本發(fā)明涉及一種基于紅外陣列的加密電子鎖的控制方法及系統(tǒng)，屬于智能家居行業(yè)的安全技術(shù)防范領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

門鎖作為安全防范產(chǎn)品必須具有安全性、穩(wěn)定性。如今，有些生產(chǎn)鎖的廠家在自身鎖的防盜性能上，沒有任何進(jìn)展，為了商業(yè)目的，只有在鎖的外觀上大做文章，改變鑰匙形狀，故弄玄虛，蒙蔽消費(fèi)者，這些鎖的防盜性能上甚至還不如最古老、簡(jiǎn)單的掛鎖。從鎖的發(fā)展歷史上看，要想能防止萬能鑰匙的開啟，鎖的制造工藝就會(huì)特別復(fù)雜，制造成本會(huì)十?dāng)?shù)倍的增加，同時(shí)，其防暴力破壞的性能也會(huì)大大降低，鎖具制造行業(yè)一直被這個(gè)問題所困擾。至今，選擇什么樣的鎖才真正安全是廣大消費(fèi)者最為關(guān)心的事。但目前市場(chǎng)上主流的幾種鎖都有各種各樣的缺點(diǎn)：

1.機(jī)械鎖：由于其價(jià)格便宜所以被大眾廣泛使用，但現(xiàn)在入室搶劫事件層出不窮，多數(shù)盜竊團(tuán)伙利用所謂的“萬能鑰匙”幾秒鐘就能打開門，輕松進(jìn)入室內(nèi)；且機(jī)械鎖鑰匙易被復(fù)制，若遇到類似將鑰匙給鐘點(diǎn)工單獨(dú)使用的情況，存在很大的安全隱患；

2.指紋鎖：雖然有難被復(fù)制的優(yōu)點(diǎn)，但其存在價(jià)格較貴和電子零件易損壞、電源易發(fā)生故障等缺點(diǎn)，而且溫度低不易識(shí)別；

3.遙控鎖：大多數(shù)汽車都適用遙控鎖，但是出現(xiàn)這樣一種特殊的偷取車內(nèi)財(cái)物手法：利用車主鎖車時(shí)遙控器發(fā)出的信號(hào)，偷車賊在離很近的地方利用特殊的儀器干擾遙控信號(hào)，然后打開車門偷取財(cái)物。

電子鎖是組成公共安全防范系統(tǒng)的重要電子裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些以芯片為核心的基于單片機(jī)的新型電子鎖開始出現(xiàn)，這類型的電子鎖一般是采用電子線路控制，以電磁鐵(或微型電機(jī))和鎖體作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)電一體化保險(xiǎn)裝置。但是現(xiàn)有的電子密碼鎖，尤其是應(yīng)用于公共場(chǎng)所的電子鎖，其安全穩(wěn)定性仍然較差，比如一旦將密碼告訴其他人，就會(huì)存在密碼泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于紅外陣列的加密電子鎖的控制方法及系統(tǒng)，它可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，尤其是機(jī)械鎖鑰匙易被復(fù)制、互開率高，遙控鎖信號(hào)易被截取，指紋鎖價(jià)格昂貴，溫度低不易識(shí)別，以及現(xiàn)有的電子密碼鎖的安全穩(wěn)定性較差的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種基于紅外陣列的加密電子鎖的控制方法，包括以下步驟：

a.開鎖時(shí)，紅外發(fā)射裝置控制單片機(jī)進(jìn)行加密運(yùn)算，然后通過串口發(fā)送字符串至紅外發(fā)射模塊矩陣，紅外發(fā)射模塊矩陣發(fā)出不同的紅外波形信號(hào)；

b.電子鎖的紅外接收模塊接收所述的紅外波形信號(hào)，對(duì)所述字符串進(jìn)行解密；然后判斷解密后的信息與其存儲(chǔ)的初始化信息是否一致；若一致，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊啟動(dòng)，鎖打開；若不一致，則蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

