“小黑盒”對(duì)智能門(mén)鎖的影響分析

■ 文/ 公安部檢測(cè)中心 韓井玉 謝峰

關(guān)鍵字：小黑盒 智能門(mén)鎖 微控單元（MCU） 傳輸線(xiàn)纜

1 引言

隨著智能化網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)安全的要求越來(lái)越高。門(mén)鎖作為家庭的第一道防線(xiàn)，其安全性引起了人們的高度重視。2018年，新聞媒體報(bào)道的“小黑盒”3秒打開(kāi)智能門(mén)鎖事件在社會(huì)上造成了恐慌，智能門(mén)鎖的安全問(wèn)題引起人們廣泛關(guān)注。本文重點(diǎn)介紹了智能門(mén)鎖組成的框架結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了 “小黑盒”工作原理，結(jié)合智能門(mén)鎖受到“小黑盒”干擾后，“小黑盒”產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)在智能門(mén)鎖內(nèi)部傳輸線(xiàn)纜中產(chǎn)生干擾電壓對(duì)智能門(mén)鎖的影響進(jìn)行了分析，同時(shí)結(jié)合智能門(mén)鎖工作方式設(shè)計(jì)特點(diǎn)，探討“小黑盒”對(duì)智能門(mén)鎖產(chǎn)生的影響。

2 “小黑盒”的工作原理

“小黑盒”是一種能產(chǎn)生高壓電磁脈沖的發(fā)生裝置，其產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)可以點(diǎn)亮LED燈和白熾燈等照明設(shè)備，同時(shí)還可以對(duì)周?chē)娮釉O(shè)備產(chǎn)生干擾。其特點(diǎn)是體積小、隱蔽性強(qiáng)。為研究其工作原理，將從市面上獲得的幾個(gè)“小黑盒”拆開(kāi)并對(duì)其工作原理進(jìn)行研究，簡(jiǎn)化得到其電路原理圖。如圖1所示。

圖1 “小黑盒”工作原理圖

由圖1可知，小黑盒的主要工作原理是通過(guò)三極管的通斷控制電感L和C2組成的LC振蕩電路，并將振蕩產(chǎn)生的能量耦合到次級(jí)線(xiàn)圈發(fā)射天線(xiàn)，從發(fā)射天線(xiàn)輻射產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)。從上面的分析可知，“小黑盒”的工作頻率與其內(nèi)部LC振蕩電路的電感和電容值的大小有關(guān)，“小黑盒”產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈之間的繞組比例和占空比有關(guān)。

3 智能門(mén)鎖組成框架

智能門(mén)鎖是傳統(tǒng)機(jī)械鎖與現(xiàn)代電子技術(shù)結(jié)合形成的一種新形態(tài)鎖具，與傳統(tǒng)機(jī)械鎖相比，智能門(mén)鎖在用戶(hù)識(shí)別和管理性能等方面更加智能。智能門(mén)鎖一般由微控單元（MCU）、識(shí)別模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和執(zhí)行模塊四部分組成，智能門(mén)鎖的組成框架如圖2所示。

圖2 智能門(mén)鎖組成框架

識(shí)別模塊類(lèi)似于機(jī)械鎖的鑰匙，可以是指紋、密碼、人臉、卡和虹膜等各種形式。智能門(mén)鎖的識(shí)別方式可以是一種，也可以是幾種方式組合。微控單元（MCU）是將識(shí)別模塊采集信息與存儲(chǔ)信息進(jìn)行比對(duì)核驗(yàn)，核驗(yàn)通過(guò)后，微控單元將開(kāi)鎖信息傳遞給驅(qū)動(dòng)模塊。驅(qū)動(dòng)模塊的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)作，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)合與分離控制執(zhí)行模塊機(jī)械部分打開(kāi)和關(guān)閉智能門(mén)鎖。目前驅(qū)動(dòng)模塊主要有兩種安裝方式，一種是內(nèi)置，即驅(qū)動(dòng)模塊被安裝在智能門(mén)鎖的鎖體內(nèi)部；另外一種是外置，即驅(qū)動(dòng)模塊安裝在智能門(mén)鎖的前面板。執(zhí)行模塊的主要作用是打開(kāi)智能門(mén)鎖，目前主要由兩種，一種是采用機(jī)械把手進(jìn)行開(kāi)鎖，另一種是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行開(kāi)鎖，即全自動(dòng)門(mén)鎖。

4 智能門(mén)鎖的影響解析

“小黑盒”對(duì)智能門(mén)鎖的影響主要有以下兩種情況：一種是其產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)在智能鎖內(nèi)部傳輸線(xiàn)纜上感應(yīng)出一定幅值電壓被作為開(kāi)鎖信號(hào)打開(kāi)智能門(mén)鎖；另一種是其產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)引起智能門(mén)鎖重啟，影響驅(qū)動(dòng)模塊工作方式，進(jìn)而打開(kāi)智能門(mén)鎖。

