CN205908129U - 一种动态数字密码指纹防盗锁 - Google Patents

Abstract

一种动态数字密码指纹防盗锁。使用指纹信息、屏幕解锁密码和动态密码实现打开和锁闭，锁体部分和锁扣盒部分检测防盗锁的当前状态，根据用户需要，利用锁体内部的步进电机带动锁舌实现防盗锁的打开和锁闭。锁体部分由MCU、电源管理模块、无线通信模块、GSM/GPRS模块、触摸显示屏、LED、红外接收模块、红外发射模块、步进电机模块、位置检测模块、指纹采集识别模块组成。锁扣盒部分由MCU、电源管理模块、红外接收模块、红外发射模块、无线通信模块和LED组成。动态口令钥匙由电池、OTP和显示屏组成。解决了密码锁密码易被破译和有锁芯的锁易被工具技术开锁问题，降低了功耗，在钥匙丢失时无须担心捡拾者能开锁和用户自身无法开锁，也无须换锁。

Description

一种动态数字密码指纹防盗锁

技术领域

本实用新型涉及一种数字密码防盗锁。特别是一种以超低功耗单片机(MCU)为核心，带有GSM/GPRS通信模块、指纹采集识别模块、步进电机模块、无线通信模块和动态口令钥匙等，以锁体控制部分和锁扣盒控制部分相结合方式，在满足指定条件时使步进电机动作以实现打开和锁闭的防盗锁。

背景技术

随着社会发展，人们对锁具的安全性要求越来越高，现有的很多锁具已经无法满足一些特殊的或重要的，要求具有高安全性高保密性的场合，如存储重要物品的储藏室、实验室以及保险柜等。传统的弹子锁原理是使用多个不同高度的圆柱形零件(称为锁簧、弹子或珠)，锁住锁芯。只要将各锁簧被推至相同的高度，锁芯便被放开，因而很容易打开，安全性很低。于是出现了许多不同类型的密码锁，转盘式密码锁，可通过转动转动转盘，聆听内部凸轮声音很快便可以把锁打开；机械密码锁比较稳定，但是操作方法学起来比较慢、操作不方便、修改密码需要专业人员，使用时有很多不便；刷卡式密码锁可以用自己的IC卡来开门，操作简单，但对IC卡的要求比较高，如果和强磁的物体接触，IC卡有可能磁性减弱，无法打开密码锁；虽然这些锁具的安全性和保密性有很大提高，但是依然存在不难被技术开锁、密码被破译或可靠性问题。本实用新型在现有密码锁的基础上进行改进：(1)舍弃了普通密码锁易出故障的电磁吸合锁闭方式和传统弹子锁的锁芯、弹子等结构，没有钥匙孔等外部接口，内部采用步进电机带动带有轮齿的扁平状长方体金属锁舌完成锁的打开和锁闭功能，提高可靠性，防止技术开锁。(2)采用指纹、触摸屏屏幕解锁密码和动态口令密码相结合的方式提高保密性，防止密码被破译。在动态口令钥匙丢失时，捡拾者也无法开锁。(3)采用GSM/GPRS通信模块，在动态口令钥匙丢失时，用户可通过事先设定的手机密码结合指纹信息开锁，随即该手机密码失效须重新设定，防止出现一旦钥匙丢失无法开锁的情况。

发明内容

本实用新型要解决的问题是：(1)目前，很多锁具有锁芯和弹子等结构，这使得可以借助工具实现技术开锁，安全性很低，这是本实用新型要解决的一个问题。(2)现有的采用电磁吸合方式进行锁闭的电子锁容易出现无法打开的故障，刷卡式密码锁的IC卡磁性减弱时无法开锁，普通密码锁的密码容易被破译，锁具的安全性和可靠性不高，这是本实用新型要解决的另一个问题。(3)钥匙丢失时，有捡拾者可以持钥匙开锁风险以及用户自身无法开锁的问题，也是本实用新型要解决的一个问题。

