現(xiàn)代信息技術(shù)在電子鎖中的應(yīng)用研究

摘要：現(xiàn)代科技水平的提升，使得物聯(lián)網(wǎng)、電子信息技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，基于現(xiàn)代信息技術(shù)的電子鎖應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的機(jī)械鎖相比，電子鎖可以依據(jù)用戶的實(shí)際需求進(jìn)行個性化設(shè)置，不僅使用起來更方便、更人性化，同時還具備了智能化、自動化以及可遠(yuǎn)程控制等多種優(yōu)點(diǎn)，可以滿足更多人群的使用需求，大有取代傳統(tǒng)機(jī)械鎖的趨勢。本文先對電子鎖的工作原理及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，再介紹電子鎖應(yīng)用現(xiàn)代信息化技術(shù)的優(yōu)勢，最后總結(jié)了電子鎖中各類現(xiàn)代信息化技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代；信息技術(shù)；電子鎖；應(yīng)用

近年來，電子鎖以其高效、安全以及便捷等多種優(yōu)點(diǎn)，深受人們的青睞，而將信息技術(shù)應(yīng)用于電子鎖行業(yè)，不僅使得電子鎖的安全性能進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)了智能化管理，為鎖具行業(yè)創(chuàng)造了全新的發(fā)展機(jī)遇。相較于傳統(tǒng)鎖具，電子鎖可以通過加密技術(shù)，避免他人利用技術(shù)手段開鎖，同時還能通過監(jiān)控系統(tǒng)提醒用戶上鎖，且只要開鎖條件符合，就能自動開鎖，無需人工操作，使用起來更加方便快捷，且安全可靠。目前已廣泛應(yīng)用于家庭、共享單車以及公共閘門等各個領(lǐng)域。

一、基于現(xiàn)代信息技術(shù)的電子鎖概述

（一）電子鎖的工作原理

電子鎖主要利用電子方式識別開鎖信號，獲取開鎖信息后，自動執(zhí)行用戶發(fā)出的開啟和鎖閉控制信號。例如，密碼輸入后可以控制電子鎖的芯片或電路工作狀態(tài)，從而使機(jī)械開關(guān)自動打開或者閉合。目前市場上，電子鎖內(nèi)置都是以單片機(jī)為主，系列為51，型號為AT89051，加上配套硬件，其涉及多個不同的功能模塊，包括密碼設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示以及信息識別等（如圖1所示）。如果有需要，可以與驅(qū)動型電磁執(zhí)行器連通，通過檢測驅(qū)動電流值獲取傳感器發(fā)出的報警信號，然后發(fā)送數(shù)據(jù)。單片機(jī)將分別輸入與接收相關(guān)的代碼，并經(jīng)過內(nèi)部設(shè)置的系統(tǒng)，確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)是否與EEPROM中存儲的密碼數(shù)據(jù)相一致，如果不一致，系統(tǒng)會立即提醒密碼錯誤，要求重新輸入。一般會設(shè)定錯誤的次數(shù)為2次，如果第3次輸入仍然錯誤，系統(tǒng)會立即發(fā)出警報信號。如果輸入的密碼與保存的密碼一致，內(nèi)部的電磁執(zhí)行器會立即發(fā)出指令將鎖打開。在開鎖時，單片機(jī)會將執(zhí)行器產(chǎn)生的驅(qū)動電流值，再以信息的狀態(tài)傳達(dá)給智能監(jiān)控器模塊，并及時將報警信號傳送給智能監(jiān)控器。最終，對相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息開展進(jìn)行智能分析和處理[1]。

