双向通讯密码锁.pdf

本发明公开了双向通讯密码锁，包括钥匙微处理器1、钥匙编程接口2、钥匙时钟模块3、钥匙电源模块4、钥匙按键模块5、钥匙通讯模块6、锁微处理器7、锁编程接口8、锁时钟模块9、锁电源模块10、锁通讯模块11、输入模块12、显示器13、指示灯14、扬声器15、机械锁体16。双向通讯密码锁可以实现将钥匙的ID数据加密为实时变化的随机数据发送给锁，在锁解密出ID数据后将其进行加密发送给钥匙，钥匙解密出ID数据后将解锁数据进行加密发给锁，锁解密出解锁密码后进行开锁，此外钥匙与锁上均有备用的发射元件和接收元件，正常通讯情况下一个元件在工作，一个元件为备用，并且可以自动切换。从而保证了该锁具有极强的安全性和稳定性。

1.  双向通讯密码锁，其特征在于包括钥匙微处理器(1)、钥匙编程接口(2)、钥匙时钟模块(3)、钥匙电源模块(4)、钥匙按键模块(5)、钥匙通讯模块(6)、锁微处理器(7)、锁编程接口(8)、锁时钟模块(9)、锁电源模块(10)、锁通讯模块(11)、输入模块(12)、显示器(13)、指示灯(14)、扬声器(15)、机械锁体(16)；所述的钥匙微处理器与钥匙编程接口、钥匙时钟模块、钥匙电源模块、钥匙按键模块、钥匙通讯模块电路连接。所述的的锁微处理器与锁编程接口、锁时钟模块、锁电源模块、锁通讯模块、输入模块、显示器、指示灯、扬声器、机械锁体电路连接。

2.  根据权利要求1所述的双向通讯密码锁，其特征在于：钥匙通讯模块(6)和锁通讯模块(11)均具有发射元件和接收元件，同时钥匙和锁均具有发送和接收信号的能力。

3.  根据权利要求1或2所述的双向通讯密码锁，其特征在于：钥匙通讯模块(6)和锁通讯模块(11)的发射元件和接收元件数量均为2个，一个使用，一个备用。

4.  根据权利要求1所述的双向通讯密码锁，其特征在于：钥匙微处理器(1)和锁微处理器(7)均有一个未焊接的悬空管脚，用于获取随机数种子。

双向通讯密码锁
技术领域
本发明涉及一种电子锁具，尤其涉及一种双向通讯密码锁。
背景技术
目前，市场上出现了各种各样的电子锁，在带来便捷的同时，也存在一些安全缺陷。为此实用新型专利CN200820084414.7公开了一种利用光纤传导光密码的电子锁，通过12个光束对光敏电阻的照射形成开锁密码，但其发出的光束信号容易十分被读取，从而存在被复制的风险，同时开锁密码是由12个光束共同决定，存在个别发光元件损坏而造成无法开锁的问题。实用新型专利CN201220336251.3公开了一种单光头光控密码锁，减少了光束的数量，降低了由于个别发光元件损坏造成无法开锁的几率，但是没有设置备用光头，所以也会存在单一光头损坏导致无法开锁的问题，此外该光束发出的可见光密码也同样存在容易读取的问题。发明专利CN201210261793.3公开了一种智能锁与智能钥匙之间的双向交互控制方法，在锁和钥匙之间进行了三次通讯，一定程度上保护了解锁密码，但是由于其所述智能钥匙的ID号和解锁数据包没有进行过加密且为非实时变化的数据，所以依然会存在较大的泄密可能，同时也存在通讯元件损坏从而无法完成解锁的问题。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种双向通讯密码锁，这种双向通讯密码锁可以实现将钥匙的ID数据加密为实时变化的随机数据发送给锁，在锁解密出ID数据后将其进行加密发送给钥匙，钥匙解密出ID数据后将解锁数据进行加密发给锁，锁解密出解锁密码后进行开锁，此外钥匙与锁上均有备用的发射元件和接收元件，正常通讯情况下一个元件在工作，一个元件为备用，并且可以自动切换。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：双向通讯密码锁，包括钥匙微处理器、钥匙编程接口、钥匙时钟模块、钥匙电源模块、钥匙按键模块、钥匙通讯模块、锁微处理器、锁编程接口、锁时钟模块、锁电源模块、锁通讯模块、输入模块、显示器、指示灯、扬声器、机械锁体。所述的钥匙微处理器与钥匙编程接口、钥匙时钟模块、钥匙电源模块、钥匙按键模块、钥匙通讯模块电路连接。所述的的锁微处理器与锁编程接口、锁时钟模块、锁电源模块、锁通讯模块、输入模块、显示器、指示灯、扬声器、机械锁体电路连接。
