CN207489131U - 一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，通过手机扫描该控制系统输出的动态二维码来发送声波解锁指令进行解锁。系统包括手机、E‑ink屏、MCU、麦克风接收电路、滤波电路、信号放大电路、信号整形电路、供电电池、电机驱动模块、解锁执行机构、机械解锁结构和锁体外壳。手机软件扫描E‑ink屏的二维码，通过算法输出对应的解码声波。声波指令经声波接收处理电路后输入给MCU，MCU判断与其通过二维码产生的声波信号是否一致。若一致，则解锁执行机构开锁，并通过动态随机密码算法更新二维码；若不一致，则不动作。解锁过程只需手机扫码动态二维码和声波通讯进行解锁，无需建立无线通讯，通过动态二维码的形式加密，使开锁变得更安全。

Description

一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种电子开锁系统，尤其涉及一种手机扫码并使用声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统。

背景技术

传统的机械锁虽然经过长久的发展，但其性能受其自身结构的限制，已经不能满足现代人对锁智能化，安全化，可靠性的追求。电子密码锁虽然克服了机械锁携带钥匙，操作复杂的缺点，但从目前应用来说，其功耗、待机时间、可靠性和安全性远远不够。利用声波解锁可使开锁变得更加低功耗和便捷可靠，而且技术逐渐成熟。随着智能手机的普及，通过手机扫描控制器显示的动态二维码并通过手机与电子锁的声波通讯进行解锁的方式，使得电子锁变得更加方便、安全。

发明内容

本实用新型的目的：提出一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，可以通过手机扫描该控制系统输出的动态二维码，手机发送声波解锁指令，控制系统接收声波解锁指令，指令正确则控制机械结构进行解锁，开锁结束后通过动态随机密码算法更新输出的二维码。利用声波解锁最终可使开锁变得更加低功耗和便捷可靠。

为实现本实用新型的目的，技术方案为：

手机APP软件扫描控制器MCU输出的到墨水屏（E-ink屏）的二维码后，通过内部软件算法解码，并通过手机喇叭输出对应的解码声波。手机喇叭发出的声波指令经过麦克风接收电路接收后，再将信号输入带通滤波电路滤除干扰信号。将信号放大后输入到信号整形电路经处理变成方波信号。将处理后的数字解码信号输入给MCU，MCU采集后判断与其通过二维码产生的声波信号是否一致。若产生的信号一致，则通过电机驱动模块驱动解锁执行机构使其开锁，并通过动态随机密码算法更新输出的二维码；若不一致，则不产生动作。整个解锁过程只需要手机扫码动态二维码和声波通讯进行解锁的方式，无需建立无线通讯。

有益效果

本实用新型公开了一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，包括手机、MCU、E-ink屏、麦克风接收电路、滤波电路、信号放大电路、信号整形电路、供电电池、电机驱动模块、解锁执行机构、弹簧、带凹槽的锁梁、锁的机械结构和锁体外壳。手机扫描二维码后，通过算法解码后，将开锁指令转换成一段声波解锁指令信号，将信号经滤波、放大、整形等处理后经MCU接收后判断信号吻合后开锁，提高了装置的安全性。与此同时通过MCU动态随机密码算法处理，更新二维码，采用动态二维码的形式，保证了开锁的可靠性。E-ink屏只在更新二维码显示时耗电，不进行刷新时功耗几乎为0，而且整体电路采用单电源供电，极大的降低了功耗。整个系统不仅无需无线通讯，而且省去了按键密码的繁琐，使开锁更加方便快速。

有益效果的主要体现方面：1. 整体电路采用低功耗设计，增加了电子锁的使用寿命。声波信号处理电路采用单电源供电，并且采用超低功耗的E-ink屏，只有在更新二维码时消耗电能。

2. 采用声波通讯方式解锁，声波通讯解锁是一种被动式采集信号装置，无需与手机建立无线通讯连接，简化了开锁的方法，降低了解锁的功耗。

3. 动态随机密码算法产生动态二维码使电子锁更安全可靠。声波通讯校验正确后，通过MCU内置的动态随机密码算法，每次完成动作后更新二维码，使得开锁变得更加安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统的总体示意图。

图2为本实用新型一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统的声波接收处理电路图。

1：手机；2：E-ink屏；3：MCU；4：麦克风接收电路；5：滤波电路；6：信号放大电路；7：信号整形电路；8：供电电池；9：电机驱动模块；10：解锁执行机构；11：弹簧；12：带凹槽的锁梁；13：声波信号接收处理电路；14：锁的机械结构；15：锁体外壳。

