現代信息技術在電子鎖中的應用研究

摘要：現代科技水平的提升，使得物聯網、電子信息技術開始廣泛應用于各行各業，基于現代信息技術的電子鎖應運而生。與傳統的機械鎖相比，電子鎖可以依據用戶的實際需求進行個性化設置，不僅使用起來更方便、更人性化，同時還具備了智能化、自動化以及可遠程控制等多種優點，可以滿足更多人群的使用需求，大有取代傳統機械鎖的趨勢。本文先對電子鎖的工作原理及應用現狀進行分析，再介紹電子鎖應用現代信息化技術的優勢，最后總結了電子鎖中各類現代信息化技術的應用。

關鍵詞：現代；信息技術；電子鎖；應用

近年來，電子鎖以其高效、安全以及便捷等多種優點，深受人們的青睞，而將信息技術應用于電子鎖行業，不僅使得電子鎖的安全性能進一步提升，實現了智能化管理，為鎖具行業創造了全新的發展機遇。相較于傳統鎖具，電子鎖可以通過加密技術，避免他人利用技術手段開鎖，同時還能通過監控系統提醒用戶上鎖，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。目前已廣泛應用于家庭、共享單車以及公共閘門等各個領域。

一、基于現代信息技術的電子鎖概述

（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，自動執行用戶發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，從而使機械開關自動打開或者閉合。目前市場上，電子鎖內置都是以單片機為主，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，包括密碼設置、數據顯示以及信息識別等（如圖1所示）。如果有需要，可以與驅動型電磁執行器連通，通過檢測驅動電流值獲取傳感器發出的報警信號，然后發送數據。單片機將分別輸入與接收相關的代碼，并經過內部設置的系統，確認輸入數據是否與EEPROM中存儲的密碼數據相一致，如果不一致，系統會立即提醒密碼錯誤，要求重新輸入。一般會設定錯誤的次數為2次，如果第3次輸入仍然錯誤，系統會立即發出警報信號。如果輸入的密碼與保存的密碼一致，內部的電磁執行器會立即發出指令將鎖打開。在開鎖時，單片機會將執行器產生的驅動電流值，再以信息的狀態傳達給智能監控器模塊，并及時將報警信號傳送給智能監控器。最終，對相關的數據和信息開展進行智能分析和處理[1]。

（二）電子鎖應用現狀

科技的不斷進步，加上居民都有了更高的生活質量，各類酒店、辦公樓以及住宅區等建筑物越來越多，電子鎖也以其管理方便、時尚以及安全等多種優點，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，與傳統的密碼類、射頻類的電子鎖相比，應用了現代信息技術的電子鎖可以對數字、圖形圖像、時間以及人體生物特性等電子信息進行收集與組合。通過信息組合使用、生物特征性識別等先進技術，使得電子鎖有了更強的保密與安全性能，并且使用起來也更加方便。在人們的生產、生活中，電子鎖都擁有廣闊的應用前景。

二、現代信息技術在電子鎖中的應用優勢

（一）提升鎖具質量

電子鎖的構造、材質以及安全性都明顯優于機械鎖，售價也相對較高，而價格高也就意味著行業會投入更多的資金來提升鎖具質量，以確保電子鎖具備更好的性能。就目前來說，電子鎖主要被運用于共享單車、地鐵閘門等領域，不僅實現了電子鎖使用的智能化、信息化，同時鎖具的質量也大幅度提升，加上現代信息加密技術水平的提升，除了鎖具硬件之外，其內部軟件質量也明顯提升；可見現代信息技術的應用，使得電子鎖具的軟硬件質量都得到明顯優化。

（二）優化鎖具的便捷性與靈活性

近年來，我國智慧小區越來越多，電子鎖正在以其便捷、靈活等多種優點成為人們保障居住環境的優先選擇。例如，將電子鎖用于地鐵閘門中，用戶通過時完成付費操作就能自動開閘，用戶通過后則自動關閘，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行開門操作，用戶也無需動手，可以為行人出行節省更多時間，讓行人進出更加方便[2]。

（三）后期維護更方便

電子鎖與傳統鎖相比，投入使用后的維護成本明顯降低，電子鎖免除了鑰匙的使用，也無需人為操作，可以節省更多后期維護的費用。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械結構鎖，而無法維修電子鎖。所以，電子鎖的后期維護需要由其生產的廠家或者是分銷商完成。維修的周期非常短，而維修服務也更有保障。隨著電子鎖行業開始發展成為模塊化、規范化，此類產品無論是性能還是質量都不斷提升。同時，還配置更完善、及時的售后服務，使電子鎖后期的維修越來越方便。

（四）強化鎖具安全性能

電子鎖與一般鎖具的主要區別在于電子門鎖具有密碼設置功能，如共享單車使用的電子鎖，不僅保留了傳統鎖具的優點，同時又配備了密碼鎖，可以借助于信息技術設置電子密碼，從而避免欺詐、仿冒等不法行為，且密碼鎖的準確度極高，可進一步提升鎖的性能與安全性。由現代信息技術制成的電子鎖，一般都自動對其內部的密碼實施加密，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、權限等不同，設立不同的安全級別，讓設置口令更加隱秘，進一步提升其使用的安全性和可靠性[3]。