本实用新型所采用的的技术方案如下：

动态数字密码指纹防盗锁由锁体、锁扣盒和动态口令钥匙三部分组成。锁体部分由3.7v锂电池、充电模块、升压模块、稳压模块(例如TPS63000)、无线通信模块(例如NRF2401)、GSM/GPRS模块、触摸显示屏、LED指示灯、红外接收模块、红外发射模块、步进电机模块、位置检测模块、指纹采集识别模块(例如UARTFingerprintReader)、超低功耗单片机(MCU)(例如美国TI公司的MSP430系列)组成。锁体使用的锁壳带有凹槽或导轨，锁舌为能放入并刚好和上述凹槽或导轨契合的带有轮齿的扁平状长方体金属块，锁体中步进电机轴上带有齿轮，步进电机轴上齿轮与锁舌上的轮齿相互啮合；防盗锁没有钥匙孔等外部机械接口，防盗锁的打开和锁闭动作完全由内部控制模块控制步进电机带动锁舌实现。锁扣盒部分由3.7v锂电池、充电模块、稳压模块(例如TPS63000)、无线通信模块(例如NRF2401)、红外接收模块、红外发射模块、LED指示灯、超低功耗单片机(MCU)(例如美国TI公司 的MSP430系列)组成。动态口令钥匙(例如动态口令令牌RSASecurID SID700)由电池、密码生成芯片(OTP)和显示屏组成。

锁扣盒内控制电路由可充电3.7v锂电池经稳压模块为MCU、红外发射模块、红外接收模块、无线通信模块、LED等供电。锁体控制电路由3.7v可充电锂电池为MCU、无线通信模块、位置检测模块等供电，经升压模块为GSM/GPRS模块、步进电机模块、指纹采集识别模块、触摸显示屏等供电。当要开锁时，按下“亮屏”按键，触摸显示屏显示人机交互界面，根据提示输入屏幕解锁密码，密码正确屏幕解锁后根据屏幕提示输入动态口令钥匙上的动态密码，动态密码是根据专门的算法每隔60秒生成一个与时间相关的、不可预测的随机数字组合(One-Time Password)，每个口令只能使用一次，动态密码正确时根据屏幕输入指纹信息，指纹信息正确且位置检测模块检测到锁舌位于“锁闭”位置时，步进电机旋转带动带有轮齿的锁舌至“打开”位置，锁体无线通信模块向锁扣盒无线通信模块发送“打开”信息，无操作十秒后系统进入“休眠”状态以降低功耗。关上门时，当锁扣盒红外接收模块接收到锁体红外发射模块红外信号时，锁扣盒无线通信模块向锁体无线通信模块发送“锁闭”信息，锁体的无线通信模块接收到“锁闭”信息且锁体的红外接收模块接收到锁扣盒的红外发射模块的红外信号时，锁体中的步进电机旋转带动带有轮齿的锁舌至“锁闭”位置，开锁LED指示灯熄灭，此时锁扣盒无线通信模块向锁体无线通信模块发送“已锁闭”信息，十秒后系统进入“休眠”状态以降低功耗。当动态口令钥匙丢失时，用户可用手机将事先设定的手机密码发送给锁体中的GSM/GPRS模块并输入指纹信息，指纹信息和手机密码正确且位置检测模块检测到锁舌位于“锁闭”位置时，步进电机旋转带动带有轮齿的锁舌至“打开”位置，锁体无线通信模块向锁扣盒无线通信模块发送“打开”信息，无操作十秒后系统进入“休眠”状态以降低功耗。在触摸显示屏的人机交互界面可以按照屏幕指示编辑修改屏幕解锁密码、手机密码和指纹信息。

本实用新型的有益效果是：(1)改变了现有锁具的锁闭方式，采用步进电机带动锁舌运动的方式来实现防盗锁的打开和锁闭，由于没有钥匙孔等与外界联系的机械接口，采用锁体内部控制模块控制锁的打开和锁闭，防止了利用万能钥匙等工具实现技术开锁，提高了防盗锁的安全性和可靠性。(2)采用了屏幕密码、指纹信息和动态口令密码相结合的方式，动态口令是根据专门的算法每隔60秒生成一个与时间相关的、不可预测的随机数字组合(One-TimePassword)，每个口令只能使用一次，几乎无法破译，极大地提高了防盗锁的安全性。(3)当动态口令钥匙丢失时，用户可用手机将事先设定的手机密码发送给锁体中的GSM/GPRS模块并输入指纹信息来实现开锁，开锁后只需重启系统并在系统初始化时重新从所使用的密码生成芯片(OTP)的公司服务器下载新的数字证书并修改开锁的手机密码再使用对应于新数字证书的动态口令钥匙即可，原动态口令钥匙则失效，无需更换防盗锁，安全性和保密性均不受影响。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构图。