具体实施方式：

一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，如图1所示，包括手机（1）、E-ink屏（2）、MCU（3）、麦克风接收电路（4）、滤波电路（5）、信号放大电路（6）、信号整形电路（7）、供电电池（8）、电机驱动模块（9）、解锁执行机构（10）、弹簧（11）、带凹槽的锁梁（12）、声波信号接收处理电路（13）、锁的机械结构（14）、锁体外壳（15）。MCU（3）产生二维码显示在E-ink屏（2）上，手机（1）摄像头扫描二维码后，手机（1）APP软件进行解码并通过其喇叭发送声波解锁指令，声波由麦克风接收电路（4）接收。麦克风接收电路（4）的Out脚与滤波电路（5）的In脚连接，滤波电路（5）的Out脚与信号放大电路（6）的In脚连接，信号放大电路（6）的Out脚与整形电路（7）的In脚连接，整形电路（7）的Vout脚与MCU（3）的外部中断INT0脚连接。MCU（3）的V1脚与解锁执行机构（10）的SQ2连接，V2脚与解锁执行机构（10）的SQ1连接。 MCU（3）的V3脚与电机驱动模块（9）的In1脚连接，V4脚与电机驱动模块（9）的In2脚连接。电机驱动模块（9）的Out1脚、Out2脚分别与解锁执行机构（10）中电机的正转脚和反转脚连接。供电电池（8）的正极整个电路VCC连接，负极与GND连接。

工作原理：该电子锁系统中，手机（1）APP软件扫描MCU（3）上E-ink屏（2）的二维码后，通过手机（1）喇叭发送声波解锁指令，解锁指令是由1.8KHz和2KHz两个频率组成的频移键控调制（FSK）声波。在本系统中，采用1.8KHz的载波频率代表“0”，2KHz的载波频率代表“1”。为了让每一位信号切换之间减少相位的不连续，同时发送足够多的信号以便MCU（3）输入端采集。选定每一位信号的发送时间为10ms，即在1.8KHz下会发送18个方波，2KHz下会发送20个方波。麦克风接收电路（4）接收后经过滤波电路（5），信号放大电路（6），信号整形电路（7）的处理后，由MCU（3）的外部中断口INT0采集信号的脉宽和时序，当检测到有信号输入时，开启中断，并开启10ms定时器，记录下当前中断定时器的值。由MCU（3）计算出该信号的频率，从而对声波信号进行解码。并由MCU（3）判断是否与二维码密码吻合。若吻合，MCU（3）通过电机驱动模块（9）控制解锁执行机构（10）中电机正反转从而控制机械解锁结构（14）中带凹槽的锁梁（12）和弹簧（11）进行解锁。同时由MCU（3）内部随机加密算法，更新二维码。若信号不一致，则校验失败，无动作发出。

如图2所示，声波信号接收处理电路（13）包括麦克风接收电路（4），滤波电路（5），信号放大电路（6）和信号整形电路（7）。麦克风接收电路（4）包括麦克风M，电阻R1，电容C1。电阻R1的一端接麦克风M的正极，另一端接VCC。麦克风M的负极接GND。电容C1一端接麦克风M的正极，另一端接A点。A点为麦克风接收电路（4）的输出OUT端。A点也是滤波电路（5）的输入In端。滤波电路（5）包括电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C2，电容C3和运放U1。电阻R2的一端接VCC，另一端接A点。电阻R3的一端接A点，另一端接GND。电阻R4的一端接A点，另一端接B点。电容C2一端接B点，另一端接GND。电容C3的一端接B点，另一端接运放U1的3脚。电阻R5一端接运放U1的3脚，另一端接GND。电阻R6的一端接GND，另一端接运放U1的2脚。电阻R7一端接运放U1的2脚，另一端接运放U1的1脚。运放U1的8脚接VCC，4脚接GND。运放U1的1脚为滤波电路（5）的OUT端。运放U1的1脚也是信号放大电路（6）的输入In端。的信号放大电路（6）包括电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电容C4，电容C5，运放U2。电容C4的一端接滤波电路（5）中运放U1的1脚，另一端接到C点。电阻R8的一端接VCC，另一端接C点。电阻R9一端接C点，另一端接GND。C点接运放U2的5脚。电容C5的一端接电阻R10的一端，另一端接GND。电阻R10的另一端接运放U2的6脚。电阻R11的一端接运放U2的6脚，另一端接运放U2的7脚。运放U2的8脚接VCC，4脚接GND。运放U2的7脚为信号放大电路（6）的OUT端。运放U2的7脚也是信号整形电路（7）的输入In端。信号整形电路（7）包括电阻R12，电阻R13，电容C6，555芯片U3。555芯片U3的2脚和6脚相连接信号放大电路（6）运放U2的7脚。电容C6一端接555芯片U3的5脚，另一端接GND。电阻R12一端接Vout脚，另一端接555芯片U3的3脚。电阻R13的一端接GND，另一端接Vout脚。555芯片U3的4脚和8脚接VCC，1脚接GND。Vout脚接MCU（3）的外部中断口INT0。

工作原理：声波信号经麦克风接收电路（4）后输入到滤波电路（5），带通滤波频带范围为1.7KHz~2.1KHz，再将信号输入到信号放大电路（5）和信号整形电路（6）中，经电阻R12和电阻R13分压后输出解码信号并输入MCU（3）的外部中断口INT0。