優(yōu)選的，步驟a中所述的加密運(yùn)算采用基于線性映射的改進(jìn)的RC4加密算法。

前述的采用基于線性映射的改進(jìn)的RC4加密算法進(jìn)行加密包括以下步驟：

S1，計(jì)算(i+1)與N相除的余數(shù)，其中，i大于等于0小于等于N-1，N為初始狀態(tài)矢量S中的元素個(gè)數(shù)，i、N、S均為加密算法初始化的向量值，利用他們和明文進(jìn)行運(yùn)算，即可獲得加密后的數(shù)據(jù)；

S2，利用線性方程計(jì)算y的值，y＝k*x+b，k和b的值可由用戶自行設(shè)定其值，這樣就可以提高算法的隨機(jī)性，使得破譯的難度更加大；

S3，將y的值賦給x，x＝y(tǒng)，從而當(dāng)下一次加密的時(shí)候，新的x的值與上次加密x的值不同，提高加密的隨機(jī)性，更難被破解；

S4，利用矢量S、y和N的值計(jì)算變量j的值，j＝(j+S[i]+y*N)mod N，j大于等于0小于等于N-1，y的值由步驟S2給出；

S5，交換S[i]與S[j]中的元素(即swap(S[i],S[j]))；

S6，利用矢量S的不同元素(即S[i]+S[j])和N計(jì)算t的值，t＝(S[i]+S[j])mod N；

S7，將矢量S中的第t個(gè)元素的值賦給KEY的第t個(gè)元素，KEY[t]＝S[t]；轉(zhuǎn)到S1，以此類推，獲得最終的子密碼KEY；然后利用所述的最終的子密碼KEY對(duì)明文消息(比如紅外發(fā)射裝置的ID號(hào))進(jìn)行加密。

上述的基于紅外陣列的加密電子鎖的控制方法中，步驟a中，當(dāng)獲得最終的子密碼KEY后，將該最終的子密碼KEY與紅外發(fā)射裝置的ID號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，得到該紅外發(fā)射裝置的密文字符串，然后通過串口發(fā)送字符串至紅外發(fā)射模塊，紅外發(fā)射矩陣發(fā)出不同的紅外波形信號(hào)，由于ID號(hào)是唯一的，這樣使得每把鑰匙加密后的數(shù)據(jù)都不一樣，進(jìn)而密文字符串和紅外波形信號(hào)也不一樣，從而不同的鎖之間不會(huì)互開。

步驟b中，電子鎖的紅外接收模塊接收所述的紅外波形信號(hào)，并采用前述的基于線性映射的改進(jìn)的RC4加密算法計(jì)算得到與a步驟中相同的子密碼KEY，利用所述的最終的子密碼KEY與所述的密文字符串進(jìn)行異或運(yùn)算，得到紅外發(fā)射裝置的ID號(hào)；然后將該紅外發(fā)射裝置的ID號(hào)與電子鎖自身存儲(chǔ)的信息相比較，若一致，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊啟動(dòng)，鎖打開。

實(shí)現(xiàn)前述方法的基于紅外陣列的加密電子鎖的控制系統(tǒng)，包括：紅外發(fā)射裝置和設(shè)于電子鎖中的紅外接收裝置，所述的紅外發(fā)射裝置包括A單片機(jī)、A電源模塊、按鍵模塊、紅外發(fā)射模塊和A開關(guān)，所述的A電源模塊、按鍵模塊、紅外發(fā)射模塊和A開關(guān)分別與A單片機(jī)的IO端口連接；所述的紅外接收裝置包括：B單片機(jī)、B開關(guān)、B電源模塊、紅外接收模塊、蜂鳴器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，所述的B開關(guān)、B電源模塊、紅外接收模塊、蜂鳴器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與B單片機(jī)的IO端口連接，紅外接收模塊與紅外發(fā)射模塊無線連接。

