符安文

(成都埃克森尔科技有限公司,四川成都 610041)

1 基于可见光通信技术的电子密码锁系统的组成分析

1.1 电子锁模块

电子锁模块集多部分于一体,各自均有其特定的功能,彼此间可形成互联互通的关系,主要有:信息存储单元,主要作用在于存储信息,包含用户的ID信息以及密码;光信号检测电路,其对接的是光钥匙模块,可以接收到该处LED发出的光信号,再对其做转换操作,形成电信号,以便执行后续的操作;信号处理电路,其细分为两类,即判决电路和解编码电路,前者的作用在于判决电流信号,即究竟为“1”还是“0”,在此基础上做滤波放大操作,得到电信号,后者的作用在于将密码和ID信息编码;解锁装置,具体组成为电磁锁和警报器,前者服从控制中心的指挥,可以完成电磁解锁操作,后者的主要功能在于非法解锁行为的报警。

1.2 光钥匙模块

LED阵列、信息存储中心、数据线与电源线接头均是光钥匙模块的重要组成部分,该模块与前述所提的电子锁模块对接,可发送光信息;模块中设置有LED驱动电路,其能够用于控制LED阵列,以便其发送可见光信号;对于模块中的信息存储中心,则主要提供存储功能,即存放用户设置的ID信息与对应的密码。

2 电子密码锁的常见认证形式

(1)直接密码认证。密码长度普遍为4～6位,提供一个具有输入功能的键盘,操作者输入密码时将随时伴有特定的声音回应[1]。该认证方式的操作便捷,但存在安全性不足、防盗效果差的不足之处。

(2)数字扫描认证。较为常见的有智能卡,但从以往的经验来看,传统的磁条卡存在安全系数偏低的问题,即磁道信息易被复制,因此安全性难以得到保证。

(3)生物识别认证。在现阶段的安全系统建设工作中,生物识别取得广泛的应用,较为典型的有指纹识别、声纹识别、虹膜识别等。生物识别的特点在于具有较强的保密性,因此安全性有所提升,但其使用条件较为严格。以指纹识别为例,若操作者的手粘附杂物、灰尘或是沾有水滴,均会影响识别的准确性,从而出现原本为正确信息但并未识别成功的情况。

(4)无线电频率识别(RFID)。依托于无线电讯号,完成对特定目标的高效识别操作,进而读取数据,整个过程便捷而高效,无需在识别系统与目标间建立接触关系[2]。因此,无线电频率识别在现阶段的电子密码锁中取得较为广泛的应用。

3 电子密码锁系统的加密思路

(1)在数据和电源接口的联合作用下,使光钥匙模块与电子密码锁结合,与此同时使LED阵列与PIN管阵列对准。

(2)适配触控屏,其具有较突出的人机交互特性,用户可经由该处自定义ID以及密码信息,此时控制中心将完整保存该部分新输入的信息。此外,控制中心还会将该部分信息传输至光钥匙模块,此举目的在于由该模块中的信息存储中心完整保存信息,以免丢失。

(3)在控制中心的控制作用下,可以协同LED驱动电路、编码器共同运行,也可以向预先存储的数据中调取特定的ID信息,转化为二进制数据后,通过LED阵列光强变化的形式发送,该部分信号可由PIN管阵列接收,以实现向电信号的转化,加之控制中心的协同作用,使信号处理电路转换出ID信息,将两者(原始的ID和新写入的解码ID)做对比分析,若不一致,则会发出警报响声;若两者一致,则表明外界输入的信息无误,此时控制中心读取信息存储中心的密码信息。

(4)在控制中心的控制作用下,可以协同LED驱动电路、编码器共同运行,也可以向预先存储的数据中调取特定的密码信息,转化为二进制数据后,通过LED阵列光强变化的形式发送(每位密码信息分别由特定的LED发送),该部分信号可由PIN管阵列接收,以实现向电信号的转化,经进一步处理后恢复密码信号,将两者(原始的密码和新写入的密码)做对比分析,若不一致,则会发出警报响声;若两者一致,则通过前述的ID验证和此处的密码验证,控制中心调用电磁锁,顺利完成解锁操作。

4 电子密码锁加密技术的具体应用要点

电子密码系统的框架如图1所示,其包含光钥匙模块1和电子锁模块2两大部分,各自又可进一步细分。在解锁时,两类模块依托于数据线和电源线接口实现连接[3]。

图1 基于可见光通信技术的电子密码锁系统Fig.1 Electronic code lock system based on visible light communication technology

