电子锁

基本原理

电子锁

智能密码锁的系统由智能监控器和电子锁具组成。二者异地放置，智能监控器供给电子锁具所需的电源并接收其发送的报警信息和状态信息。这里采用了线路复用技术，使电能供给和信息传输共用一根二芯电缆，提高了系统的可靠性、安全性。

1.1、智能监控器的基本原理及组成框图

智能监控器的组成框图，它由单片机、时钟、键盘、LCD显示器、存贮器、解调器、线路复用及监测、A/D转换、蜂鸣器等单元组成。主要完成与电子锁具之间的通信、智能化分析及通信线路的安全监测等功能。

智能监控器始终处于接收状态，以固定的格式接收电子锁具发来的报警信息和状态信息。对于报警信息，则马上通过LCD显示器及蜂鸣器发出声、光报警；对于状态信息，则存入内存，并与电子锁具在此时刻以前的历史状态进行比较，得出变化趋势，预测未来的状态变化，通过LCD显示器向值班人员提供相应信息，以供决策使用。智能监控器与电子锁具建立通信联系的同时，通过A/D转换器实时地监视流过通信线路的供电电流的变化，有效地防止人为因素造成的破坏，保证了通信线路的畅通。

1.2、电子锁具基本原理及组成框图

电子锁具的组成框图，它也是以51系列单片机(AT89051)为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别和显示、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收传感器送来的报警信号、发送数据等功能。

单片机接收键入的代码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码，最多可输入三次；如果三次都不正确，则单片机通过通信线路向智能监控器报警。单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给智能监控器，同时将接收来自传感器接口的报警信息也发送给智能监控器，作为智能化分析的依据。

2、关键技术

为了提高智能密码锁的安全性、可靠性，本文除在器件选择上采取措施(如采用低功耗、宽温度范围的器件)外，在设计中还采用了一些关键技术。

2.1、线路复用技术

智能监控器和电子锁具异地放置，智能监控器供给电子锁具所需的电源并接收其发送的报警信息和状态信息。如果采用通信线路和供电线路分开的方式，势必要增加电缆芯数，安全隐患增加。本文采用了线路复用技术，仅用一根二芯电缆，实现了供电和信息的传输。原理图如图3所示。

在发送端，电子锁具通过脉冲变压器T将调制好的数据信号升压后发送出去；在接收端，脉冲变压器T将接收到的数据信号降压后送解调器，以减少载波信号在传输过程中的损耗。为了减少通信和供电之间的相互干扰，对扼流圈L、耦合电容C的选择要综合考虑。

设载波频率fo=400kHz，为了保证绝大部分信号能量传输到接收端，取L=33.7μHC1=0.047μF。

2.2、电流监视技术

为了防止通信线路的人为破坏和电磁执行器因某种原因造成流过电磁线圈的电流过大而烧毁线圈，本文在智能密码锁设计中采用电流监视技术。电流监视器采用MAXIM公司生产的电流/电压转换芯片MAX471。该芯片能将被测电流I转化成对地输出电压U，且有测量范围大、精度高、输出电压U和被测电流I成正比等特点。电流监视器输出电压送A/D转换器，单片机通过读取A/D转换结果，获知线路中电流的变化情况，通过分析及时发现异常，发出报警信号。原理电路如图4所示。

2.3、数据通讯与预处理技术

智能监控器接收锁具发来的状态信息(其中包括锁具的开启、关闭、第一次密码错、第二次密码错、第三次密码错等)、流过电磁执行器线圈的电流值，并读取该时刻通讯线路的供电电流值，三者结合起来构成一个数据块，其中操作状态占1个字节，供电电流占2个字节，线圈电流占2个字节。智能监控器在与电子锁具通信过程中，始终处于接收状态。为了提高通信可靠性，本文在通信协议中采用重复发送的方式，电子锁具对每一组数据重复发送5次，智能监控器接收到这组数据后，采用大数译码定律纠错，保证了数据接收的准确性。另外为了节约内存需对接收到的数据采用预处理技术，即每接收到一个数据后，首先将该数据与设定的门限值比较，如果大于门限值，则发出超限报警；如果小于门限值，则将该数据与当日接收到的同类数据比较，保留较大者。这样每天存储的数据为同类数据中的最大值，其流程图如图所示。