優(yōu)選的，所述的紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊均為多個(gè)，且一一對(duì)應(yīng)，多個(gè)紅外發(fā)射模塊分別與A單片機(jī)的IO端口連接；對(duì)應(yīng)的多個(gè)紅外接收模塊分別與B單片機(jī)的IO端口連接。

前述的基于紅外陣列的加密電子鎖的控制系統(tǒng)中，所述的紅外接收裝置還包括：LED狀態(tài)信號(hào)指示燈，所述的LED狀態(tài)信號(hào)指示燈與B單片機(jī)連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明利用紅外陣列加密電子鎖，必須由對(duì)應(yīng)鑰匙近距離操作才可將鎖開啟，從而可以有效解決不法分子從中截取信號(hào)的問題，安全性較高；而且本發(fā)明通過紅外的發(fā)射和接收來實(shí)現(xiàn)電子鎖的開啟，并通過加密算法進(jìn)行紅外的編碼和解碼，使得每一次發(fā)射的紅外信息都不同，從而也大大提高了該電子鎖的安全性；同時(shí)其成本低廉，可防止鑰匙復(fù)制，且互開率較低；

2、本發(fā)明為了提高傳統(tǒng)RC4算法中偽隨機(jī)數(shù)生成過程中的隨機(jī)性，進(jìn)而提高算法的可靠性，提高電子鎖的安全性，將線性方程(y＝k*x+b，其中參數(shù)k和b可由用戶確定)融入偽隨機(jī)子密碼的生成過程中，并且該算法具有較低的計(jì)算復(fù)雜度；

3、本發(fā)明的加密電子鎖的控制系統(tǒng)包括紅外發(fā)射裝置和設(shè)于電子鎖中的紅外接收裝置，其中，所述的紅外發(fā)射裝置作為本系統(tǒng)中的鑰匙來使用，該加密電子鎖具有安全防盜功能，穩(wěn)定性可靠性較高，且與在外觀上大做文章的鎖相比，成本較低；

4、本發(fā)明的紅外發(fā)射裝置中設(shè)置有多個(gè)(以三個(gè)為例)紅外發(fā)射模塊，每個(gè)串口的加密方式是相同的，但是初始數(shù)據(jù)是不同的，按下按鍵后，每個(gè)原始原始數(shù)據(jù)通過加密算法加密，串口打開，三個(gè)紅外模塊就會(huì)發(fā)射出經(jīng)過加密算法加密之后的三種不同的信息，從而可以進(jìn)一步有效防止鑰匙復(fù)制的情況，解決機(jī)械鎖的易復(fù)制性、互開率高的問題；

5、本發(fā)明中的紅外接收裝置接收到紅外發(fā)射裝置所發(fā)射的紅外信息之后，對(duì)接收到的信息利用相同的子密碼進(jìn)行解密，然后看所述的明文消息與其自身存儲(chǔ)的信息是否一致，若相同，則單片機(jī)通過控制電機(jī)開鎖，同時(shí)，LED狀態(tài)信號(hào)指示燈閃爍，否則，啟動(dòng)蜂鳴器模塊，發(fā)出警報(bào)聲；也即一個(gè)鎖只能由與其相同編譯密碼的鑰匙才能打開，從而可有效解決萬能鑰匙帶來的危害；同時(shí)與指紋鎖、傳統(tǒng)數(shù)字密碼鎖等相比，本發(fā)明的加密電子鎖價(jià)格低廉，不受溫度影響，安全穩(wěn)定性和可靠性更高，能有效保護(hù)消費(fèi)者的財(cái)務(wù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中紅外發(fā)射模塊的電路原理圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中蜂鳴器的電路原理圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中紅外接收模塊的電路原理圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中紅外發(fā)射裝置的工作流程圖；

