CN113160458B - 一种基于tof技术和rfid技术的物联网智能锁及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁及其使用方法，包括专用钥匙和智能锁本体，所述智能锁本体包括MCU控制器、TOF摄像头、RFID读写器、通讯模块、电机、备用可充电电源模块、数据云端、按键模块、发声装置以及钥匙；所述TOF摄像头和RFID读写器通过识别钥匙上的雕刻区和RFID电子标签，并送入MCU控制器进行识别；若钥匙雕刻区的深度信息和RFID电子标签的二进制数据与MCU控制器中存储的数据匹配，则MCU控制器控制电机转动将卡子推出锁舌上的限位孔，使得人可以按下手柄带动锁舌打开智能锁；否则，智能锁将保持关闭、发出警告声并上传此次异常的相关数据。该智能锁可以通过通讯模块将实时开关状态和异常数据发送至数据云端，方便用户随时观看。

Description

一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种智能锁，具体涉及一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁及其使用方法。

背景技术

伴随着家具现代化、智能化的发展，人们对门锁的安全性能要求逐渐变高。传统机械门锁不仅体积较大，安装、维修过程繁琐，而且安全性能较差。而人脸识别、指纹识别、声纹识别等智能锁需要用到复杂的算法，且储存的数据又比较多，导致其成本较高，无法被广泛推广。

申请号为201611229969.1的实用新型所公开的一种电子智能锁，属于安防领域。本实用新型的技术方案是：包括RFID读卡器、锁处理器、第一开锁控制模块和第一级锁，所述RFID读卡器与锁处理器连接，锁处理器与第一开锁控制模块连接，第一开锁控制模块与第一级锁连接，其中：RFID读卡器用于获取电子钥匙的RFID芯片信息，并将RFID芯片信息发送至锁处理器；锁处理器用于接收RFID芯片信息，在判断获知RFID芯片信息验证通过之后，延时第一预设时间发送第一开锁信息至第一开锁控制模块；第一开锁控制模块用于根据所述第一开锁信息打开第一级锁。该实用新型缺陷在于电子钥匙的RFID信息可以被其他的RFID读卡器获取，从而导致安全性不足。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁及其使用方法。

一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，包括专用钥匙和智能锁本体；所述智能锁本体包括MCU控制器、TOF摄像头、RFID读写器、通讯模块、电机、备用可充电电源模块、数据云端、按键模块以及发声装置；

所述专用钥匙一面的矩形区域内凹刻有图案，用于被TOF摄像头识别，另一面贴有RFID电子标签，RFID读写器实现读取和改写其内部存储的二进制数据；

所述TOF摄像头与所述MCU控制器连接，用于采集专用钥匙凹刻图案中的深度信息并将其输入至MCU控制器中；

所述RFID读写器与所述MCU控制器连接，用于读取RFID电子标签中的信息并将其输入至所述MCU控制器中，并根据所述MCU控制器的指令改写RFID电子标签中的数据；

所述通讯模块与所述MCU控制器连接，用于将所述MCU控制器内存储的信息上传至数据云端；

所述电机通过电机驱动模块与所述MCU控制器连接，用于在钥匙匹配时，将金属卡子拉出或推入限位孔；

所述备用可充电电源模块与所述MCU控制器连接，用于在断电时作为所述MCU控制器的备用电源；

所述发声装置与所述MCU控制器连接，用于在检测到与设备不匹配的钥匙时发出警报。

进一步地，所述MCU控制器为单片机STM32F103C8T6。

进一步地，所述RFID读写器用于检测钥匙是否放置到位和识别其电子标签，进而触发解锁动作和读写电子标签。

进一步地，所述TOF摄像头用于识别钥匙雕刻区的深度信息。

进一步地，所述通讯模块的通信方式包括WIFI和NB-IoT，所述数据云端为互联网云端数据库。

一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁使用方法，用于任一项所述的一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，包括以下步骤：