2.4、智能化分析

智能化分析与预测技术就是以每次接收到的数据块为依据，与此前同类数据的记录值作比较，分析该操作引起电流变化的大小及趋势，及时发现存在问题，并报告管理人员，从而提高了整个系统的可靠性。

3、系统软件设计

智能密码锁软件采用51系列单片机汇编语言对智能监控器和电子锁具分别编程。智能监控器软件包括键盘扫描和LCD显示程序、蜂鸣器驱动程序、时钟修改和读取程序、数据通信与预处理程序、智能化分析程序及线路监测程序等模块。电子锁具软件包括键盘扫描与译码程序、LCD显示程序、通信程序、电磁执行器驱动及检测程序、传感器接口程序等模块。软件设计过程中采用模块化设计方法，便于程序的阅读、调试和改进。

智能密码锁充分利用了51系统单片机软、硬件资源，引入了智能化分析功能，提高了系统的可靠性和安全性。通过在某型号保险柜安装使用，受到用户的欢迎。另外，智能密码锁在软、硬件方面稍加改动，便可构成智能化的分布式监控网络，实现某一范围内的集中式监控管理，在金融、保险、军事重地及其它安全防范领域具有广泛的应用前景。

分类

有线锁具

按照输入密码方式可以分为以下几类：

按键式

采用键盘(或组合按钮)输入开锁密码，操作方便。内部控制电路常采用电子锁专用集成电路ASIC。通过更变键盘(或组合按钮)与内部控制电路的连接来改变密码预置。通常电脑记忆密码可达1万组以上,号码可任意更换组合。还可设置警报器。这种锁多被防盗门和防盗保险柜等采用。

拨盘式

采用机械拨盘开关输入开锁密码。许多按键式电子锁可以改造成拨盘式电子锁。若号码拨错不仅打不开,报警电路还会自动接通而发出信号。惟该种锁开启时不如按键式的敏捷。

电子钥匙式

使用电子钥匙输入(或作为)开锁密码。电子钥匙是构成控制电路的重要组成部分。电子钥匙可以由元器件或由元器件构成的单元电路组成，做成小型手持单元形式。电子钥匙和主控电路的联系可以是声、光、电磁等多种形式。

据美国专利4786900介绍。这种锁的电子钥匙与电子表或太阳能计算器组装在一起。开锁时必须操作手表式计算器上的按键,给出相应的项目名称(如贵重物品、门、箱、汽车、办公室),密码以及口令数据。则相应于名称码、密码和口令的光信号就从电子钥匙上的一枚发光二极管输出,送入钥匙孔,并且被转换成电信号。这些名称码、密码和口令都预先存入电子锁的存储器中,只有新发送的名称码、密码和口令码与存储器中的内容完全相同时,才能打开相应的电子锁。

触摸式

采用触摸方法输入开锁密码，操作简单。相对于按键开关，触摸开关使用寿命长，造价低，因此优化了电子锁控制电路。采用双金属触摸点输入密码,隐蔽性好,保密性极强。有伪键闭锁5S功能,可以驱动报警器。采用CMDS电路,微功耗抗干扰能力强。

密码识别式电子锁

这种电子锁通过验证输入密码的正确与否来控制锁具的开关。其在输入密码错误超次时，具有系统自锁，并带有自动报警的功能。密码的输入方式可分为键盘输入和遥控输入两种。

键盘式电子锁其主要是利用键盘输入电子锁密码，电子锁控制器通过比较其内部存储的客户密码判断是否开门。它具有操作方便，无需携带卡片，成本较低等优点。但其也存在密码易泄漏、没有出入记录、只能单向控制等缺陷。

