CN112684745B - 一种低功耗毁钥装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗毁钥装置，所述装置包括主板区、电源区、毁钥模块、外部电源电池仓、前面板区、后面板区、左开盖键、右开盖健、前面板毁钥按键、进水传感器，所述前面板毁钥按键设置在所述前面板区上，所述左开盖键和右开盖键分别设置在连接于所述前面板区和后面板区之间的盖板两侧；所述毁钥模块通过接口与所述主板区的控制板进行信息交互；所述毁钥模块通过GPIO引脚分别与所述左开盖键、右开盖键、前面板毁钥按键、进水传感器电连接，用以使所述毁钥模块在接收到毁钥信号的开关量后进行毁钥操作。本发明实现了低功耗下的多种毁钥触发机制，通过上述信号量的检测和电路的配合，实现不同场景下的毁钥功能。

Description

一种低功耗毁钥装置
技术领域
本申请涉及安全设备技术领域，具体而言，涉及一种低功耗毁钥装置。
背景技术
目前，市面上的安全保密设备使用的安全防护功能大多数在主板上直接实现，并没有实现安全防护功能的模块化。这使得在实际使用过程中，很多主板的安全防护设计都是重复的，在实际使用过程中可能会互相产生冲突。同时，由于安全防护功能都是集成在主板上，无法单独针对安全防护功能相关模块进行调整设计，使得产品在安全防护的低功耗处理以及多电源切换处理上存在一定的设计缺陷，严重影响到了用户体验度，由于和主板的一体化也增加了设备后期维护费用，产品的安全可靠性也得不到有效保证。
发明内容
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种低功耗毁钥装置。该装置体积小、功耗低，集成了多种开关检测传感器，作为系统设备中的子模块，可以嵌入到用户安全密码设备当中，为整个设备提供长期、稳定、可靠的安全防护功能。装置的模块内部集成了多种供电模式，可以满足设备在不同的应用场景和环境下工作。当装置受到外界不法分子的攻击时，能够实时对系统状态进行检测和判断，并能快速地响应用户毁钥触发信号，将内部重要密钥信息第一时间进行销毁，及时给系统输出告警信号，通知设备管理人员。
第一方面，本申请实施例提供了一种低功耗毁钥装置，所述装置包括：主板区、电源区、毁钥模块、外部电源电池仓、前面板区、后面板区、左开盖键、右开盖健、前面板毁钥按键、进水传感器，所述前面板毁钥按键设置在所述前面板区上，所述左开盖键和右开盖键分别设置在连接于所述前面板区和后面板区之间的盖板两侧；所述毁钥模块通过接口与所述主板区的控制板进行信息交互；
所述毁钥模块通过GPIO引脚分别与所述左开盖键、右开盖键、前面板毁钥按键、进水传感器电连接，用以使所述毁钥模块在接收到毁钥信号的开关量后进行毁钥操作；
所述毁钥模块还与所述电源区、外部电源电池仓电连接，用以使所述毁钥模块能够进行多电源切换。
优选的，所述外部电源电池仓设置在所述装置外部。
优选的，所述毁钥模块包括微处理器模块、电源管理模块、电源自动切换电路、板级电源、电量检测电路、声光磁传感器；
所述微处理器模块用于对所述毁钥模块进行整体控制与信息管理；
所述电源管理模块用于实现外部电源DC-DC转换、所述外部电源电池仓的电池充电管理、所述板级电源的充电管理；
所述电源自动切换电路用于实现所述电源区、外部电源电池仓、板级电源的电源状态检测以及自动切换，且所述电源自动切换电路的供电优先级为电源区大于外部电源电池仓大于板级电源；
所述电量检测电路用于对所述外部电源电池仓进行实时电量检测，当电量低于预设阈值时，通过所述主板区进行声光警告。
优选的，所述电源管理模块中DC-DC转换芯片为低静态功耗LDO器件，用以完成+5V电源到+3.33V电源的转换；所述电源管理模块用以完成对所述外部电源电池仓的+4.2V电源的变压、充电和管理；
所述电源自动切换电路的芯片为低降压二极管器件；