所述的钥匙按键模块发送电信号给钥匙微处理器，钥匙微处理器根据钥匙的ID数据 进行加密计算后，产生一个随机数据信号A，由钥匙通讯模块将随机数据信号A发送给锁通讯模块，锁通讯模块将接收到的随机数据信号A发送给锁微处理器，锁微处理器根据对应的解密算法从随机数据信号A中解码出钥匙的ID数据，并且将钥匙的ID数据进行加密产生随机数据信号B，由锁通讯模块将随机数据信号B发送给钥匙通讯模块，钥匙通讯模块将接收到的随机数据信号B发送给钥匙微处理器，钥匙微处理器根据对应的解密算法将从随机数据信号B中解码出钥匙的ID数据并进行验证，验证通过后，钥匙微处理器会将解锁密码进行加密产生随机信号C，由钥匙通讯模块将随机数据信号C发送给锁通讯模块，锁通讯模块将接收到的随机数据信号C发送给锁微处理器，锁微处理器根据对应的解密算法从随机数据信号C中解码出钥匙的解锁密码并进行验证，验证通过后，锁微处理器将发送指令给机械锁体，进行开锁操作。
所述的钥匙通讯模块与锁通讯模块之间的通讯媒介均为光信号且为非接触式通讯，光信号发送方式串行方式。钥匙通讯模块与钥匙微处理器、锁通讯模块与锁微处理器、锁微处理器与机械锁体之间的通讯媒介均为电信号，依靠电路通讯。
作为优选，所述通讯的光信号为肉眼不可见的红外光信号，可以防止光信号被简单的拍摄仪器读取，具有更好的保密效果。
所述的钥匙通讯模块与锁通讯模块均包含2个发射元件和2个接收元件，发射元件用于发送光信号，接收元件用于接收光信号。
作为优选，钥匙通讯模块和锁通讯模块上发射元件和接收元件排列均呈一条直线，钥匙通讯模块上的2个发射元件在内侧，2个接收元件在外侧，锁通讯模块的2个发射元件则在外侧对应着钥匙通讯模块的2个接收元件，这样可以保证无论钥匙如论是正向放置还是反向放置都能顺利与锁进行通讯。
所述的钥匙的ID数据和解锁密码是在钥匙制作过程中通过钥匙编程接口在钥匙微处理器中录入的一种数据信息，一经录入就不能进行修改且不能通过编程接口被读取出来，每一把钥匙都对应着唯一的ID数据和解锁密码。
所述的随机数据信号A、随机数据信号B和随机数据信号C的产生过程所采用的加密算法均与随机数种子和当时时间有关，但是产生上述3个信号所使用的加密算法均不相同，与加密算法对应的解密算法也均不相同。
所述的随机数种子分别由钥匙微处理器或锁微处理器某个悬空管脚的电压值进行模数变换而来，该电压值随系统的噪声而变化，是一个完全随机的变量。
所述的当时时间是由钥匙或锁进行加密或解密时对应的钥匙时钟模块或锁时钟模块 所表示的时间信息，该时间信息读取标准精确到1分钟。
所述的钥匙时钟模块和锁时钟模块所记录的时间是一致的。若因为断电等原因导致时间不一致时，可以进行自动匹配。自动匹配过程只需要将钥匙通讯模块对准锁通讯模块，长按钥匙按键2秒以上，钥匙微处理器就会通过钥匙通讯模块向锁通讯模块发送匹配时间请求信号，锁通讯模块将收到的匹配时间请求信号发送给锁微处理器，锁微处理器接收到请求信号后，将锁当时的时间信息发送给锁通讯模块，锁通讯模块再将时间信息发送给钥匙通讯模块，钥匙通讯模块将时间信息发送给钥匙微处理器，钥匙微处理器发送指令给钥匙时钟模块对钥匙的时间进行修改，以达到钥匙与锁的时间一致。