遥控式电子锁，其利用一组编解码芯片进行密码信息的遥控传输，不同的密码锁在硬件电路设计中采用不同端口设置方式，即使相同芯片组的遥控器也不能共用。这虽然使锁的安全性能提高了很多，但是它也有信号编码容易被空间截获，遥控方式很容易受到遮挡物的干扰，遥控器丢失无法开锁等缺点。

卡片识别式电子锁

卡片识别式电子锁使用各类卡片（包括磁卡、IC卡等）为密码载体，通过相应读卡器读卡方式来控制电子锁。

磁卡式电子锁在磁卡插入读卡器后，读卡器读出磁条中的信息并送入电子锁控制器，控制器根据法则进行判断、执行、记录等功能。磁卡式电子锁成本较低，一人一卡，使用方便，可联微机记录开门事件，但磁卡与读卡器之间有磨损，寿命较短，而且磁卡容易被复制，卡内信息易受外界磁场干扰，安全性一般。

IC卡式电子锁工作原理与磁卡式电子锁基本相同，但由于IC卡不会被磁化，尤其是非接触式的IC卡其与读写设备之间无接触，使用寿命长，可实现双向控制，卡片比较难复制，安全性较高。

生物识别式电子锁

生物识别式电子锁，利用人体生物特征作为密码输入，通过识别器识别控制电子锁的开闭。研究表明，人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜等都具有惟一性和稳定性的特征，即每个人的这些特征都与别人不同、且终生不变，可以据此可对人的身份进行识别。基于人的这些特征，出现了以指纹识别、面部识别、虹膜识别等多种生物识别方式的智能电子锁。由于这些生物特征有其他介质无法取代的优点，所以基于此的智能电子锁安全性极好，可靠性高，但成本很高，对环境的要求也较高。因此在小型智能电子锁系统中应用率比较低。

无线锁具

非门锁类电子锁，主要可应用于物流运输、仓储、鲜奶运输车、运钞车、冷藏车、药品运输、烟草运输等运输领域。主要用于运输车车门，特种车人孔盖以及仓库门上，保证所运输或看守货物的安全性，防止偷盗行为。该电子锁采用机械锁体结合物联网相关技术，锁体内置无线收发模块，当锁体开、关时，无线收发模块将开、关锁信号远程传输给监控主机。如监控主机接收到的开锁信号出现在异常时段，则将此信号判断为盗开和被撬信号，监控主机立即产生报警信息，以便相关人员及时作出处理，防止财务的损失。

存在的问题

在安全性方面需要解决的是防止感应卡被非法复制和用非正常方式(如工具拨、撬，用强力磁铁吸等)开锁，以及锁体应具备一定的抗外力破坏的能力。为了防止感应卡被非法复制，通常每一张感应卡在出厂以前都进行了加密，不同的用户使用互不相同的密码。发卡管理软件也用密码保护，避免非授权人员利用发卡管理软件非法制卡。由于采用三锁防拨锁芯，当实验室门被关上时，防拨锁被门框压紧，自动锁定主锁，无法用工具拨开或撬开。另外电机带动的离合机构具有防强力磁铁吸合功能，以及门锁前锁体上无任何镙钉外露，可以拆防砸。

注意事项

1、功能要结合使用的环境：

要根据应用确定功能上的需求，因为不同的使用环境有不同的功能侧重点。作为金融机构办公室电子门锁，必须具备的功能有：对所有的钥匙卡必须有时间限制的功能、锁有开门记录功能、有分等级的管理功能。在基础功能之上，为适应今后的发展，可以考虑锁系统的扩展(系统能管理员工办公室、公用通道、专用通道等)、考虑卡系统的技术接口等问题，要做到可以实时监测房间门的状态，在非常事件情况下可以控制门的开启等。最好的方案是联网门锁，并一起考虑其他IC卡系统的接口，以便实现一卡通。