所述电量检测电路选用电阻分压电路，用以结合所述微处理器模块端口的A/D转换功能来采集电阻分压得到的电压并转换为数字信号。
优选的，所述微处理器模块包括MCU微处理器，所述微处理器分别电连接有随机存储器、程序只读存储器、硬件看门狗电路、时钟电路、复位电路、RTC电路、定时器电路、I2C控制器电路、UART控制器电路。
本发明的有益效果为：1.提供了如左开盖检测、右开盖检测、进水检测、前面板按键检测、声光磁开关量检测等多种毁钥触发机制，通过上述信号量的检测和电路的配合，实现不同场景下的毁钥功能。
2.通过电源区、外部电源电池仓、板级电源的相互切换，提供了稳定的电源保障和可靠地无缝电源无缝切换。同时能够对外部电池电量进行实时检测，当外部电池电量达到预设预警值时，将通过主板区的主控板以声光信号的方式告知用户进行及时更换。
3.通过单独设置MCU微处理器进行控制管理，能够长期处于超低功耗的状态下运行，以极低的能源损耗，维持必要电路的正常工作。在设备断电的情况下，仅通过外部电源电池仓的电池供电就能持续工作2年以上，微处理器模块的维护调整方便、成本低、安全可靠性高。
4.提供敏感数据的可靠保存，当用户需要销毁数据时，可实现毫秒级擦除性能。
5.提供有I2C接口和UART通讯接口，保证存在足够的内部空间来存储敏感信息。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种低功耗毁钥装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的毁钥模块的组成示意框图；
图3为本申请实施例提供的微处理器模块的功能组成示意框图；
其中，1-主板区、2-电源区、3-风扇区、4-毁钥模块、5-外部电源电池仓、6-前面板区、7-后面板区、8-左开盖键、9-右开盖健、10-前面板毁钥按键、11-进水传感器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本发明内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
本发明的设计思路为：摒除了现有同类产品繁杂的电路结构，将实现毁钥功能的核心处理部分进行模块化设计，提高板级集成化程度的同时，也减少了模块的结构尺寸。由于将毁钥模块不与其他功能的主板集成于一体，以此最大化的减少装置的自身能源损耗，且毁钥模块内部低功耗器件的设置与多种电源优先级供电的设置，保证了无论装置其他部分断电与否，单独设置的毁钥模块能够持续稳定的通过传感器检测是否存在重要信息泄漏风险，进一步提升安全设备工作的可靠性。
参见图1，以一个实际应用场景为例，本申请装置大多应用在安全设备领域，为用户提供密钥存储空间和紧急情况下完成销毁的功能，所述装置包括：主板区1、电源区2、风扇区3、毁钥模块4、外部电源电池仓5、前面板区6、后面板区7、左开盖键8、右开盖健9、前面板毁钥按键10、进水传感器11，所述前面板毁钥按键10设置在所述前面板区6上，所述左开盖键8和右开盖键9分别设置在连接于所述前面板区6和后面板区7之间的盖板两侧。装置配合外部电池(放置在设备机壳上，内置一个电池仓)，方便用户不开设备盖板的情况下完成电池更换。当不法分子蓄意窃取或不可抗力因素来临，设备面临泄露重要信息情况时，设备提供了开盖检测、进水检测等传感器件，有效地阻止了此类事件给用户带来不可预估的损失。毁钥模块4的尺寸可以为80mm*30mm，优选通过I2C接口或者UART(RS232电平模式)接口与主板区1的控制板进行信息交互。在毁钥模块4外，通过一对电源线与外部电源电池仓5里的18650(约3700mAh)电池进行互联。毁钥模块4提供对外提供若干个GPIO引脚，与左开盖键8、右开盖键9、前面板毁钥按键10、进水传感器11进行互联，这些GPIO接受来自毁钥信号的开关量。当存在破坏装置的情况时，互联的各部件会检测到对应的电信号，并向毁钥模块4发送毁钥信号，以此控制毁钥模块4对重要信息进行销毁。
