數(shù)字報(bào)警密碼鎖設(shè)計(jì)方案比較

郭霜 劉瑤瑤 李思誼 魯晏鵬

摘要：本設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械密碼鎖和現(xiàn)代重要安全保障的不足，設(shè)計(jì)了數(shù)字電子密碼鎖。本設(shè)計(jì)的電子密碼鎖采用4位密碼鎖解鎖，電子密碼鎖以555定時(shí)報(bào)警，確定密碼是否正確。輸入數(shù)字密碼后，使用編碼電路和鎖存電路保存密碼進(jìn)行比對(duì)。如果在指定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有正確輸入密碼，它將自動(dòng)鎖定并重置。當(dāng)密碼輸入正確后，LED會(huì)顯示解鎖信號(hào)。本文列舉了兩種不同的方案，并對(duì)它們進(jìn)行了比較和闡述說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：報(bào)警密碼鎖;設(shè)計(jì);方案比較

引言：

隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)安全的要求越來(lái)越高。自古以來(lái)，鎖一直是鎖門(mén)的鐵將軍，自古以來(lái)都有很大的需求。它不僅防盜讓人產(chǎn)生安全感，且安全可靠易于使用。根據(jù)有關(guān)資料查閱表明：電子密碼鎖的研究始于十九世紀(jì)三十年代，并已在特殊地方使用了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，人類(lèi)可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入一組密碼來(lái)完成此鎖定。研究這種鎖的最初目的是為了提高鎖的安全性，由于電子鎖的鑰匙（密碼）數(shù)量組合配比可有很多種，因此可以與機(jī)械鎖結(jié)合使用，從而規(guī)避掉了模仿鑰匙鋸齒狀輪廓開(kāi)鎖的安全隱患。電子鎖只需要記住一組密碼從而無(wú)需攜帶金屬鑰匙，避免了攜帶金屬鑰匙的麻煩，因此受到越來(lái)越多人的喜愛(ài)認(rèn)可及使用。電子鎖的類(lèi)型很多，包括數(shù)字鎖、指紋鎖、磁卡鎖、IC卡鎖、生物鎖等，而鑰匙型數(shù)字密碼組合鎖更為實(shí)用。

一、設(shè)計(jì)背景

電子密碼鎖是一種電子產(chǎn)品，可通過(guò)代碼輸入來(lái)控制電路或芯片的操作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，并完成解鎖和鎖定任務(wù)。它的性能和安全性大大超過(guò)了機(jī)械鎖，具有以下特征：

1）安全性能良好，編碼量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了子彈鎖，隨機(jī)解鎖的成功率幾乎為零，進(jìn)而杜絕高發(fā)風(fēng)險(xiǎn)及潛在隱患。

2）可以快捷簡(jiǎn)單更改密碼。用戶可以經(jīng)常更改密碼以防止密碼被盜，同時(shí)可以防止由于人員更換而導(dǎo)致鎖的安全等級(jí)變差。

3）錯(cuò)誤代碼輸入保護(hù)。多次輸入密碼后，警報(bào)系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)。

4）電子密碼鎖的操作簡(jiǎn)單易行，方便普及大眾，易學(xué)易上手操作。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)

此設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)一種通過(guò)輸入正確的密碼來(lái)解鎖的鎖，如果多次輸入錯(cuò)誤將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤密碼的警報(bào)提示。如果密碼未在指定的時(shí)間內(nèi)完成，則會(huì)進(jìn)行自鎖重置，并且密碼無(wú)法繼續(xù)，從而達(dá)到防止非法解鎖的目的。

三、總體方案設(shè)計(jì)

通過(guò)查閱大量相關(guān)技術(shù)資料并結(jié)合自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，主要提出了兩種實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的技術(shù)方案。接下來(lái)，分別說(shuō)明兩種方案的組成圖和實(shí)現(xiàn)原理，分析和比較兩種方案的特性，并說(shuō)明最終選擇方案的原因。

（一）方案比較

1.方案一

方案一原理框圖如圖1所示。

第一種方案的原理是：首先，將固定的密碼電路焊接到密碼存儲(chǔ)電路中，使密碼存儲(chǔ)電路不能改變。在輸入按鈕開(kāi)關(guān)上輸入密碼。當(dāng)按下第一個(gè)密碼時(shí)，會(huì)觸發(fā)5s。將密碼輸入到輸入鎖電路中，并與存儲(chǔ)的密碼進(jìn)行比較。如果密碼正確，則解鎖。如果密碼不正確，將發(fā)出20秒的警告。