2、安全性、稳定性极为重要：

门锁作为安全防范产品必须具有安全性、稳定性。安全性可从两方面来衡量：一是抵抗故意破坏、恶作剧和蓄意的撬、钻等暴力破坏。在此方面，目前机械锁和电子门锁的机械强度一般都能够达到要求。而在所有各类门锁中，只有射频卡电子门锁是全封闭结构，其安全性最好。二是防范技术开启，机械锁的防技术开启的能力很差。不管那种结构的机械锁都可被其他手段开启。钥匙可以复制就是很大的安全隐患。在电子门锁中，磁卡因无密码限制，其钥匙卡易被复制。IC卡和射频卡则彻底解决了防范技术开启的问题。

3、稳定性同样非常重要：

在应开门时开不了门，该关门时关不了门可能给金融企业带来严重损失。一般来说，几种电子门锁中，射频卡电子门锁稳定性明显高于其他电子门锁。磁卡怕强磁场，IC卡怕油污、灰尘和静电(尤其干燥天气下和毛纺品放一起)，而射频卡具有全密封、防水、防静电、防灰尘的特点。从读卡方式上讲，只有射频卡读卡不接触，其使用寿命最长。

4、技术的发展趋势：

IC卡可作为身份识别、票证、电子钱包等，而接触式IC卡电子门锁插卡的操作不方便(操作时间长)、环境适应能力差等难以克服的问题使其逐渐被淘汰，尤其在公共和半公共的使用环境中，如考勤、就餐消费、公交系统、停车场等。非接触式IC卡电子门锁是刚刚生产出的一种新型电子门锁。由于其高可靠性、高安全性、无接触、操作快捷方便、使用寿命长而成为接触式IC卡电子门锁的换代型产品。

选购常识

外观要精致，表面不能有明显划伤或者锈迹，磁力锁的关键是要看他的耐拉力，这个需要专业的设备才测量出来，所以只有安装好后，用手突然用力的方式拉一拉，拉不开视为正常，但是要注意安装电磁锁锁体吸合要吻合，吸铁不要安装得过紧，否则会影响耐拉力。电子锁

其次，锁面要有金属光泽，不能有明显的划伤，待机电流300mA左右，动作电流要低于900mA，长时间通电后，表面略热，但不至于烫手。电插锁弹起的力度要充分，压下去后锁头能自动弹起而有力。最好能进行4000次通断测试。如果，发现过程中锁头无力，或者弹起不到位，或者弹不起来，视为不合格。有些工程商问：是选购两线的还是多线的电插锁呢？是这样的，多线的电插锁是带单片机控制的，电锁的运行电流受单片机智能控制，锁体不会太热，而且具备延时控制功能和门磁检测功能。延时控制功能可以适应地弹簧不好的门使用，门磁监控功能可以为控制器提供门开闭状态的实时监控功能。虽然这些功能你未必用到，但是有单片机控制的电锁和无单片机控制的电锁品质和稳定性的档次是不在一个层次上的。所以建议您不必省一点点钱.两线的电插锁，内部结构非常简单，只是一个电流驱动电磁线圈的机构，工作电流大，发热严重到一定时候会损坏电锁，不建议采用

是选购国产电锁，还是进口电锁?

进口电锁实在是太贵，进货价都要一千多块，卖到用户手里没有两千块下不来，虽然真正的进口电锁，技术比较成熟，产品的返修率低，但是服务还是个问题，一旦有个问题，外国人动不动就说你中国的电力不稳定等等诸多理由，甚是麻烦。我建议还是买国产锁算了。价格实惠很多，而且大多是台湾生产或者融入了台湾的制造工艺(台湾是国外电锁的主要OEM基地)和质量标准，差也差不到哪里去。

是买电插锁电磁锁还是电锁口?