图2是本实用新型的系统锁体软件框图。

图3是本实用新型的系统锁扣盒软件框图。

图4是本实用新型的系统程序执行流程图。

图5是本实用新型的系统锁体内部简化示意图，图中标号1为一端带有轮齿的锁舌，图中标号2为锁舌上的轮齿，图中标号3为凹槽(或导轨)，图中标号4为锁壳。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型为动态数字密码指纹防盗锁。如图1所示为本实用新型的系统结构图,包括锁体部分所用的各硬件模块和模块间的信号流向，主要由锂电池、充电模块、升压模块、稳压模块、无线通信模块、GSM/GPRS模块、触摸显示屏、LED指示灯、红外接收模块、红外发射模块、步进电机模块、位置检测模块、指纹采集识别模块、MCU1；MCU1为锁体控制芯片用于分析和处理锁体及锁扣盒的信号并控制系统的工作过程，位置检测模块用于检测锁舌所处的位置(“打开”或“锁闭”时锁舌轮齿与步进电机齿轮啮合位置)，无线通信模块1和无线通信模块2用于锁体控制处理模块和锁扣盒处理模块用于之间通信，步进电机模块用于带动锁舌运动，用以完成防盗锁的锁闭或打开。LED“开锁”状态指示灯在防盗锁打开时发光，防盗锁关闭时熄灭，用于指示防盗锁当前状态。LED低电量报警灯在锁体电源电量低时发光，提醒用户充电。红外接收模块1、红外接收模块2、红外发射模块1和红外发射模块2用于防盗锁的状态监测，为无线通信模块之间的通信和防盗锁的控制动作提供信息依据。GSM/GPRS模块用于在动态口令钥匙丢失时结合指纹信息实现开锁。动态口令钥匙用于为开锁提供动态口令密码。触摸显示屏用于人机交互和功能选择。锁体电源管理模块(包括稳压模块)为锁体部分供电。另外包括了锁扣盒部分所用的各硬件模块和模块间的信号流向，主要由锂电池、稳压模块、红外接收模块、红外发射模块、无线通信模块、MCU2和LED灯；MCU2用于控制整个锁扣盒处理模块的工作和协调各个硬件模块的工作过程并将检测到的信号通过无线通信模块发送给主机处理模块；电源管理模块(包括稳压模块)用来为锁扣盒部分供电。锁体控制部分MCU1根据红外发射模块、红外接收模块、无线通信模块和位置检测模块信号决定是否进入休眠。

图2为系统锁体软件框图，锁体部分的子程序有GSM/GPRS通信程序、触摸显示及操作程序、指纹采集识别模块程序、锁舌位置检测程序、无线通信程序、LED低电量报警程序、步进电机控制程序、亮/熄屏按键程序、红外发射程序、红外接收程序。以上子程序由锁体控制主程序统一调用从而实现系统功能。

图3为系统锁扣盒软件框图，锁扣盒部分的子程序有LED低电量报警程序、红外发射程序、红外接收程序和无线通信程序，实现红外信号检测和与锁体通信功能，并将分析处理结果发送给锁体。

图4为系统程序执行流程图，图示为整个系统中防盗锁打开和锁闭的条件以及锁体和锁扣盒控制部分的工作流程。接通电源，系统初始化后开始工作，没有操作指令系统首先进入休眠以降低功耗。系统有两种开锁方式：首先检测锁体的GSM/GPRS模块是否收到用户设定的“手机密码”，若收到则输入正确的指纹信息后，根据各模块检测得到的信号由控制模块控制步进电机完成开锁动作，此为一种方式；若未收到用户设定的“手机密码”，则须在按下“亮屏”按键后根据屏幕提示输入正确的屏幕解锁密码、指纹信息和动态密码，根据各模块检测得到的信号由控制模块控制步进电机完成开锁动作。开锁完成后，防盗锁每隔20秒检测一次是否收到“锁闭”指令，一旦收到则控制步进电机完成锁闭动作，锁闭后10秒内无操作则进入休眠状态，休眠状态下触摸显示屏熄屏，无线通信模块、红外接收模块和红外发射模块停止工作。