具体的，本装置对非法破坏的具体检测判断方式是，本装置在正式通电开始工作后，便不存在需要将装置拆开来取出其中芯片或模块的需求，即当有人尝试拆开或破坏本装置的外部结构时，说明存在不法分子或不可抗力因素导致内部信息安全存在隐患。由于毁钥模块4分别与左开盖键8、右开盖键9、前面板毁钥按键10、进水传感器11电连接，当有人想要拆解破坏装置外部结构时，左开盖键8、右开盖键9、前面板毁钥按键10中的至少一个会被触发而产生电信号传输至毁钥模块4中，毁钥模块4在接收到对应的电信号后便会销毁存储的重要信息。另外，当装置因为人为或不可抗力导致浸泡到水中时，可能会导致装置内的模块或芯片短路而损坏，为了避免装置被通过人为损坏、毁钥功能失效后取出模块修复的方式获得重要信息，进水传感器11在检测到装置内部存在液体时，同样也会发送电信号至毁钥模块4来使得毁钥模块4相应电信号而销毁数据。
在一种可实施方式中，如图2所示，毁钥模块4主要由下列模块组成：微处理器模块、电源管理模块、电源自动切换电路、板级电源、电量检测电路、声光磁传感器；
微处理器模块完成本发明装置的整体控制与管理功能，作为一个优选的实施方式，核心器件优选选用国产华大半导体生产的超低功耗32位MCU，运用内部可靠的SRAM和ROM资源，结合MCU内部的中断资源，对多种用户开关信号进行实时检测。电源管理模块实现外部电源DC-DC转换、外部电池充电管理、内部板级电源充电等功能，其DC-DC转换芯片优选选用低静态功耗LDO器件型号为AX1205，完成在线+5V电源到+3.33V电源的转换，外部电池充电管理集成了对外部+4.2V电源的变压和充电、管理功能，器件优选选用国产器件优选其型号为LN2053；电源自动切换电路实现在线电源、外部电池电源、内部板级电源的电源状态检测和自动切换功能。为了极大可能地降低器件本身的能源损耗，器件选用低压降的二极管器件，其芯片优选为1KE0.5A，该电路可以实现如下供电优先级：在线电源>外部锂电池电源>板级法拉电容电源。板级电源为了满足如下场景：当在线电源掉电，外部电池电源无法正常供电的情况下，板级电源可以为发明装置提供一到二个星期的短期的电源续行功能。电量检测电路对外部电池进行实时电量检测，当电量低于预定的阀值时，通过主板区的声、光告警的方式提醒用户进行电池更换，同时该电路也是为了避免消耗过多的板级能量，所以电量检测电路不选用当前主流的芯片，而是采用电阻分压电路并结合微处理器模块端口自带的A/D转换功能，实时将电阻分压得到的电压进行采集并及时转为数字信号。
具体的，毁钥模块中可以集成有声音传感器、亮度传感器和电磁传感器，也可以通过扩展接口来连接外部传感器，为装置提供分布式机械状态检测。同时，还能够对装置所处环境状态进行监测，当不法分子通过激光、电磁等非物理手段尝试让本装置失灵来窃取重要信息时，毁钥模块同样能够通过传感器来进行检测。当传感器检测到的声音、亮度、电磁等信号超出预设阈值时，即认为此时装置所处环境异常，为了信息安全，毁钥模块将销毁重要信息。
在一种可实施方式中，如图3所示，微处理器模块由微处理器(MCU)、随机存储器(SRAM)、程序只读存储器(ROM)、硬件看门狗电路(WDT)、时钟电路、复位电路、RTC电路、定时器电路、I2C控制器电路、UART控制器电路组成。
微处理器(Microcontroller Unit，MCU)优选采用华大半导体超低功耗系列器件，其型号为HC32L130。内部具有16KB的SRAM和64KB的FLASH。SRAM给程序保护区使用，用于存放密码分量(密钥信息)等，FLASH用于存储运行控制固件。硬件看门狗电路(WDT)作为微处理器内部集成电路，实时监测本发明装置的工作状态，一旦出现程序跑飞，死机的现象，该看门狗电路随后会进行自动复位工作，以维持系统的正常运行。时钟电路提供本发明装置系统工作时钟；复位电路提供整个模块的复位功能；RTC电路提供本板时钟信息的改变及保存功能。定时器电路实现微处理器内部的定时及计数功能。I2C控制器和UART控制器实现I2C及UART总线的接口功能。