圖7本發(fā)明實(shí)施例中紅外接收裝置的工作流程圖。

附圖標(biāo)記：1-紅外發(fā)射裝置，2-紅外接收裝置，3-A單片機(jī)，4-A電源模塊，5-按鍵模塊，6-紅外發(fā)射模塊，7-A開關(guān)，8-B單片機(jī)，9-B開關(guān)，10-B電源模塊，11-紅外接收模塊，12-蜂鳴器，13-電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，14-LED狀態(tài)信號(hào)指示燈。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例：一種基于紅外陣列的加密電子鎖的控制方法，如圖6、圖7所示，包括以下步驟：

a.開鎖時(shí)，紅外發(fā)射裝置控制單片機(jī)進(jìn)行加密運(yùn)算，然后通過串口發(fā)送字符串至紅外發(fā)射模塊矩陣，紅外發(fā)射模塊矩陣發(fā)出不同的紅外波形信號(hào)；

b.電子鎖的紅外接收模塊接收所述的紅外波形信號(hào)，對(duì)所述字符串進(jìn)行解密；然后判斷解密后的信息與其存儲(chǔ)的初始化信息是否一致；若一致，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊啟動(dòng)，鎖打開；若不一致，則蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

本發(fā)明利用紅外陣列加密電子鎖，必須由對(duì)應(yīng)鑰匙近距離操作才可將鎖開啟，從而可以有效解決不法分子從中截取信號(hào)的問題，安全性較高；而且本發(fā)明通過紅外的發(fā)射和接收來實(shí)現(xiàn)電子鎖的開啟，并通過加密算法進(jìn)行紅外的編碼和解碼，使得每一次發(fā)射的紅外信息都不同，從而也大大提高了該電子鎖的安全性；同時(shí)其成本低廉，可防止鑰匙復(fù)制，且互開率較低

為了提高傳統(tǒng)RC4算法中偽隨機(jī)數(shù)生成過程中的隨機(jī)性，進(jìn)而提高算法的可靠性，提高電子鎖的安全性，步驟a中所述的加密運(yùn)算可采用基于線性映射的改進(jìn)的RC4加密算法，具體包括以下步驟：

S1，計(jì)算(i+1)與N相除的余數(shù)，其中，i大于等于0小于等于N-1，N為初始狀態(tài)矢量S中的元素個(gè)數(shù)，i、N、S均為加密算法初始化的向量值；

S2，利用線性方程計(jì)算y的值，y＝k*x+b，這里的k和b的值可由用戶自行設(shè)定其值；

S3，將y的值賦給x，x＝y(tǒng)；

S4，利用矢量S、y和N的值計(jì)算變量j的值，j＝(j+S[i]+y*N)mod N；j大于等于0小于等于N-1，y的值由步驟S2給出；

S5，交換S[i]與S[j]中的元素(即swap(S[i],S[j]))；

S6，利用矢量S的不同元素(即S[i]+S[j])和N計(jì)算t的值，t＝(S[i]+S[j])mod N；

S7，將矢量S中的第t個(gè)元素的值賦給KEY的第t個(gè)元素，KEY[t]＝S[t]；轉(zhuǎn)到S1，以此類推，獲得最終的子密碼KEY；然后利用所述的最終的子密碼KEY對(duì)明文消息進(jìn)行加密。

步驟a中，當(dāng)獲得最終的子密碼KEY后，將該最終的子密碼KEY與紅外發(fā)射裝置的ID號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，得到該紅外發(fā)射裝置的密文字符串，然后通過串口發(fā)送字符串至紅外發(fā)射模塊，紅外發(fā)射矩陣發(fā)出不同的紅外波形信號(hào)；步驟b中，電子鎖的紅外接收模塊接收所述的紅外波形信號(hào)，利用所述的最終的子密碼KEY與所述的密文字符串進(jìn)行異或運(yùn)算，得到紅外發(fā)射裝置的ID號(hào)；然后將該紅外發(fā)射裝置的ID號(hào)與電子鎖自身存儲(chǔ)的信息相比較，若一致，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊啟動(dòng)，鎖打開。