图5为系统锁体内部简化示意图，其中步进电机的齿轮与锁舌的轮齿(2)相互啮合并带动锁舌运动，以完成打开和锁闭动作。

本实用新型的系统工作过程为：分别打开锁体和锁扣盒电源，按下“亮屏”按键，触摸显示屏显示功能选择画面(第一次使用时须根据屏幕提示下载动态口令钥匙对应的数字证书、设定屏幕解锁密码、录入用户指纹信息)。然后根据屏幕提示输入屏幕解锁密码，密码正确后，根据屏幕提示输入动态口令钥匙的显示屏上显示的动态口令密码，然后将事先通过指纹采集识别模块录入指纹信息的手指放在指纹采集识别模块的指纹扫描板上(可事先录入 多个指纹信息，此时扫描板识别其中一个即可)，扫描识别正确后，步进电机旋转并带动锁舌至“打开”位置。位置检测模块检测到锁舌到达“打开”位置时，将此信息发送给MCU1，MCU1向步进电机发送停转指令，步进电机停转，防盗锁打开，无线通信模块1发送“打开”信息至无线通信模块2，开锁LED指示灯亮。防盗锁打开后，每隔20秒检测条件“无线通信模块1接收到无线通信模块2发送的“锁闭”信号且红外接收模块2收到红外发射模块2的红外信号”是否成立，若成立则步进电机接收指令后带动锁舌运动至“锁闭”位置，位置检测模块检测到锁舌到达“锁闭”位置时，将此信息反馈给MCU1，无线通信模块1发送“已锁闭”信息至无线通信模块2，开锁LED指示灯灭。10秒内无操作，系统进入休眠状态，休眠时触摸显示屏熄屏，无线通信模块、红外接收模块和红外发射模块停止工作，以降低功耗。当用户动态口令钥匙丢失时，可使用手机向锁体的GSM/GPRS模块发送事先设定的“手机密码”，密码正确后验证指纹信息，指纹信息正确后其打开和锁闭过程与上述指纹信息正确后工作过程相同。此种开锁方式用于动态口令钥匙丢失的情况，且该“手机密码”使用后失效，须重新设定新的“手机密码”。用户在获得新的动态口令钥匙后须根据触摸显示屏提示操作，利用锁体的GSM/GPRS模块连接网络重新下载与新的动态口令钥匙对应的数字证书。

Claims (9)

1.一种动态数字密码指纹防盗锁，锁体部分由MCU、锂电池、充电模块、升压模块、稳压模块、无线通信模块、GSM/GPRS模块、触摸显示屏、LED、红外接收模块、红外发射模块、步进电机模块、位置检测模块、指纹采集识别模块组成；锁扣盒部分由MCU、锂电池、充电模块、稳压模块、红外接收模块、红外发射模块、无线通信模块和LED组成；动态口令钥匙由电池、密码生成芯片和显示屏组成；其特征是：由锁体、锁扣盒和动态口令钥匙三部分组成，通过锁体和锁扣盒检测防盗锁当前所处状态并根据用户指令实现防盗锁的打开和锁闭功能。

2.根据权利要求1所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：防盗锁已存储了用户开锁所需的指纹信息和触摸显示屏屏幕解锁密码，开锁时须输入正确的屏幕解锁密码、正确的指纹信息和动态口令钥匙的显示屏上的动态密码以完成开锁。

3.根据权利要求1中所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：第一次使用防盗锁前和更换动态口令钥匙时，均需要利用锁体中的GSM/GPRS模块连接网络下载动态口令钥匙中密码生成芯片所对应的数字证书。

4.根据权利要求1中所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：锁体使用的锁壳带有导轨，锁舌为能放入并刚好和上述导轨契合的带有轮齿的扁平状长方体金属块，锁体中步进电机轴上带有齿轮，步进电机轴上齿轮与锁舌上的轮齿相互啮合；防盗锁没有钥匙孔等外部机械接口，防盗锁的打开和锁闭动作完全由内部控制电路控制步进电机带动锁舌实现。

5.根据权利要求1中所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：锁体中带有位置检测模块用于检测锁舌位置，且与防盗锁中红外发射模块和红外接收模块共同实现检测防盗锁当前所处状态，为控制电路控制步进电机动作提供信息依据。

6.根据权利要求1中所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：在防盗锁锁闭10秒后系统进入休眠状态，休眠时触摸显示屏熄屏，无线通信模块、红外接收模块和红外发射模块停止工作，以降低功耗。

7.根据权利要求1中所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：动态口令钥匙提供的动态密码是根据专门的算法每隔60秒生成一个与时间相关的、不可预测的随机数字组合，每个口令只能使用一次。

8.根据权利要求1中所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：锁体中触摸显示屏的屏幕解锁密码可以根据用户需求更改，指纹信息可以添加和删除。

9.根据权利要求1中所述的动态数字密码指纹防盗锁，其特征是：防盗锁可以在用户向锁体中的GSM/GPRS模块发送事先设定的“手机密码”且指纹信息验证正确时打开，该“手机密码”在防盗锁打开后失效，须重新设定新的“手机密码”，此打开方式可在动态口令钥匙丢失且新的动态口令钥匙未获得时使用。