原始报文序列A_L，说明数据传输有延迟，需要重新计算解密因子；

步骤b4，将T1减去1秒，按步骤b1、步骤b2重新计算，得到明文报文C_L，将T1与C_L序列中前6个字节的时间time进行比较，如果一致，说明解密正确，数据延迟1秒；如果仍不一致，说明数据延迟较大或者是外部攻击发的伪报文，做丢弃处理。

有益效果：本发明通过对移动终端和电子锁进行绑定，实现移动终端多对多灵活开锁，在满足多样化授权需求的同时，做到权责清晰；通过对门锁异常状态的自动判定，及时发现忘记关门锁、关门忘关锁、门被暴力撬开等情况，配合视频智能抓拍功能，实现对箱体内物品的有效保护；创新性提出了组合移位时间异步加密算法，该算法工程实现简单、加密性强，且不同于传统的加密算法密码攻击方式较多，相对更安全可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是中心控制单元与其它设备之间的关系图。

图2是本发明的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统，包括中心控制单元、电子锁、摄像头、门磁传感器、移动终端、管理平台。本发明的中心控制单元预留多类接口，除与必备的电子锁、摄像头、门磁传感器连接外，还可连接温湿度传感器、GPS、断电检测器等设备，提供额外的功能。

如图2所示，本发明系统的工作流程如下：

管理平台可对移动终端和电子锁进行绑定，移动终端仅能够开启绑定到自身的电子锁；

在移动终端上搜索该终端能够开启的电子锁并选中其中某一个，此时出现“一键开锁”按钮；

点击“一键开锁”按钮，通过组合移位时间异步加密算法，做加密处理后发送密文开锁指令；

中心控制单元通过无线通信方式收到密文开锁指令，按照组合移位时间异步加密算法进行解密，对解密后的明文进行校验，校验通过后，将开锁指令通过普通输入/输出(Input/Output)端口发送给电子锁；

电子锁收到开锁指令，自身处于可打开状态，此时移动终端上显示“门关锁关”；

手动按压电子锁体，打开电子锁，此时移动终端上显示“门关锁开”；

手动打开门，此时移动终端上显示“门开锁开”。

由中心控制单元获取电子锁的状态和门磁传感器的数据后进行门锁异常状态的判定：

判定1、当门磁传感器处于分离状态、电子锁处于关闭状态时，立即判定为异常状态；

判定2、当门磁传感器处于分离状态、电子锁处于打开状态超过N(N≥30)分钟时，判定为异常状态；

判定3、当门磁传感器处于合并状态、电子锁处于打开状态超过N(N≥30)分钟时，判定为异常状态。

组合移位时间异步加密算法实现方法如下：

首先定义报文格式，如下表1所示，时间占6个字节(1个字节的位宽是8)，24小时制，如2019年12月23日16时28分59秒，表示方式为{19，12，23，16，28，59}；数据长度占2个字节，范围是[1，490]，高八位在前，低八位在后，如4，表示为{0，4}；数据N个字节，上述举例数据长度是4，假定数据内容为{34，56，78，99}；最后2个字节是CRC16校验值，高八位在前，低八位在后，是时间、数据长度、数据总的CRC16校验值，如200，表示为{0，200}；则总的数据序列为{19，12，23，16，28，59，0，4，34，56，78，99,0，200}。

表1

然后进行加密计算，步骤为：

步骤a1，平台通过NTP服务器取当前时间，计算时间加密因子。字节内循环左移k位加密因子计算方法是将当前时间的秒数sec对7取余，再加1，可知k取值范围是[1，7]，公式为k＝(sec％7)+1；

步骤a2，字节间循环左移m个字节的加密因子计算方法，先计算当前时间的小时数hour加分钟数min加秒数sec的总和M，若M小于报文序列的总字节数L，则m＝M；若M大于等于报文序列的总字节数L，则m＝M/L+1；

步骤a3，原始报文序列A_L的各个字节，先对字节内的位进行循环左移；公式为a>>(8-k)|a<<k；再对序列的字节进行字节间的循环左移；公式为A_L>>(L-m)|A_L<<m；步骤a4，经过步骤a3后，得到密文报文B_L，由平台发送给中心控制单元。

最后进行解密计算，步骤为：

步骤b1，收到密文报文B_L时，中心控制单元通过GPS授时拿到当前时间T1，根据当前时间按步骤a1和步骤a2的公式计算出解密因子k与m；

步骤b2，序列B_L的各个字节，先对字节内的位进行循环右移，公式为b<<(8-k)|b>>k；再对序列的字节进行字节间的循环左移；公式为B_L<<(L-m)|B_L>>m；

步骤b3，经过步骤b1、步骤b2后，得到明文报文C_L，将T1与C_L序列中前6个字节的时间time进行比较，若一致，说明解密正确，明文报文C_L是原始报文序列A_L；若不一致，明文报文C_L不是原始报文序列A_L，说明数据传输有延迟，需要重新计算解密因子。