（二）電子鎖應(yīng)用現(xiàn)狀

科技的不斷進(jìn)步，加上居民都有了更高的生活質(zhì)量，各類酒店、辦公樓以及住宅區(qū)等建筑物越來越多，電子鎖也以其管理方便、時尚以及安全等多種優(yōu)點(diǎn)，因此，越來越多的用戶開始選擇電子鎖作為入戶門鎖。就目前來說，電子鎖的類型主要分為三類，分別是IC卡鎖、密碼鎖以及指紋鎖，與傳統(tǒng)的密碼類、射頻類的電子鎖相比，應(yīng)用了現(xiàn)代信息技術(shù)的電子鎖可以對數(shù)字、圖形圖像、時間以及人體生物特性等電子信息進(jìn)行收集與組合。通過信息組合使用、生物特征性識別等先進(jìn)技術(shù)，使得電子鎖有了更強(qiáng)的保密與安全性能，并且使用起來也更加方便。在人們的生產(chǎn)、生活中，電子鎖都擁有廣闊的應(yīng)用前景。

二、現(xiàn)代信息技術(shù)在電子鎖中的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）提升鎖具質(zhì)量

電子鎖的構(gòu)造、材質(zhì)以及安全性都明顯優(yōu)于機(jī)械鎖，售價也相對較高，而價格高也就意味著行業(yè)會投入更多的資金來提升鎖具質(zhì)量，以確保電子鎖具備更好的性能。就目前來說，電子鎖主要被運(yùn)用于共享單車、地鐵閘門等領(lǐng)域，不僅實(shí)現(xiàn)了電子鎖使用的智能化、信息化，同時鎖具的質(zhì)量也大幅度提升，加上現(xiàn)代信息加密技術(shù)水平的提升，除了鎖具硬件之外，其內(nèi)部軟件質(zhì)量也明顯提升；可見現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，使得電子鎖具的軟硬件質(zhì)量都得到明顯優(yōu)化。

（二）優(yōu)化鎖具的便捷性與靈活性

近年來，我國智慧小區(qū)越來越多，電子鎖正在以其便捷、靈活等多種優(yōu)點(diǎn)成為人們保障居住環(huán)境的優(yōu)先選擇。例如，將電子鎖用于地鐵閘門中，用戶通過時完成付費(fèi)操作就能自動開閘，用戶通過后則自動關(guān)閘，使用起來更加靈活方便，大幅度提升了工作效率。不僅不需要工作人員執(zhí)行開門操作，用戶也無需動手，可以為行人出行節(jié)省更多時間，讓行人進(jìn)出更加方便[2]。

（三）后期維護(hù)更方便

電子鎖與傳統(tǒng)鎖相比，投入使用后的維護(hù)成本明顯降低，電子鎖免除了鑰匙的使用，也無需人為操作，可以節(jié)省更多后期維護(hù)的費(fèi)用。電子鎖是一種集成電子型硬件，普通的鎖匠僅能維修普通的機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖，而無法維修電子鎖。所以，電子鎖的后期維護(hù)需要由其生產(chǎn)的廠家或者是分銷商完成。維修的周期非常短，而維修服務(wù)也更有保障。隨著電子鎖行業(yè)開始發(fā)展成為模塊化、規(guī)范化，此類產(chǎn)品無論是性能還是質(zhì)量都不斷提升。同時，還配置更完善、及時的售后服務(wù)，使電子鎖后期的維修越來越方便。

（四）強(qiáng)化鎖具安全性能

電子鎖與一般鎖具的主要區(qū)別在于電子門鎖具有密碼設(shè)置功能，如共享單車使用的電子鎖，不僅保留了傳統(tǒng)鎖具的優(yōu)點(diǎn)，同時又配備了密碼鎖，可以借助于信息技術(shù)設(shè)置電子密碼，從而避免欺詐、仿冒等不法行為，且密碼鎖的準(zhǔn)確度極高，可進(jìn)一步提升鎖的性能與安全性。由現(xiàn)代信息技術(shù)制成的電子鎖，一般都自動對其內(nèi)部的密碼實(shí)施加密，加密方法以64位為主，還具備組織加密功能，這種加密方法攻破難度更大，也意味著鎖具安全性能更高；而且電子鎖還可以針對時間、權(quán)限等不同，設(shè)立不同的安全級別，讓設(shè)置口令更加隱秘，進(jìn)一步提升其使用的安全性和可靠性[3]。

三、信息技術(shù)在電子鎖中的具體應(yīng)用

（一）電流監(jiān)視技術(shù)