2.方案二

方案二的原理框圖如圖2所示。

第二種方案的原理是：先設(shè)置密碼，然后通過(guò)鎖存器鎖住密碼，然后輸入密碼，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)密碼輸入后，5秒開(kāi)始，5秒后鎖定鍵盤(pán)，無(wú)法再次輸入密碼。輸入密碼由密碼鎖電路鎖定，將輸入的密碼與設(shè)置的密碼進(jìn)行比較，然后按確定鍵。如果密碼是正確的，鎖將被解鎖，如果密碼是不正確的，20秒的時(shí)間報(bào)警將被觸發(fā)。當(dāng)密碼不正確時(shí)，按“重置”鍵再次輸入密碼。

（二）方案論證

方案一中電子密碼鎖的基本功能可以實(shí)現(xiàn)低功耗，但密碼不能修改。密碼是預(yù)先設(shè)置的初始密碼。此外，在輸入密碼四次后，會(huì)立即自動(dòng)解鎖，安全性較低。方案二具有復(fù)位功能，調(diào)試時(shí)能及時(shí)糾正錯(cuò)誤密碼并停止報(bào)警，但功耗大于方案一。方案二具有修改原密碼的功能，在該方案中，使用確認(rèn)密鑰來(lái)防止錯(cuò)誤的密鑰數(shù)被解鎖。

（三）方案選擇

綜合功能考慮安全性能，選擇方案二。密碼修改在日常生活中非常重要。如果懷疑密碼被盜，可以更改密碼以確保安全。如果密碼輸入錯(cuò)誤，可按“重置”再次解鎖。

四、結(jié)論

密碼鎖主要由矩形鍵盤(pán)模塊、密碼設(shè)置模塊、密碼輸入鎖定模塊、密碼比較模塊、定時(shí)模塊和解鎖報(bào)警模塊組成。

Proteus仿真軟件設(shè)計(jì)的數(shù)字密碼鎖應(yīng)按零件順序進(jìn)行仿真，就像實(shí)驗(yàn)室中的連接線一樣，不受元件的限制，最終連接在一起進(jìn)行仿真，可以完全識(shí)別和更改問(wèn)題。設(shè)計(jì)需求可以盡可能地實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展，采用數(shù)字邏輯電路對(duì)電子鎖進(jìn)行控制。鎖定開(kāi)關(guān)可以通過(guò)輸入一個(gè)數(shù)字來(lái)控制。密碼輸入正確后，解鎖燈亮起并解鎖;密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警燈亮起并報(bào)警，突破了傳統(tǒng)的機(jī)械鎖，具有統(tǒng)一性強(qiáng)、保密性低、易撬的缺點(diǎn)。數(shù)字電子密碼鎖具有安全性高、靈活性好、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，在人們的生活中非常方便。然而，在日常生活中，仍然存在著防止密碼滲透、設(shè)置密碼等問(wèn)題，三次錯(cuò)誤的輸入將被鎖定，再也沒(méi)有辦法解鎖了，具有統(tǒng)一，保密性低和容易撬動(dòng)的缺點(diǎn)。數(shù)字電子密碼鎖具有保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，在人們的生活中使用非常方便。然而，在日常生活中仍然存在諸如防止密碼滲透，設(shè)置密碼等問(wèn)題。三個(gè)錯(cuò)誤的輸入后將被鎖定。沒(méi)有更多的解鎖。另外，在本設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)工作中，由兩個(gè)555個(gè)計(jì)時(shí)器組成的20s計(jì)時(shí)電路具有重復(fù)的工作區(qū)域，這會(huì)造成能源浪費(fèi)，這是一個(gè)不足之處，因此，為了使功能更加完善，需要解決將來(lái)設(shè)計(jì)的電子密碼鎖的兩個(gè)問(wèn)題，以便可以大規(guī)模地推廣和使用。

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[5] 任維政.電工技術(shù)實(shí)踐.北京：科學(xué)出版社.2008。

作者簡(jiǎn)介

郭霜（1999-），女，漢，四川省南充市，本科，研究方向：軌道交通信號(hào)與控制

劉瑤瑤（1999-），女，漢，四川省宜賓市，本科，研究方向：軌道交通信號(hào)與控制

李思誼（1999-），男，漢，四川省綿陽(yáng)市，本科，研究方向：電子信息

魯晏鵬（1999-），男，漢，四川省資陽(yáng)市，本科，研究方向： 信息工程