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(kāi)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(gè)性化設(shè)置，不僅使用起來(lái)更方便、更人性化，同時(shí)還具備了智能化、自動(dòng)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(shì)。本文先對(duì)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(shì)，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(lái)，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(guò)加密技術(shù)，避免他人利用技術(shù)手段開(kāi)鎖，同時(shí)還能通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)提醒用戶上鎖，且只要開(kāi)鎖條件符合，就能自動(dòng)開(kāi)鎖，無(wú)需人工操作，使用起來(lái)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(gè)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(shí)別開(kāi)鎖信號(hào)，獲取開(kāi)鎖信息后，自動(dòng)執(zhí)行用戶發(fā)出的開(kāi)啟和鎖閉控制信號(hào)。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(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)或者閉合。目前市場(chǎng)上，電子鎖內(nèi)置都是以單片機(jī)為主，系列為51，型號(hào)為AT89051，加上配套硬件，其涉及多個(gè)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(shí)別等（如圖1所示）。如果有需要，可以與驅(qū)動(dòng)型電磁執(zhí)行器連通，通過(guò)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電流值獲取傳感器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，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(guò)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(chǔ)的密碼數(shù)據(jù)相一致，如果不一致，系統(tǒng)會(huì)立即提醒密碼錯(cuò)誤，要求重新輸入。一般會(huì)設(shè)定錯(cuò)誤的次數(shù)為2次，如果第3次輸入仍然錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。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(huì)立即發(fā)出指令將鎖打開(kāi)。在開(kāi)鎖時(shí)，單片機(jī)會(huì)將執(zhí)行器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)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(shí)將報(bào)警信號(hào)傳送給智能監(jiān)控器。最終，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息開(kāi)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(lái)越多，電子鎖也以其管理方便、時(shí)尚以及安全等多種優(yōu)點(diǎn)，因此，越來(lái)越多的用戶開(kāi)始選擇電子鎖作為入戶門鎖。就目前來(lái)說(shuō)，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(duì)數(shù)字、圖形圖像、時(shí)間以及人體生物特性等電子信息進(jìn)行收集與組合。通過(guò)信息組合使用、生物特征性識(shí)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(lái)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(shì)

（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(jià)也相對(duì)較高，而價(jià)格高也就意味著行業(yè)會(huì)投入更多的資金來(lái)提升鎖具質(zhì)量，以確保電子鎖具備更好的性能。就目前來(lái)說(shuō)，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(shí)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(jiàn)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(lái)，我國(guó)智慧小區(qū)越來(lái)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(guò)時(shí)完成付費(fèi)操作就能自動(dòng)開(kāi)閘，用戶通過(guò)后則自動(dòng)關(guān)閘，使用起來(lái)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(kāi)門操作，用戶也無(wú)需動(dòng)手，可以為行人出行節(jié)省更多時(shí)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(wú)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(wú)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(kāi)始發(fā)展成為模塊化、規(guī)范化，此類產(chǎn)品無(wú)論是性能還是質(zhì)量都不斷提升。同時(shí)，還配置更完善、及時(shí)的售后服務(wù)，使電子鎖后期的維修越來(lái)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(shí)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(dòng)對(duì)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(duì)時(shí)間、權(quán)限等不同，設(shè)立不同的安全級(jí)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(jì)，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(cè)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(guò)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(duì)信息進(jìn)行分析處理。一旦發(fā)現(xiàn)異常，即可自動(dòng)發(fā)出報(bào)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(shí)別，并根據(jù)用戶輸入的信息自動(dòng)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(cè)等步驟。將智能化分析技術(shù)應(yīng)于電子鎖當(dāng)中，可通過(guò)多種算法、模型對(duì)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(duì)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(duì)比，然后對(duì)安全防護(hù)問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，并將分析結(jié)果報(bào)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(gè)不同用戶的儲(chǔ)物柜。當(dāng)用戶輸入自己的手機(jī)號(hào)碼到鎖系統(tǒng)中時(shí)，可以打開(kāi)辦公室大門。然后再輸入密碼，如果手機(jī)號(hào)和密碼與儲(chǔ)物柜的密碼匹配，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)物柜門將打開(kāi)，并且系統(tǒng)會(huì)以動(dòng)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(huì)立即更新存儲(chǔ)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(shí)，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確分析其是否符合開(kāi)鎖條件以及需要打開(kāi)的鎖號(hào)[4]。

（三）軟件系統(tǒng)

電子鎖內(nèi)部軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般需要經(jīng)過(guò)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(duì)功能的要求、對(duì)用戶界面設(shè)置的要求等。

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

第三步，功能設(shè)計(jì)：在對(duì)電子鎖的軟件功能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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(guò)程等內(nèi)容。

第四步，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)：首先完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后明確各類信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)過(guò)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(cè)試與運(yùn)行維護(hù)：軟件設(shè)計(jì)完成后需要進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)軟件各項(xiàng)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(wèn)題。

就目前來(lái)說(shuō)，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(guò)組合方式實(shí)現(xiàn)對(duì)智能密碼鎖的控制，同時(shí)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(shì)，最終實(shí)現(xiàn)電子鎖的智能化，確保電子鎖整個(gè)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(guò)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(duì)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(shí)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(kāi)啟及密碼錯(cuò)誤三種不同的狀態(tài)，鎖具系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，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(shí)利用大數(shù)譯碼定律，糾錯(cuò)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(cuò)。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(shí)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(bào)警，同時(shí)還能將接收數(shù)據(jù)與當(dāng)日同類型的其他數(shù)據(jù)開(kāi)展比較，選取一個(gè)最大值，并保留下來(lái)，以此來(lái)確保內(nèi)部存儲(chǔ)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(bào)警等狀態(tài)發(fā)送至監(jiān)控器，并接收監(jiān)視器發(fā)送過(guò)來(lái)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(xiǎn)。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(shí)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(duì)扼流圈L與耦合電容C。在接收的一端，脈沖變壓器T在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行接收后，會(huì)馬上對(duì)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(huì)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行升壓，然后再進(jìn)行發(fā)送[6]。

四、結(jié)束語(yǔ)

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(lái)更方便、更安全。相信在不久的將來(lái)，電子鎖會(huì)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

參考文獻(xiàn)

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