Claims (4)

1.一种声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，其特征在于包括手机（1）、E-ink屏（2）、MCU（3）、供电电池（8）、电机驱动模块（9）、解锁执行机构（10）、声波信号接收处理电路（13）、机械解锁结构（14）、锁体外壳（15），所述的E-ink屏（2）、MCU（3）、供电电池（8）、电机驱动模块（9）、解锁执行机构（10）、声波信号接收处理电路（13）均安放在锁体外壳（15）内，所述的手机（1）通过摄像头扫描E-ink屏（2）输出的动态二维码，并通过手机（1）的喇叭产生解码声波提供给声波信号接收处理电路（13），所述的声波信号接收处理电路（13）将解码后的数字脉冲信号与MCU（3）的外部中断INT0脚连接，由MCU（3）采集解码后的信号，所述的MCU（3）的V3脚与电机驱动模块（9）的In1脚连接，V4脚与电机驱动模块（9）的In2脚连接，所述的电机驱动模块（9）的Out1脚、Out2脚与解锁执行机构（10）中电机的正反转脚连接，通过电机驱动模块（9）控制解锁执行机构（10）中的电机正反转，所述的MCU（3）的V1脚与解锁执行机构（10）的SQ2连接，V2脚与解锁执行机构（10）的SQ1连接，并检测解锁执行机构（10）的行程开关SQ2、SQ1来确定当前电机执行机构所处位置，所述的MCU（3）在开锁结束后通过随机加密算法动态改变E-ink屏（2）显示的二维码，所述的解锁执行机构（10）控制机械解锁结构（14）中带凹槽的锁梁（12）和弹簧（11）进行解锁，所述的供电电池（8）的正极接整体电路系统VCC，负极接GND。

2.根据权利要求1所述的声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，其特征在于所述的声波信号接收处理电路（13）包括麦克风接收电路（4），滤波电路（5），信号放大电路（6）和信号整形电路（7），所述的麦克风接收电路（4）包括麦克风M，电阻R1，电容C1，所述的电阻R1的一端接麦克风M的正极，另一端接VCC，所述的麦克风M的负极接GND，所述的电容C1一端接麦克风M的正极，另一端接A点，所述的A点为麦克风接收电路（4）的输出OUT端，所述的A点也是滤波电路（5）的输入In端，所述的滤波电路（5）包括电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C2，电容C3和运放U1，所述的电阻R2的一端接VCC，另一端接A点，所述的电阻R3的一端接A点，另一端接GND，所述的电阻R4的一端接A点，另一端接B点，所述的电容C2一端接B点，另一端接GND，所述的电容C3的一端接B点，另一端接运放U1的3脚，所述的电阻R5一端接运放U1的3脚，另一端接GND，所述的电阻R6的一端接GND，另一端接运放U1的2脚，所述的电阻R7一端接运放U1的2脚，另一端接运放U1的1脚，所述的运放U1的8脚接VCC，4脚接GND，所述的运放U1的1脚为滤波电路（5）的OUT端，所述的运放U1的1脚也是信号放大电路（6）的输入In端，所述的信号放大电路（6）包括电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电容C4，电容C5，运放U2，所述的电容C4的一端接滤波电路（5）中运放U1的1脚，另一端接到C点，所述的电阻R8的一端接VCC，另一端接C点，所述的电阻R9一端接C点，另一端接GND，所述的C点接运放U2的5脚，所述的电容C5的一端接电阻R10的一端，另一端接GND，所述的电阻R10的另一端接运放U2的6脚，所述的电阻R11的一端接运放U2的6脚，另一端接运放U2的7脚，所述的运放U2的8脚接VCC，4脚接GND，所述的运放U2的7脚为信号放大电路（6）的OUT端，所述的运放U2的7脚也是信号整形电路（7）的输入In端，所述的信号整形电路（7）包括电阻R12，电阻R13，电容C6，555芯片U3，所述的555芯片U3的2脚和6脚相连接信号放大电路（6）运放U2的7脚，所述的电容C6一端接555芯片U3的5脚，另一端接GND，所述的电阻R12一端接Vout脚，另一端接555芯片U3的3脚，所述的电阻R13的一端接GND，另一端接Vout脚，所述的555芯片U3的4脚和8脚接VCC，1脚接GND，所述的Vout脚接MCU（3）的外部中断口INT0。

3.根据权利要求1所述的声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，其特征在于所述的E-ink屏（2）显示的动态二维码是MCU（3）通过动态随机密码算法在每次解锁后自动更新显示的。

4.根据权利要求1所述的声波通讯解锁的动态二维码电子锁控制系统，其特征在于所描述的E-ink屏（2）只有在更新二维码显示时消耗电能，所描述的声波信号接收处理电路（13）不对外发出其他通讯信号，降低了系统的功耗。