要配什么样的锁，得看你是什么样得门。双开(可内开也可外开)玻璃门最好用电插锁，公司内部的单开(只能内开或者只能外开)木门最好是用磁力锁，磁力锁有称电磁锁。磁力锁锁体安装在门框上部，有些人会不觉得不是隐藏安装，不美观，其实国外都是这么用的，国外磁力锁的使用要多余电插锁，磁力锁的稳定性也要高于电插锁，不过电插锁的安全性要高。电锁口是安装在门侧和球形锁等机械锁配合使用的，安全性要低很多，而且布线不方便，不过价格便宜一些，不建议采纳。小区用最好是购买磁力锁和电控锁，电控锁噪音比较大，一般楼宇对讲配的的都是电控锁，现在也有一种静音电控锁，可以考虑。不过，不管用什么锁都要注意防雨，是锁都是铁做的，是容易生锈的，这个要注意。其他还有很多不太普及的电锁，不建议采用，因为生产规模有限，应用案例太少，产品不成熟，最好少用为妙。例如市面有一种停电关的电插锁，这种锁能满足客户停电后，门依然关闭的要求，但是不符合消防要求，验收时可能通不过，而且其对门框的厚度是有要求的，安装起来会有意想不到的麻烦。所以还是少向客户推荐的好。

是向锁厂购买，还是向设备供应商购买?

向锁厂直接采购电锁，价格可能会低，不过您采购的数量有限，也未必可以获得好的价格和服务，还有一个门禁系统控制器您找一家公司购买，电锁找一家公司购买，出了问题互相推卸责任就不好处理了，不如全部向控制器的供应商购买，控制器的厂家和供应商一般不会直接生产电锁，因为电锁制造行业不属于电子行业，而属于机械加工行业，他们一般会通过检测和试用等途径考核各家锁厂的电锁质量，如果不错，控制器厂家一般会采用贴牌的方式进行销售，打自己公司的品牌，表示对该产品的质量负责。

发展过程

所谓的智能锁，就是将电子技术、集成电路设计、大量的电子元器件，结合多种创新的识别技术(包括计算机网络技术、内置软件卡、网络报警、锁体的机械设计)等综合的产品。

电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，因而被越来越多的人所欣赏。20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。

到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的支持，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。到了21世纪初，在西方国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，使之更加安全更加可靠实现大门的管理。

我国于90年代初期开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，随着电子技术和信息技术的发展，电子密码锁的技术领域已发展的十分成熟。从20世纪初的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。在其他技术领域还有遥控式电子密码锁以及卡片式密码锁等。

由于这种“自生自长、随身携带”的“钥匙”优点突出，因此这种锁很快度过了性能不太稳定、价格昂贵的初始期，变得越来越实用、越来越“特征”，受到人们的普遍欢迎。现今，生物特征技术发展迅速，除了价格因素和尺寸体积因素对普及尚有所限制外，生物特征电子防盗锁在金融业的前景被人们普遍看好。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化。

21世纪初。接触式卡的技术成熟、价格较低，应用也较为广泛；非接触式卡使用隐蔽、方便，大有后来居上之势。储存信息量大是卡的优势，它不仅作为钥匙，还可载入多项个人信息，特别适合金融业注重“验明正身”的行业特点，而且一卡多用（如入门、开锁、存储、付费等）带来持卡人的便利。使用这类电子防盗锁，需要仔细保管卡（即钥匙），尤其丢失了必须尽快取消该卡的授权。

21世纪初，在西方发达国家，密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全、可靠的技术实现大门的管理。在我国密码锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。

智能锁取代机械锁是一个必然的趋势，我们有理由相信，智能锁将以其得天独厚的技术优势，带领中国锁具行业得到更好的发展，让更多的人更放心地在更多的场合使用，也会让我们的未来更加安全。

国内外现状

随着高新技术对传统锁具不断的注入，使锁具的安防功能得到了充分的延伸和扩展，智能电子锁已一跃成为当今保密级别安防系统中不可缺少的组员，其地位和作用是任何机械锁具无法取代的。由于其巨大的市场潜力，国内外许多公司都投入相当大的人力、物力从事智能电子锁的开发生产。