S1、MCU控制器初始化，完成TOF摄像头、RFID读写器的初始化以及通讯模块的无线通信测试；

S2、RFID检测是否有电子标签，检测到之后发送中断信号唤醒MCU控制器，MCU控制器唤醒智能锁开始准备开关锁；

S3、MCU控制器检测RFID读写器从电子标签读取到的数据，若数据不符，则发出警报，上传异常数据到数据云端；

S4、MCU控制器检测TOF摄像头识别到的钥匙雕刻区的深度信息，再将深度信息转换为二进制数据，将钥匙的雕刻区深度信息和MCU控制器事先存储的深度信息进行比对，若二者匹配，进行下一步；否则发出警报，上传异常数据到数据云端；

S5、MCU控制器对电机转向标志位取反，输出PWM波驱动电机转动，电机转动推入或拉出金属卡子，门的金属把手对应地带动自弹式锁舌开门或关门；

S6、发出开门或锁门的嘀声，并向数据云端更新开关状态。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明可以通过TOF技术和RFID两种技术来提升电子智能锁的安全级别，通过无线通讯模块远程监控智能锁的开关状态；(2)本发明通过该通讯模块上传检测到的不匹配的钥匙信息和时间日期，以此警醒用户，相较于传统机械锁，本发明的安全级别更高，并且简化了锁体的机械结构；相较于指纹识别、人脸识别、声纹识别等智能锁，在保证安全性的前提下降低了算法复杂度和硬件开支。

附图说明

图1是本发明实施例的系统总体框架图；

图2是本发明专用钥匙的示意图；

图3是本发明实施例的系统工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

本发明的公开了一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁及其使用方法；

一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，包括智能锁本体和专用钥匙，所述智能锁本体包括MCU控制器、TOF摄像头、RFID读写器、通讯模块等重要电子装置以及金属导轨、金属卡子、自弹式锁舌等金属机械装置。所述专用钥匙一面的矩形区域内凹刻有图案，图案信息可被TOF摄像头识别，另一面贴有RFID电子标签，其内部存储的二进制数据可被RFID读写器读取和改写。

请参考图1，所述智能锁用于检测钥匙是否匹配的传感器有TOF摄像头和RFID读写器，RFID读写器从钥匙背面的电子标签中读取数字密钥，TOF摄像头通过拍摄钥匙正面获取雕刻区的深度信息，该深度信息中包含了数字信息，作为验证数据的一部分；

所述RFID读写器与所述MCU控制器连接，用于将读取到的RFID电子标签信息输入到所述MCU控制器内，并根据所述MCU控制器的指令改写RFID电子标签中的数据；

所述通讯模块与所述MCU控制器连接，用于将所述MCU控制器内存储的信息上传至数据云端；

所述电机通过电机驱动模块与所述MCU控制器连接，用于在钥匙匹配时，将金属卡子拉出或推入限位孔；

所述备用可充电电源模块与所述MCU控制器连接，用于在断电时作为所述MCU控制器的备用电源；

所述发声装置与所述MCU控制器连接，用于在检测到与设备不匹配的钥匙时发出警报。

所述MCU控制器为单片机STM32F103C8T6。

所述通讯模块的通信方式包括WIFI和NB-IoT，所述数据云端为互联网云端数据库。

请参考图2，在所述专用钥匙的正面的中央矩形区域H内，凹刻有图案，将该矩形区域等分为若干个矩形区域S，H区域的三个角的S区保持与钥匙正面边缘平齐，作为读取深度信息时的校准点。H区域内除去这三个校准点的其余区域作为雕刻区，以校准点为参考，雕刻区的各个S区都有一个相对的深度，该深度的数值总是一个长度L的整数倍X(X＝1,2,3,,,,N N>1)，L取决于TOF摄像头对距离(深度信息)的识别精度且略大于该精度，钥匙的厚度大于N乘L，故为方便携带钥匙，N应尽量取小值。

由此，该钥匙类似于二维码，可包含数字信息，但由于上述设计要求中N可以大于等于2，钥匙的单位区域S可以包含进制为2以上的数据，并且由于是立体凹刻，该钥匙不易被复制。