步骤b4，将T1减去1秒，按步骤b1、步骤b2重新计算，得到明文报文C_L，将T1与C_L序列中前6个字节的时间time进行比较，若一致，说明解密正确，数据延迟1秒；若仍不一致，说明数据延迟较大或者是外部攻击发的伪报文，做丢弃处理。

本发明提供了一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种自动判定门锁异常状态的智能门锁系统，其特征在于，包括中心控制单元、电子锁、摄像头、门磁传感器、移动终端、管理平台；

所述中心控制单元用于，与电子锁、门磁传感器和摄像头通信，并向电子锁发送开锁指令以及获取电子锁的状态、向摄像头发送拍照指令以及获取所拍摄图片、获取门磁传感器数据；

所述摄像头用于抓拍开门人员的面部图片；

所述门磁传感器用于判断门的开关状态；

所述移动终端向中心控制单元发送密文开锁指令，所述密文开锁指令通过组合移位时间异步加密算法实现；

所述管理平台对移动终端和电子锁进行绑定，移动终端仅能够开启绑定到自身的电子锁。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在移动终端上能够搜索该移动终端能够开启的电子锁，并选中其中任意一个。

3.根据权利要求2所述的智能门锁系统，其特征在于，所述管理平台能够通过电子地图显示所有安装所述智能门锁系统的机箱的地理位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，系统定义了一种自动判定门锁异常状态的标准和方法，具体包括：

门锁的状态包括门开锁开、门开锁关、门关锁开、门关锁关、长时间门开锁开、长时间门关锁开共6种；

门锁的异常状态包括门开锁关、长时间门开锁开、长时间门关锁开共3种。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，由中心控制单元获取电子锁的状态和门磁传感器的数据后进行门锁异常状态的判定：

判定1、当门磁传感器处于分离状态、电子锁处于关闭状态时，立即判定为异常状态；

判定2、当门磁传感器处于分离状态、电子锁处于打开状态超过N分钟时，判定为异常状态；

判定3、当门磁传感器处于合并状态、电子锁处于打开状态超过N分钟时，判定为异常状态。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，系统开门的方法为：

步骤1：在移动终端上搜索需要打开的电子锁并选中；

步骤2：发送开锁指令；

步骤3：中心控制单元通过互联网或蓝牙收到开锁指令，将开锁指令通过普通输入、输出端口发送给电子锁；

步骤4：电子锁收到开锁指令，自身处于可打开状态，此时移动终端上显示：门关锁关；

步骤5：手动按压电子锁体，打开电子锁，此时移动终端上显示：门关锁开；

步骤6：手动打开门，此时移动终端上显示：门开锁开。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述组合移位时间异步加密算法具体包括：

定义报文格式，时间占6个字节，24小时制；数据长度占2个字节，范围是[1，490]，高八位在前，低八位在后；数据N个字节；最后2个字节是CRC16校验值，高八位在前，低八位在后，是时间、数据长度、数据总的CRC16校验值；

进行加密计算，步骤包括：

步骤a1，管理平台通过NTP网络时间协议服务器取当前时间，计算时间加密因子，字节内循环左移k位加密因子计算方法是将当前时间的秒数sec对7取余，再加1，则k取值范围是[1，7]，公式为k＝(sec％7)+1；

步骤a2，字节间循环左移m个字节的加密因子计算方法为：先计算当前时间的小时数hour、分钟数min、秒数sec的总和M，如果M小于报文序列的总字节数L，则m＝M；如果M大于等于报文序列的总字节数L，则m＝M/L+1；

步骤a3，对于原始报文序列A_L的各个字节，先对字节内的位进行循环左移，公式为a>>(8-k)|a<<k，其中a表示1个字节长度的数据，<<为左移运算符，>>为右移运算符；再对序列的字节进行字节间的循环左移，公式为A_L>>(L-m)|A_L<<m；

步骤a4，经过步骤a3后，得到密文报文B_L，由管理平台发送给中心控制单元；

最后进行解密计算，步骤包括：

步骤b1，收到密文报文B_L时，中心控制单元通过全球定位系统GPS授时拿到当前时间T1，根据当前时间按步骤a1和步骤a2的公式计算出解密因子k与m；

步骤b2，对于密文报文B_L的各个字节，先对字节内的位进行循环右移，公式为b<<(8-k)|b>>k，b表示1个字节长度的数据；再对序列的字节进行字节间的循环左移，公式为B_L<<(L-m)|B_L>>m；

步骤b3，经过步骤b1、步骤b2后，得到明文报文C_L，将T1与C_L序列中前6个字节的时间time进行比较，如果一致，说明解密正确，明文报文C_L是原始报文序列A_L；如果不一致，明文报文C_L不是原始报文序列A_L，说明数据传输有延迟，需要重新计算解密因子；

步骤b4，将T1减去1秒，按步骤b1、步骤b2重新计算，得到明文报文C_L，将T1与C_L序列中前6个字节的时间time进行比较，如果一致，说明解密正确，数据延迟1秒；如果仍不一致，说明数据延迟较大或者是外部攻击发的伪报文，做丢弃处理。

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