随机数据信号A是由钥匙的ID数据、钥匙随机数种子和钥匙时钟模块的当时时间进行加密计算而来，且随机数据信号A中包含着钥匙随机数种子的数据信息。锁微处理器在对随机数据信号A进行解密之前，会对随机数据信号A的信号长度进行判断，只有在信号长度为某一设定值时，才会对随机数据信号A进行解密。锁微处理器对随机数据信号A进行解密时，需要调用此时的锁时钟模块的当时时间和包含在随机数据信号A中的钥匙随机数种子通过解密算法解密出钥匙的ID数据。由于整个通讯所需要的时间极其短暂，所以钥匙产生随机数据信号A时对应的钥匙时钟模块的当时时间与锁解密随机数据信号A时调用的锁时钟模块的当时时间应该是一致的，这就可以保证锁微处理器解密出来的数据与钥匙的ID数据一致。
随机数据信号B是由钥匙的ID数据、锁随机数种子和锁时钟模块的当时时间进行另一种加密计算而来，且随机数据信号B中包含着锁随机数种子的数据信息。钥匙微处理器在对随机数据信号B进行解密之前，会对随机数据信号B的信号长度进行判断，只有在信号长度为某一设定值时，才会对随机数据信号B进行解密。钥匙微处理器对随机数据信号B进行解密时，需要调用此时的钥匙时钟模块的当时时间和包含在随机数据信号B中的锁随机数种子通过另一种解密算法解密出钥匙的ID数据。由于整个通讯所需要的时间极其短暂，所以锁产生随机数据信号B时对应的锁时钟模块的当时时间与钥匙解密随机数据信号B时调用的钥匙时钟模块的当时时间应该是一致的，这就可以保证钥匙微处理器解密出来的数据与钥匙的ID数据一致。只有钥匙微处理器解密出来的数据与钥匙的ID数据一致，钥匙才会发送出随机数据信号C。
随机数据信号C是由钥匙的解锁密码、钥匙随机数种子和钥匙时钟模块的当时时间进行第三种加密计算而来，且随机数据信号C中包含着钥匙随机数种子的数据信息。锁微处理器在对随机数据信号C进行解密之前，会对随机数据信号C的信号长度进行判断，只有 在信号长度为某一设定值时，才会对随机数据信号C进行解密。锁微处理器对随机数据信号C进行解密时，需要调用此时的锁时钟模块的当时时间和包含在随机数据信号C中的钥匙随机数种子通过第三种解密算法解密出钥匙的解锁密码。由于整个通讯所需要的时间极其短暂，所以钥匙产生随机数据信号C时对应的钥匙时钟模块的当时时间与锁解密随机数据信号C时调用的锁时钟模块的当时时间应该是一致的，这就可以保证锁微处理器解密出来的数据与钥匙的解锁密码一致。当解密出来的解锁密码与在锁微处理器中录入的解锁密码一致时，锁微处理器才会发送解锁指令给机械锁体进行开锁。
所述的钥匙电源模块采用2枚3V的纽扣电池以缩小钥匙的尺寸，对外输出6V的直流电。锁电源模块采用的是4枚1.5V的干电池，对外输出6V的直流电。
所述的输入模块用于输入登陆锁系统的登陆密码、添加钥匙、删除钥匙和修改登陆密码，进行输入操作时，显示器上会显示出对应的提示信息。登录系统后可，选择添加钥匙功能后，将钥匙通讯模块与锁通讯模块对准后，按1次钥匙按键模块上的按键即可完成添加。选择删除钥匙功能后，显示器上会显示已添加的所有钥匙的情况，根据自己的需要选择待删除的钥匙，点击确认即可完成钥匙的删除。选择修改登录密码功能，需要输入现有的登录密码后，两次输入相同的新密码，然后点击确定即可完成修改。
所述的指示灯和扬声器用于提示操作的状态，不同的操作状态下会有不同的表现。
所述的锁通讯模块与锁微处理器分别焊接在2块电路板上，2块电路板之间采用导线连接，2块电路板之间保持一定的距离。
作为优选，所述的锁通讯模块与锁微处理器之间的距离保持在10厘米以上，锁通讯模块的位置与机械锁体的位置相邻，锁微处理器的位置位于锁通讯模块的正上方且隐藏在安装的门体内部，当锁通讯模块被破坏的时候，还可以确保锁微处理器不被破坏。