采用電流監(jiān)視技術(shù)進(jìn)行智能密碼鎖的設(shè)計，可以更好地保護(hù)線圈，防止人為操作失誤導(dǎo)致電磁執(zhí)行器、通信線路等受到破壞，或者由于其他異常原因?qū)е码姶啪€圈內(nèi)部電流超負(fù)荷而燒毀。需要合理選擇電流的監(jiān)視器，例如應(yīng)用電流/電壓轉(zhuǎn)換芯MAX471，該芯片由MAXIM公司生產(chǎn)，具有更寬的測量范圍和高精度。設(shè)置監(jiān)視器后，可以將輸出的電壓直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器，并通過單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，最終獲取電流發(fā)生改變的相關(guān)數(shù)據(jù)，并立即對信息進(jìn)行分析處理。一旦發(fā)現(xiàn)異常，即可自動發(fā)出報警提示。

（二）智能化分析技術(shù)

智能化分析技術(shù)是電子鎖實(shí)現(xiàn)智能化最關(guān)鍵的技術(shù)之一。該技術(shù)可以進(jìn)行精準(zhǔn)身份識別，并根據(jù)用戶輸入的信息自動響應(yīng)。智能化分析流程主要包括采集數(shù)據(jù)、算法選擇、模型構(gòu)建和預(yù)測等步驟。將智能化分析技術(shù)應(yīng)于電子鎖當(dāng)中，可通過多種算法、模型對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并作出正確響應(yīng)。這不僅可以增強(qiáng)電子鎖的便捷性、安全性和可擴(kuò)展性，還能讓用戶獲得更好的使用體驗(yàn)。電子鎖借助于智能化分析技術(shù)可以對用戶輸入的聲音、指紋以及圖像等各種信息進(jìn)行提取、收集以及對比，然后對安全防護(hù)問題進(jìn)行綜合分析，并將分析結(jié)果報告給管理人員。例如，在辦公室使用電子智能鎖，大門使用鎖A進(jìn)行控制，鎖l、2和3分別代表三個不同用戶的儲物柜。當(dāng)用戶輸入自己的手機(jī)號碼到鎖系統(tǒng)中時，可以打開辦公室大門。然后再輸入密碼，如果手機(jī)號和密碼與儲物柜的密碼匹配，對應(yīng)的儲物柜門將打開，并且系統(tǒng)會以動態(tài)表格的形式保存用戶的密碼和信息（如表1所示）。

管理員可以自主設(shè)置和更改該表格。當(dāng)系統(tǒng)接到管理人員的用戶添加、刪除以及密碼修改等指令后，會立即更新存儲的數(shù)據(jù)和信息。以便后續(xù)相關(guān)用戶輸入信息數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確分析其是否符合開鎖條件以及需要打開的鎖號[4]。

（三）軟件系統(tǒng)

電子鎖內(nèi)部軟件系統(tǒng)的設(shè)計一般需要經(jīng)過以下流程：

第一步，分析系統(tǒng)需求：首先需要明確軟件的需求，包括對功能的要求、對用戶界面設(shè)置的要求等。

第二步，設(shè)計架構(gòu)設(shè)計：首先確定軟件的架構(gòu)，通常包括劃分職責(zé)、設(shè)計流程以及設(shè)計模塊等。

第三步，功能設(shè)計：在對電子鎖的軟件功能進(jìn)行設(shè)計時，主要涉及信息數(shù)據(jù)的輸入輸出、算法以及代碼實(shí)現(xiàn)過程等內(nèi)容。

第四步，設(shè)計數(shù)據(jù)庫：首先完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，然后明確各類信息數(shù)據(jù)的存儲過程。

第五步，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：電子鎖軟件系統(tǒng)主要由程序模塊、接口等實(shí)現(xiàn)。

第六步，測試與運(yùn)行維護(hù)：軟件設(shè)計完成后需要進(jìn)行測試，確認(rèn)軟件各項功能是否能夠穩(wěn)定、正常地運(yùn)行，并且準(zhǔn)確、快速地分析和解決各類問題。