三、信息技術在電子鎖中的具體應用

（一）電流監視技術

采用電流監視技術進行智能密碼鎖的設計，可以更好地保護線圈，防止人為操作失誤導致電磁執行器、通信線路等受到破壞，或者由于其他異常原因導致電磁線圈內部電流超負荷而燒毀。需要合理選擇電流的監視器，例如應用電流/電壓轉換芯MAX471，該芯片由MAXIM公司生產，具有更寬的測量范圍和高精度。設置監視器后，可以將輸出的電壓直接輸入A/D轉換器，并通過單片機讀取轉換后的結果，最終獲取電流發生改變的相關數據，并立即對信息進行分析處理。一旦發現異常，即可自動發出報警提示。

（二）智能化分析技術

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

管理員可以自主設置和更改該表格。當系統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據和信息。以便后續相關用戶輸入信息數據時，系統可以準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

電子鎖內部軟件系統的設計一般需要經過以下流程：

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

第二步，設計架構設計：首先確定軟件的架構，通常包括劃分職責、設計流程以及設計模塊等。

第三步，功能設計：在對電子鎖的軟件功能進行設計時，主要涉及信息數據的輸入輸出、算法以及代碼實現過程等內容。

第四步，設計數據庫：首先完成數據結構的設計，然后明確各類信息數據的存儲過程。

第五步，系統實現：電子鎖軟件系統主要由程序模塊、接口等實現。

第六步，測試與運行維護：軟件設計完成后需要進行測試，確認軟件各項功能是否能夠穩定、正常地運行，并且準確、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視器，通過組合方式實現對智能密碼鎖的控制，同時采用了模塊化方法讓系統具備模塊化功能。在51系列微處理器中充分發揮了微處理器本身的軟硬件優勢，最終實現電子鎖的智能化，確保電子鎖整個系統運行的穩定性和安全性。

（四）預處理與數據通信技術

預處理與數據通信技術是電子鎖完成數據通信、預處理操作的基礎，智能監控器在運行過程中，如果接收到電磁執行器線圈產生的電流值和收鎖等信息狀態，就可以對通信線路內部的供電電流值進行讀取，由3類信息區塊組成數據塊，其中的電流、操作時的狀態以及線圈電流都有著不同的字節，分別是2、1、2，而電子鎖系統則主要有關閉、開啟及密碼錯誤三種不同的狀態，鎖具系統運行時，智能監控器始終保持信息接收的狀態，以確保通信的穩定性與可靠性；智能監控器可以多次重復發送通信協議，最高次數可以達到5次，同時利用大數譯碼定律，糾錯已經接收入內的各類數據信息，以免數據出錯。而預處理技術則可以為系統節省出更多的內存，數據被系統接收后，第一時間將數據與預置門限的數值進行比較，若二者不一致，就立即發出報警，同時還能將接收數據與當日同類型的其他數據開展比較，選取一個最大值，并保留下來，以此來確保內部存儲信息在同類信息數據內均為最大值，使得電子鎖本身的安全防護功能始終處于正常狀態[5]。

（五）線路復用技術

信息化智能密碼鎖的構成主要智能化監控器和鎖具組成，二者所處的位置不同。使用電子鎖的流程是鎖具把運行、報警等狀態發送至監控器，并接收監視器發送過來的電源。如果采用不同的供電和通信線路進行設置，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險。但如果采用一根二芯這種類的電纜，就能直接實現線路復用，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在對相關數據信號進行接收后，會馬上對其降壓，然后再傳給解調器，從而減少數據的損耗。在發送一端，T會對接收到的數據信號進行升壓，然后再進行發送[6]。

四、結束語

總之，將信息技術應用于電子鎖中，不僅能提升電子鎖的安全性、便捷性以及靈活性，還能實現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機械鎖，成為廣大用戶的優先選擇。

作者單位：阮靜 北京呈創科技股份有限公司

參考文獻

[1]韋佶江，商益誠，譚東政，等.信息化技術在電子鎖中的應用研究[J].科學與信息化，2023（13）：101-103.

[2]孫燕，吳晨波.運用信息化手段推進湖北省危險廢物管理創新[J].資源節約與環保，2021（4）：121-123.

[3]易應寬，張少超.基于無線通信的配電柜電子鎖系統的開發[J].電工技術，2023（5）：139-141.

[4]柏佳，魏鑫，朱廣.基于FPGA藍牙通信技術的智能電子鎖系統[J].電子技術應用，2019，45（8）：128-130.

[5]高勝楠，曹俊，王賓凱.基于單片機的智能遠程控制電子鎖設計與實現[J].無線互聯科技，2020，17（4）：54-55.

[6]宋躍悅.基于圖像識別的智能電子鎖系統設計[J].科學與財富，2019（16）：61.