所述的机械锁体包含机械锁和电机，电机可以根据接收到的指令对机械锁进行开锁操作或上锁操作。
本发明的有益效果在于：双向通讯密码锁的三次通讯过程均被加密，加密算法都调用了实时变化的随机数种子和当时时间，这就使得加密后的数据信号具有随机性和时效性。即使采用专业的工具进行数据读取，得到的数据信号也是一个实时变化的，且在1分钟后就会失效，所以钥匙的数据信号及加密方式均不会被破解，同时采用钥匙与锁之间的双向通讯方式更好的保护了解锁密码的安全，从而保证了钥匙不可破解和不可复制。同时设置了备用的发射元件和接收元件，可以保证在个别元件损坏时，依然能够顺利的完成通讯，顺利开锁。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为钥匙的电路原理图。
图3为锁的电路原理图。
图4为本发明的通讯流程图。
图中，1为钥匙微处理器，2为钥匙编程接口，3为钥匙时钟模块，4为钥匙电源模块，5为钥匙按键模块，6为钥匙通讯模块，7为锁微处理器，8为锁编程接口，9为锁时钟模块，10为锁电源模块，11为锁通讯模块，12为输入模块，13为显示器，14为指示灯，15为扬声器，16为机械锁体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：如图1所示，本实施例包括钥匙和锁两个部分，依靠钥匙通讯模块6与锁通讯模块11进行两个部分的双向通讯。钥匙编程接口2只在对钥匙微处理器1进行编程和录入钥匙的ID数据和解锁密码时使用，完成了以上工作会对钥匙微处理器1进行加密，禁止被访问。钥匙按键模块5是钥匙上的唯一一个按键，短按1次时，钥匙进入解锁模式，长按2秒以上，钥匙进入自动匹配时间模式。钥匙时钟模块3会时刻记录着时间，也是要是中唯一不进行休眠的模块。为了缩小钥匙的体积和重量，钥匙电源模块4采用2个CR2025型号的纽扣电池串联供电。为了钥匙的功耗，钥匙上面没有设置指示灯，且除了钥匙时钟模块3以外，其余所有的模块在待机1秒钟后均休眠，且钥匙微处理器1采用微低功耗的处理器。
所述的钥匙的ID数据和解锁密码均为4位256进制的密码，组合数达到十亿级别，安全等级高。
钥匙微处理器1与锁微处理器7均有一个未焊接的悬空管脚，用于获取随机数种子。随机数种子的信号长度与钥匙的ID数据的信号长度一样，也为4位。同时，调取的当时时间的信号长度也为4位。
钥匙微处理器1将4位的钥匙ID数据、4位的钥匙随机数种子和4位的当时时间经过加密后形成8位的随机数据信号A，并且发送给锁通讯模块11，锁微处理器7判断随机数据信号A长度是否为8位，确认为8位后在将原来4位的钥匙ID数据解密出来，并且根据4位的锁随机数种子和4位的当时时间对4位的钥匙ID数据进行新的加密形成10位 的随机数据信号B，并且发送给钥匙通讯模块6，钥匙微处理器1判断随机数据信号B长度是否为10位，确认为8位后在将原来4位的钥匙ID数据解密出来，钥匙微处理器1判断是否与录入的钥匙ID数据一致，如果一致则钥匙微处理器1将4位的解锁密码、4位的钥匙随机数种子和4位的当时时间经过加密后形成9位的随机数据信号C，并且发送给锁通讯模块11，锁微处理器7判断随机数据信号C长度是否为9位，确认为9位后在将原来4位的解锁密码解密出来，判断是否与添加钥匙时录入的解锁密码一致，若果一致则锁微处理器7发送解锁指令给机械锁体16，机械锁体16进行开锁。
整个通讯过程的状态可以通过指示灯14和扬声器15表现出来，扬声器15发出“嘀”1声，同时指示灯14闪烁2次，表示解锁成功。扬声器15不发声，指示灯14闪烁1次，表示有信号进入，但是解锁密码错误。
输入模块12为锁的重要输入工具，能够简单的添加钥匙和删除钥匙，此过程需要根据显示器13上的提示进行。