實(shí)現(xiàn)上述方法的基于紅外陣列的加密電子鎖的控制系統(tǒng)，如圖1～圖5所示，包括：紅外發(fā)射裝置1和設(shè)于電子鎖中的紅外接收裝置2，所述的紅外發(fā)射裝置1包括A單片機(jī)3、A電源模塊4、按鍵模塊5、紅外發(fā)射模塊6和A開關(guān)7，所述的A電源模塊4、按鍵模塊5、紅外發(fā)射模塊6和A開關(guān)7分別與A單片機(jī)3的IO端口連接；所述的紅外接收裝置2包括：B單片機(jī)8、B開關(guān)9、B電源模塊10、紅外接收模塊11、蜂鳴器12和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13，所述的B開關(guān)9、B電源模塊10、紅外接收模塊11、蜂鳴器12和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13分別與B單片機(jī)8的IO端口連接，紅外接收模塊11與紅外發(fā)射模塊6無線連接。

為了進(jìn)一步有效防止鑰匙復(fù)制的情況，解決機(jī)械鎖的易復(fù)制性、互開率高的問題，所述的紅外發(fā)射模塊6和紅外接收模塊11均為多個(gè)(以三個(gè)為例)，且一一對(duì)應(yīng)，三個(gè)紅外發(fā)射模塊6分別與A單片機(jī)3的IO端口連接；對(duì)應(yīng)的三個(gè)紅外接收模塊11分別與B單片機(jī)8的IO端口連接。紅外發(fā)射裝置中設(shè)置有多個(gè)(以三個(gè)為例)紅外發(fā)射模塊，每個(gè)串口的加密方式是相同的，但是初始數(shù)據(jù)是不同的，按下按鍵后，每個(gè)原始原始數(shù)據(jù)通過加密算法加密，串口打開，三個(gè)紅外模塊就會(huì)發(fā)射出經(jīng)過加密算法加密之后的三種不同的信息，從而可以進(jìn)一步有效防止鑰匙復(fù)制的情況，解決機(jī)械鎖的易復(fù)制性、互開率高的問題；紅外接收裝置接收到紅外發(fā)射裝置所發(fā)射的紅外信息之后，對(duì)接收到的信息利用相同的子密碼進(jìn)行解密，然后看所述的明文消息與其自身存儲(chǔ)的信息是否一致，若相同，則單片機(jī)通過控制電機(jī)開鎖，同時(shí)，LED狀態(tài)信號(hào)指示燈閃爍，否則，啟動(dòng)蜂鳴器模塊，發(fā)出警報(bào)聲；也即一個(gè)鎖只能由與其相同編譯密碼的鑰匙才能打開，從而可有效解決萬能鑰匙帶來的危害；同時(shí)與指紋鎖、傳統(tǒng)數(shù)字密碼鎖等相比，本發(fā)明的加密電子鎖價(jià)格低廉，不受溫度影響，安全穩(wěn)定性和可靠性更高，能有效保護(hù)消費(fèi)者的財(cái)務(wù)。

為了方便查看鎖的工作狀態(tài)，所述的紅外接收裝置2還包括：LED狀態(tài)信號(hào)指示燈14，所述的LED狀態(tài)信號(hào)指示燈14與B單片機(jī)8連接。