从我国目前的市场看，国内消费者对电子锁的认知程度不是太高。从现有技术水平来看，国内电子锁的应用主要是低端产品，主要用于保险箱和保险柜等安防设备。像应用于住宅、办公室等安防要求较高的设施上的高端产品比较少。

从国外市场来看，由于人们安防意识比较高，研发生产技术比较先进，智能电子锁的使用是比较广泛的。在欧美日等经济发达国家，电子锁已成为具有规模效益的重要产业。但是国外生产的电子锁其价格昂贵，相对与国内同类产品要高出不少。不论是国外产品还是国内产品，其单门电子锁控制器容量都比较大，但对于家庭等一些用户较少的场合来说，使用成本太高。因此研究一种价格低廉、可靠性高、功能齐全、容量较小的智能电子锁就是我们需要研究解决的问题。

验证方法

电子密码锁提供了多种认证的装置，下文所述的考虑并不全面，仅举例说明。

数值码，密码和密码短语

数字代码是最普遍的形式认证，使用电子锁，必须输入正确的代码，以便锁定停用。这种锁通常提供了一个键盘，以及一些功能，每按一个声音回应。组合长度通常间长4-6位。这种设计上的一种变化涉及用户输入正确的密码或口令。

安全令牌

验证用户身份的另一手段是需要扫描或一个安全令牌，如智能卡或类似的“刷卡”，或互动与锁的令牌。例如，有些锁可以访问存储的凭据上的个人数字处理（PDA）使用红外数据传输方法。

识别技术

作为生物识别变得越来越突出作为确认手段积极识别，它们的使用在安全系统中增加。一些新的电子锁利用技术，如指纹扫描，视网膜扫描，虹膜扫描，声纹识别，对用户进行身份验证。

RFID

无线电频率识别（RFID）是使用一个对象（通常被称为“RFID标签”）适用于或并入一个产品，动物或人使用无线电波的识别和跟踪的目的。有些标签可以读取从数米之遥，超出该行的读者的视线。这种技术也被用在现代的电子密码锁。

操作流程

开锁流程（以键盘式密码锁为例）：开始接上电源，程序进行初始化设置，然后选择开锁或者设置密码，开锁过程需进行键盘扫描，密码正确，开锁成功，密码错误3次出错报警，若要修改密码，先输入旧密码，密码正确后设置新密码，错误时报警，需要两次确认新密码，确认后，密码修改成功，否则结束最终返回。

功能简介

电子锁产品

1、强化玻璃门锁

◆自动存储开锁记录，考勤功能代替门禁(选配)

◆非法开锁电话/手机远程报警(选配)

◆数字密码和电子感应触钥匙兼用

◆无线遥控功能(选配)

◆自动/手动锁定功能

◆非法入侵警报功能，门锁锁定时强制开门或破坏锁体时发出警报声音。

2、智能电子锁

◆全部运动件，受力件利用不锈钢精铸件，结构紧凑，坚固耐用。

◆天地栓功能，锁门时只要轻提手柄，天地栓及防撬锁舌全部伸出开门时只要轻压手柄天地栓及所有锁舌收回。

◆室内反锁，旋转室内的反锁旋钮到反锁位置，室内方式都不能开门。

◆室外反锁，当用卡或密码设置为室外反锁时，室内转动手柄不能开门。无左右开门之分免去更换左右开门的一切烦恼

3、无线电子锁

◆无线电子锁即挂即用，开锁、关锁实时发送报警信息远程通知监控终端。

◆锁体开关状态信息实时汇报，通过车载主机上传监控平台供相关人员实时监控。

◆自动施封、解封，锁体的开启和关闭可通过主机、手持机等设备远程实现。

◆报警信息补传机制，保证重要数据不漏传。

◆超低功耗软硬件设计，不充电可使用5年以上。