光钥匙模块的关键组成为:数据线与电源线接口、相配套的信息存储中心(具有双向通信的特点)、LED阵列。

电子锁模块的关键组成为:检测电路、信号处理电路、触控屏模块、解锁装置、LED驱动电路、信息存储单元、控制中心、数据线与电源线接口。在该模块的内部组成中,控制中心可以连接至其他部分,且均实施的是双向连接的模式。

电子锁模块的框架如图2所示。其中,光信号检测电路3涵盖两部分,即PIN阵列和放大器;信号处理电路4也包含两部分,分别为判决电路、编解码器;在触控屏5的组成中,内部集成驱动电路,与之相连接的是触控屏,其践行的是人机交互的设计理念,可供用户输入相应的信息;解锁装置6的核心组成为电磁锁和报警器。

图2 电子锁模块示意图Fig.2 Schematic diagram of electronic lock module

以程序控制为引导,控制中心做出特定的调度操作,协调电子密码锁内部的各部分,共同参与至特定的工作中。光钥匙模块与电子锁模块对接,各自的数据线与电源线接口形成连接关系,在此条件下,两个模块间可以实现数据通信。

初始化阶段,两模块结合,用户在触控屏中输入特定的信息(指的是光钥匙的初始密码以及对应的ID)。此后,该部分信息将由控制中心写入信息存储单元中[4]。外部进行解锁操作时,将用户输入的ID信息和密码与预先存储在存储单元中的相应数据做对比分析,若两者均一致,则调用电磁阀,顺利解锁。

经过初始化操作后,两模块分离,ID信息和密码将完整存储于设置在光钥匙模块的信息存储中心内。若后续用户存在ID信息或密码的变更要求,则按照前述所提的初始化流程有序操作即可,进而产生新的ID信息和密码,其也能够被信息存储单元永久保存。

在解锁操作时,光钥匙模块与电磁锁模块结合,两者间实现数据通信。期间,LED阵列与PIN管阵列对准,借助光信道传送信息。控制中心读取ID信息(指的是光钥匙模块信息存储中心的该部分信息),调用编解码器,完成对ID信息的编码操作,其将作为LED驱动电路的输入信号。在完成调制操作后,可以将ID信息视为一串二值化电流强度振幅,其会在时间改变的同时发生变化。根据LED的发光强度特性可知,在输入电流信号发生改变后,其具备的发光强度也有所变化,因此会出现随时间改变而变化的二值化光强度信号。

通电状态下,PIN管阵列可及时感知时变二值化光强度信号,并对其做转化操作,以得到同步性更强的二值化电流或电压信号,其特点在于会随时间的变化而同步改变。通过放大器的应用,可以实现信号放大处理操作,电信号将经由判决电路做滤波整形操作。经该流程处理后的电信号会发生传递,即到达编解码器的解码部分,对信号进行解码,产生的信息会完整存储于电子锁模块的信息存储单元内。

若通过ID验证,将由控制中心读取密码信息(调取的是光钥匙模块信息存储中心的该部分信息)。类似的,依然做编码操作,通过LED驱动电路的应用,完成电信号向光信号的转化,此时启用光信道,在其衔接作用下,可以实现LED至PIN光电管的点对点信号传送。在该对应关系中,各PIN光电管均可以接收某特定的LED的光信号,此时便可以得到一位密码,按照该流程操作,得到完整的密码[5]。PIN光电管可对光信号做转变处理,得到电信号,再进一步对其做信号放大以及相应的处理操作,实现信号恢复,此时产生的数据将被完整写入信号存储单元内,将新写入的密码与原本已经存储完成的原始密码做对比分析。若两者不一致,则表明密码输入错误,将及时发出警报响声;若两者一致,则输入的ID信息和密码均无误,此时可以调用解锁装置中的电子锁,从而顺利完成解锁操作。

5 结语

综上所述,电子密码锁在现阶段的生产、生活中取得广泛的应用,其正逐步成为传统机械式密码锁的取代形式,安全性较好,可提供防盗报警功能,有效规避了机械式密码锁设定密码位数较少、安全性能不足的问题。在本次有关于电子密码锁的设计中,以单片机为核心,根据其运行特点以及系统功能需求,合理适配硬件电路,在各装置的共同协作下,完成密码的设置、存贮、识别、显示等相关操作,也可以提供检测驱动电流值、接收报警信号等相关功能。