请参考图3，一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁的使用方法如下：

S1、MCU控制器初始化，完成TOF摄像头、RFID读写器的初始化以及通讯模块的无线通信测试；

S2、RFID检测是否有电子标签，检测到之后发送中断信号唤醒MCU控制器，MCU控制器唤醒智能锁开始准备开关锁；

S3、MCU控制器检测RFID读写器从电子标签读取到的数据，若数据不符，则发出警报，上传异常数据到数据云端；

S4、MCU控制器检测TOF摄像头识别到的钥匙雕刻区的深度信息，再将深度信息转换为二进制数据，将钥匙的雕刻区深度信息和MCU控制器事先存储的深度信息进行比对，若二者匹配，进行下一步；否则发出警报，上传异常数据到数据云端；

S5、MCU控制器对电机转向标志位取反，输出PWM波驱动电机转动，电机转动推入或拉出金属卡子，门的金属把手对应地带动自弹式锁舌开门或关门；

S6、发出开门或锁门的嘀声，并向数据云端更新开关状态。

本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，其特征在于，包括专用钥匙和智能锁本体；所述智能锁本体包括MCU控制器、TOF摄像头、RFID读写器、通讯模块、电机、备用可充电电源模块、数据云端、按键模块以及发声装置；

所述专用钥匙一面的矩形区域内凹刻有图案，用于被TOF摄像头识别，另一面贴有RFID电子标签，RFID读写器实现读取和改写其内部存储的二进制数据；在所述专用钥匙的正面的中央矩形区域H内，凹刻有图案，将该矩形区域等分为若干个矩形区域S，H区域的三个角的S区保持与钥匙正面边缘平齐，作为读取深度信息时的校准点；H区域内除去这三个校准点的其余区域作为雕刻区，以校准点为参考，雕刻区的各个S区都有一个相对的深度，该深度的数值总是一个长度L的整数倍X(X＝1,2,3,,,,N，N>1)；

所述TOF摄像头与所述MCU控制器连接，用于采集专用钥匙凹刻图案中的深度信息并将其输入至MCU控制器中；

所述RFID读写器与所述MCU控制器连接，用于读取RFID电子标签中的信息并将其输入至所述MCU控制器中，并根据所述MCU控制器的指令改写RFID电子标签中的数据；

所述通讯模块与所述MCU控制器连接，用于将所述MCU控制器内存储的信息上传至数据云端；

所述电机通过电机驱动模块与所述MCU控制器连接，用于在钥匙匹配时，将金属卡子拉出或推入限位孔；

所述备用可充电电源模块与所述MCU控制器连接，用于在断电时作为所述MCU控制器的备用电源；

所述发声装置与所述MCU控制器连接，用于在检测到与设备不匹配的钥匙时发出警报。

2.根据权利要求1所述的一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，其特征在于，所述MCU控制器为单片机STM32F103C8T6。

3.根据权利要求1所述的一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，其特征在于，所述RFID读写器用于检测钥匙是否放置到位和识别其电子标签，进而触发解锁动作和读写电子标签。

4.根据权利要求1所述的一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，其特征在于，所述TOF摄像头用于识别钥匙雕刻区的深度信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，其特征在于，所述通讯模块的通信方式包括WIFI和NB-IoT，所述数据云端为互联网云端数据库。

6.一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁使用方法，用于如权利要求1-5任一项所述的一种基于TOF技术和RFID技术的物联网智能锁，其特征在于，包括以下步骤：

S1、MCU控制器初始化，完成TOF摄像头、RFID读写器的初始化以及通讯模块的无线通信测试；

S2、RFID检测是否有电子标签，检测到之后发送中断信号唤醒MCU控制器，MCU控制器唤醒智能锁开始准备开关锁；

S3、MCU控制器检测RFID读写器从电子标签读取到的数据，若数据不符，则发出警报，上传异常数据到数据云端；

S4、MCU控制器检测TOF摄像头识别到的钥匙雕刻区的深度信息，再将深度信息转换为二进制数据，将钥匙的雕刻区深度信息和MCU控制器事先存储的深度信息进行比对，若二者匹配，进行下一步；否则发出警报，上传异常数据到数据云端；

S5、MCU控制器对电机转向标志位取反，输出PWM波驱动电机转动，电机转动推入或拉出金属卡子，门的金属把手对应地带动自弹式锁舌开门或关门；

S6、发出开门或锁门的嘀声，并向数据云端更新开关状态。