就目前來說，大部分的電子鎖均是以51系列微處理器作為核心，配合電子鎖具和智能監(jiān)視器，通過組合方式實(shí)現(xiàn)對智能密碼鎖的控制，同時采用了模塊化方法讓系統(tǒng)具備模塊化功能。在51系列微處理器中充分發(fā)揮了微處理器本身的軟硬件優(yōu)勢，最終實(shí)現(xiàn)電子鎖的智能化，確保電子鎖整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

（四）預(yù)處理與數(shù)據(jù)通信技術(shù)

預(yù)處理與數(shù)據(jù)通信技術(shù)是電子鎖完成數(shù)據(jù)通信、預(yù)處理操作的基礎(chǔ)，智能監(jiān)控器在運(yùn)行過程中，如果接收到電磁執(zhí)行器線圈產(chǎn)生的電流值和收鎖等信息狀態(tài)，就可以對通信線路內(nèi)部的供電電流值進(jìn)行讀取，由3類信息區(qū)塊組成數(shù)據(jù)塊，其中的電流、操作時的狀態(tài)以及線圈電流都有著不同的字節(jié)，分別是2、1、2，而電子鎖系統(tǒng)則主要有關(guān)閉、開啟及密碼錯誤三種不同的狀態(tài)，鎖具系統(tǒng)運(yùn)行時，智能監(jiān)控器始終保持信息接收的狀態(tài)，以確保通信的穩(wěn)定性與可靠性；智能監(jiān)控器可以多次重復(fù)發(fā)送通信協(xié)議，最高次數(shù)可以達(dá)到5次，同時利用大數(shù)譯碼定律，糾錯已經(jīng)接收入內(nèi)的各類數(shù)據(jù)信息，以免數(shù)據(jù)出錯。而預(yù)處理技術(shù)則可以為系統(tǒng)節(jié)省出更多的內(nèi)存，數(shù)據(jù)被系統(tǒng)接收后，第一時間將數(shù)據(jù)與預(yù)置門限的數(shù)值進(jìn)行比較，若二者不一致，就立即發(fā)出報警，同時還能將接收數(shù)據(jù)與當(dāng)日同類型的其他數(shù)據(jù)開展比較，選取一個最大值，并保留下來，以此來確保內(nèi)部存儲信息在同類信息數(shù)據(jù)內(nèi)均為最大值，使得電子鎖本身的安全防護(hù)功能始終處于正常狀態(tài)[5]。

（五）線路復(fù)用技術(shù)

信息化智能密碼鎖的構(gòu)成主要智能化監(jiān)控器和鎖具組成，二者所處的位置不同。使用電子鎖的流程是鎖具把運(yùn)行、報警等狀態(tài)發(fā)送至監(jiān)控器，并接收監(jiān)視器發(fā)送過來的電源。如果采用不同的供電和通信線路進(jìn)行設(shè)置，那么就需要更多的電纜芯，這也意味著鎖具在使用上存在更高的風(fēng)險。但如果采用一根二芯這種類的電纜，就能直接實(shí)現(xiàn)線路復(fù)用，同時完成信息和供電的雙重傳輸。但為了避免二者彼此干擾，需要合理選擇對扼流圈L與耦合電容C。在接收的一端，脈沖變壓器T在對相關(guān)數(shù)據(jù)信號進(jìn)行接收后，會馬上對其降壓，然后再傳給解調(diào)器，從而減少數(shù)據(jù)的損耗。在發(fā)送一端，T會對接收到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行升壓，然后再進(jìn)行發(fā)送[6]。

四、結(jié)束語

總之，將信息技術(shù)應(yīng)用于電子鎖中，不僅能提升電子鎖的安全性、便捷性以及靈活性，還能實(shí)現(xiàn)電子鎖的智能化管理，讓用戶使用起來更方便、更安全。相信在不久的將來，電子鎖會逐步取代傳統(tǒng)機(jī)械鎖，成為廣大用戶的優(yōu)先選擇。

作者單位：阮靜 北京呈創(chuàng)科技股份有限公司

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