本發(fā)明的一種實(shí)施例的工作原理：

將所述的紅外發(fā)射裝置1包括的A單片機(jī)3(可采用STC89C52單片機(jī)，這是一款低功耗、高性能的CMOS8位微單片機(jī)，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間；可直接使用串口下載程序)、A電源模塊4(可采用USB供電系統(tǒng)，單片機(jī)的電源端直接插接到移動(dòng)電源USB口即可向其他模塊提供電源)、按鍵模塊5、紅外發(fā)射模塊6(可采用YS-IRTM紅外發(fā)射、解碼模塊，波長(zhǎng)為940nm 38k NEC編碼信號(hào)的發(fā)射；UART單片機(jī)串口通信接口為TTL串口，用作和A單片機(jī)3通信，傳遞加密信息)和A開關(guān)7封裝在一個(gè)小盒子內(nèi)，在外部能看到的是A開關(guān)7、按鍵模塊5、三個(gè)紅外發(fā)射模塊6。在需要使用鑰匙開鎖時(shí)，開啟A電源模塊4，其余時(shí)間可以選擇關(guān)閉A電源模塊4，可以有效地降低紅外發(fā)射裝置1的損耗。由于A單片機(jī)3本身只有一個(gè)串口，可以通過模擬串口的方式設(shè)置另外兩個(gè)串口，每個(gè)串口連接一個(gè)紅外發(fā)射模塊6。在按鍵之后，三個(gè)紅外發(fā)射模塊6就會(huì)發(fā)射出經(jīng)過加密算法加密之后的三種不同的信息。

同樣，將所述的紅外接收裝置2包括的B單片機(jī)8、B開關(guān)9、B電源模塊10、紅外接收模塊11(可采用YS-IRTM紅外發(fā)射、接收模塊，其中紅外接收頭用于接收NEC紅外信號(hào)，進(jìn)而發(fā)送給B單片機(jī)8進(jìn)行分析解碼操作)、蜂鳴器12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13(可采用28BYJ-48五線步進(jìn)電機(jī)，可在5V電壓下工作，接收到B單片機(jī)8信號(hào)后，能夠驅(qū)動(dòng)鎖舌進(jìn)行開關(guān)鎖)及LED狀態(tài)信號(hào)指示燈14封裝在鎖的內(nèi)部，在外部可以看到的是B開關(guān)、LED狀態(tài)信號(hào)指示燈14、三個(gè)與紅外發(fā)射模塊6一一對(duì)應(yīng)的紅外接收模塊11。在需要使用鎖時(shí)，開啟B電源模塊10，其余時(shí)間可以選擇關(guān)閉電源，可以有效地降低紅外接收裝置2的損耗。在收到紅外發(fā)射裝置1所發(fā)射的紅外信息之后，與經(jīng)過同紅外發(fā)射裝置1相同的加密算法計(jì)算之后的信息相比，若相同，則B單片機(jī)8通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13控制電機(jī)開鎖，同時(shí)，LED狀態(tài)信號(hào)指示燈14閃爍，否則，啟動(dòng)蜂鳴器12，發(fā)出警報(bào)聲。

本發(fā)明的加密電子鎖的控制方法如下：

步驟1:打開開關(guān)；

步驟2:將紅外發(fā)射裝置1的槽口對(duì)上紅外接收裝置2的槽口；

步驟3:按下紅外發(fā)射裝置1的按鍵模塊5，A單片機(jī)3進(jìn)行加密運(yùn)算，然后控制紅外發(fā)射模塊6發(fā)射紅外信號(hào)；

步驟4:紅外接收裝置2的三個(gè)紅外接收模塊11接收紅外發(fā)射裝置1發(fā)送的紅外信號(hào)，并將該信號(hào)進(jìn)行解密，然后判斷接收信息是否與自身運(yùn)算的信息一致，若一致，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13啟動(dòng)，LED狀態(tài)信號(hào)指示燈14亮，鎖打開；若不一致，則啟動(dòng)蜂鳴器12，發(fā)出警報(bào)聲；

步驟5:使用完畢，關(guān)閉紅外發(fā)射裝置1和紅外接收裝置2的開關(guān)。

若鎖的電量耗盡，門內(nèi)外均有USB充電口，充電時(shí)亦可以正常實(shí)現(xiàn)功能。

若鑰匙(即相應(yīng)的紅外發(fā)射裝置1)丟失，則只能采取暴力破解的方法開門。