4.1 智能門(mén)鎖內(nèi)部傳輸線(xiàn)纜的影響分析

通過(guò)對(duì)智能門(mén)鎖組成框架的分析可知，智能門(mén)鎖內(nèi)部需要多條傳輸線(xiàn)纜傳遞其內(nèi)部電子部件的信息。根據(jù)電磁場(chǎng)傳輸線(xiàn)耦合模型，在外界電磁場(chǎng)激勵(lì)下傳輸線(xiàn)會(huì)感應(yīng)出一定的電壓，產(chǎn)生電壓的大小與電磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的大小、線(xiàn)纜的長(zhǎng)度和終端的阻抗等各種因素有關(guān)。

由上面的分析可知，“小黑盒”打開(kāi)智能門(mén)鎖可能是由于其產(chǎn)生的高場(chǎng)強(qiáng)在智能門(mén)鎖內(nèi)部傳輸線(xiàn)纜上感應(yīng)出一定強(qiáng)度的電壓，該電壓被作為開(kāi)鎖信號(hào)打開(kāi)智能門(mén)鎖。為研究“小黑盒”在智能門(mén)鎖內(nèi)部傳輸線(xiàn)纜上產(chǎn)生感應(yīng)電壓對(duì)智能門(mén)鎖的影響，對(duì)某款能用“小黑盒”打開(kāi)的智能門(mén)鎖進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究。首先，分析智能門(mén)鎖的開(kāi)鎖信號(hào)，對(duì)該款智能門(mén)鎖輸入正確的識(shí)別信息后，通過(guò)示波器進(jìn)行采集微控單元傳給驅(qū)動(dòng)單元的開(kāi)鎖信息，采集到的開(kāi)鎖信息如圖3所示。

圖3 智能門(mén)鎖開(kāi)鎖信號(hào)

通過(guò)圖3可知，該智能門(mén)鎖的開(kāi)鎖方式為單個(gè)電壓脈沖上升開(kāi)鎖。其次，用“小黑盒”干擾智能門(mén)鎖內(nèi)部微控單元與驅(qū)動(dòng)模塊之間的傳輸線(xiàn)纜，并用示波器采集在驅(qū)動(dòng)模塊線(xiàn)纜終端產(chǎn)生的電壓，傳輸線(xiàn)纜終端采集的電壓波形如圖4所示。

圖4 智能門(mén)鎖內(nèi)傳輸線(xiàn)纜感應(yīng)電壓測(cè)試結(jié)果

從圖4可知，在智能門(mén)鎖內(nèi)部傳輸線(xiàn)纜上感應(yīng)出的電壓值很高，對(duì)比圖3和圖4的電壓波形圖發(fā)現(xiàn)，傳輸線(xiàn)纜上的感應(yīng)電壓高于智能門(mén)鎖的開(kāi)鎖單個(gè)脈沖電壓值，則該感應(yīng)電壓被作為該智能門(mén)鎖的開(kāi)鎖信息電壓進(jìn)而打開(kāi)智能門(mén)鎖。

4.2 對(duì)智能門(mén)鎖系統(tǒng)工作方式的影響分析

研究“小黑盒”對(duì)智能門(mén)鎖的影響發(fā)現(xiàn)，某些智能門(mén)鎖在受到“小黑盒”干擾后出現(xiàn)重啟現(xiàn)象。智能門(mén)鎖重啟后，在不需要輸入任何已認(rèn)證或未認(rèn)證的識(shí)別信息情況下，操作執(zhí)行模塊可以輕松打開(kāi)智能門(mén)鎖。

為研究上述現(xiàn)象，對(duì)智能門(mén)鎖系統(tǒng)的工作方式進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，有的智能門(mén)鎖在使用過(guò)程中容易死機(jī)或中斷等特殊情況導(dǎo)致智能門(mén)鎖出現(xiàn)機(jī)械故障而不能正常使用，為了避免上述現(xiàn)象，設(shè)計(jì)者將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成重啟后可自動(dòng)進(jìn)行一次復(fù)位操作，在復(fù)位操作過(guò)程中，如果智能門(mén)鎖的驅(qū)動(dòng)模塊復(fù)位后處于結(jié)合狀態(tài)，則可以在不需要輸入任何已認(rèn)證信息或未認(rèn)證的識(shí)別信息情況下通過(guò)執(zhí)行模塊打開(kāi)智能門(mén)鎖。因此，“小黑盒”打開(kāi)智能門(mén)鎖主要是由于其產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)在智能門(mén)鎖微控單元（MCU）的焊點(diǎn)或PCB上線(xiàn)路等部分感應(yīng)出一定幅值電壓，引起智能門(mén)鎖重啟，進(jìn)而打開(kāi)智能門(mén)鎖。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析可知，“小黑盒”對(duì)智能門(mén)鎖影響的主要原因是由于“小黑盒”產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)在智能門(mén)鎖內(nèi)部傳輸線(xiàn)纜感應(yīng)出電壓被作為開(kāi)鎖信號(hào)打開(kāi)智能門(mén)鎖，或強(qiáng)電磁場(chǎng)導(dǎo)致智能門(mén)鎖的重啟，引起其復(fù)位進(jìn)而影響驅(qū)動(dòng)模塊的工作打開(kāi)智能門(mén)鎖。因此，在智能門(mén)鎖的設(shè)計(jì)過(guò)程中不應(yīng)將智能門(mén)鎖的開(kāi)鎖方式設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到智能門(mén)鎖重啟后的安全保障問(wèn)題，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量。