本装置的具体工作过程为：工作时系统上电，本装置进入出厂态，通过微处理器的配置，装置依次进入初始态、就绪态。
(1)初始态下无密钥数据，也不启动开盖检测和销毁按键检测，等待主设备装载密钥数据。初始态下装置始终拉高输出引脚。装载密钥数据后，装置由初始态转换到就绪态。
(2)就绪态下装置FLASH中存储密钥数据，主设备可通过串口或I2C接口获取密钥数据。为确保安全，本装置始终处于低功耗状态，上述各种开关量信号处于无效状态。当发生上述事件，则触发中断事件，随后装置立即销毁密钥数据，切换到初始态，并拉低输出引脚。平时MCU在睡眠模式下消耗的电流只有10微安左右，在设备断电模式下，MCU由模块外部的锂电池(3700毫瓦时)供电。当外部电池电量耗尽时，电源管理模块会无缝切换成模块内部小尺寸锂电池(300毫瓦时)供电。此时本装置的微处理器(MCU)大部分时间处于睡眠模式以减少功耗，通过设置定时器，每500毫秒唤醒一次MCU，借助相关外设接口对外部传感器进行状态查询，根据查询结果和相关策略，对设备机械结构安全作出判断，若判断结果异常，则发出销毁等控制信号，若判断结果正常，MCU随即进入睡眠模式，完成一次唤醒检测过程。当设备处于供电模式下，MCU可一直工作在正常模式，检测机械机构安全。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (2)

1.一种低功耗毁钥装置，其特征在于，所述装置包括：主板区、电源区、毁钥模块、外部电源电池仓、前面板区、后面板区、左开盖键、右开盖健、前面板毁钥按键、进水传感器，所述前面板毁钥按键设置在所述前面板区上，所述左开盖键和右开盖键分别设置在连接于所述前面板区和后面板区之间的盖板两侧；所述毁钥模块通过接口与所述主板区的控制板进行信息交互；
所述毁钥模块通过GPIO引脚分别与所述左开盖键、右开盖键、前面板毁钥按键、进水传感器电连接，用以使所述毁钥模块在接收到毁钥信号的开关量后进行毁钥操作；
所述毁钥模块还与所述电源区、外部电源电池仓电连接，用以使所述毁钥模块能够进行多电源切换；
所述外部电源电池仓设置在所述装置外部；
所述毁钥模块包括微处理器模块、电源管理模块、电源自动切换电路、板级电源、电量检测电路、声光磁传感器；
所述微处理器模块用于对所述毁钥模块进行整体控制与信息管理；
所述电源管理模块用于实现外部电源DC-DC转换、所述外部电源电池仓的电池充电管理、所述板级电源的充电管理；
所述电源自动切换电路用于实现所述电源区、外部电源电池仓、板级电源的电源状态检测以及自动切换，且所述电源自动切换电路的供电优先级为电源区大于外部电源电池仓大于板级电源；
所述电量检测电路用于对所述外部电源电池仓进行实时电量检测，当电量低于预设阈值时，通过所述主板区进行声光警告；
所述电源管理模块中B-DC转换芯片为低静态功耗LDO器件，用以完成+5V电源到+3.33V电源的转换；所述电源管理模块用以完成对所述外部电源电池仓的+4.2V电源的变压、充电和管理；
所述电源自动切换电路的芯片为低降压二极管器件；
所述电量检测电路选用电阻分压电路，用以结合所述微处理器模块端口的A/D转换功能来采集电阻分压得到的电压并转换为数字信号；
其中，毁钥模块还包括扩展接口，所述扩展接口用来连接外部传感器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微处理器模块包括微处理器MCU，所述微处理器分别电连接有随机存储器、程序只读存储器、硬件看门狗电路、时钟电路、复位电路、RTC电路、定时器电路、I2C控制器电路、UART控制器电路。
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