CN112144971A - 一种电机***、智能锁及其控制方法 - Google Patents

一种电机***、智能锁及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机***、智能锁及其控制方法，在电机***中添加了主控芯片，通过主控芯片对电机获取到的驱动信号进行验证，根据验证结果来控制电机工作，从而控制智能门锁状态，因此电机***接收到的信息是经过加密后的信息，并需要通过主控芯片进行解密和验证，可以避免对电机传输信息时可能被他人截取到明文密码的风险，这样将该电机***应用在智能锁时，可以降低由于电机被挟持造成智能锁被破解的问题，从而提高智能锁的防盗安全性能。

Description

一种电机***、智能锁及其控制方法
技术领域
本发明涉及锁具技术领域，特别是涉及一种电机***、智能门锁及其控制方法。
背景技术
现在社会，人们对安全的问题越来越重视，锁具也变得越来越复杂和智能。智能锁的应用场景日趋广泛，常见的智能锁一般都是主板通过排线直接驱动电机，当门锁被拆开后，只需要简单的直流电平接入电机的排线就可以劫持电机，破解智能锁，使得智能锁防盗性能较差。
发明内容
针对于上述问题，本发明提供一种电机***、智能锁及其控制方法，实现了提升劫持电机的难度和智能锁的防盗性。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种电机***，所述电机***包括：
接口模块、主控芯片、电机驱动机构和输出模块，其中，所述接口模块与所述主控芯片连接，所述主控芯片与所述电机驱动机构连接，所述电机驱动机构与所述输出模块连接，所述输出模块与受控机构连接；
所述接口模块将接收到的被加密的驱动信号发送至所述主控芯片，所述主控芯片对所述被加密的驱动信号进行解密，并将解密的驱动信号进行鉴权，若鉴权成功将所述驱动信号发送至所述电机驱动机构，所述电机驱动机构将所述解密的驱动信号传递给所述输出模块，所述输出模块根据所述解密的驱动信号控制所述受控机构。
可选地，所述输出模块包括电刷和电机输出结构，其中，所述电机驱动机构与所述电刷连接，所述电刷与所述电机输出结构连接，所述电机输出结构与所述受控机构连接；
所述电机驱动机构包括H桥模块。
可选地，所述电机输出结构包括电机转子。
可选地，所述电机***还包括电机壳体，所述电机壳体固定在印刷电路板上，所述电机壳体与所述印刷电路板形成的内腔中设置有所述主控芯片、所述电机驱动机构、所述电刷和所述电机输出结构。
可选地，所述输出模块包括电机和齿轮传动机构，其中，所述电机驱动机构与所述电机连接，所述电机与所述齿轮传动机构连接，所述齿轮传动机构带动所述受控机构。
可选地，还包括：
印刷电路板和壳体，所述主控芯片和所述电机驱动机构设置在所述印刷电路板上；
所述壳体形成一个腔体，所述腔体内设置有所述电机、所述齿轮传动机构和所述印刷电路板。
可选地，所述受控机构包括智能锁的开锁结构和上锁结构。
可选地，所述电机壳体固定在所述印刷电路板上的固定方式包括：
焊接、铆接、倒扣、和螺丝固定中的一种。
可选地，所述电刷固定在所述印刷电路板上的工艺包括：
表面贴装工艺或者插件焊接工艺中的一种。
一种智能锁，包括：中控模块、输入模块和如上任意一项所述的电机***；
所述输入模块将接收到的驱动信号发送至所述中控模块，所述中控模块将加密的驱动信号发送至所述电机***，使得所述电机***对加密的驱动信号进行解密，并根据解密后的驱动信号对所述智能锁进行控制。
可选地，所述中控模块包括通信模块、蓝牙模块、指纹识别模块、瞳孔识别模块和NFC模块中的一种或多种。
一种智能锁的控制方法，应用于任意一项所述的智能锁中的中控模块，该方法包括：
接收驱动信号，所述驱动信号为所述智能锁中的输入模块获取到的信号；
将所述驱动信号按照预设加密方式进行加密，获得密文；
将所述密文传输至所述智能锁的电机***，使得所述电机***基于所述密文达到目标状态；其中，所述智能锁中的电机***对所述密文进行解密获得明文，并对所述明文进行验证，基于验证结果达到目标状态；且所述智能锁的中控模块与所述电机***存储预先存储有预设加解密方式。
可选地，所述预设加解密方式包括：
将智能锁出厂前确定的字符段作为密钥的可逆加解密算法，所述密钥预先存储于所述智能锁中的中控模块和电机***；
或者，将智能锁出厂前确定的标识信息作为算法密钥的不可逆加解密算法，当对密文进行解密时使用随机数据和所述算法密钥进行验证；
或者，基于公钥和私钥的加解密算法，其中将公钥分别存储于所述智能锁的中控模块和电机***，且所述电机***通过私钥对所述中控模块发送的密文进行解密。
相较于现有技术，本发明提供了一种电机***、智能锁及其控制方法，在电机***中添加了主控芯片，通过主控芯片对电机获取到的驱动信号进行验证，根据验证结果来控制电机工作，从而控制智能门锁状态，因此电机***接收到的信息是经过加密后的信息，并需要通过主控芯片进行解密和验证，可以避免对电机传输信息时可能被他人截取到明文密码的风险，这样将该电机***应用在智能锁时，可以降低由于电机被挟持造成智能锁被破解的问题，从而提高智能锁的防盗安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电机***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种电机***的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种电机***的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种AES加解密的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种RSA验证过程的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种智能锁的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种智能锁的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
在本发明实施例中提供了一种电机***，参见图1，该电机***包括：
接口模块10、主控芯片20、电机驱动机构30和输出模块40，其中，接口模块10与主控芯片20连接，主控芯片20与电机驱动机构30连接，电机驱动机构30与输出模块40连接，输出模块40与受控机构连接；
接口模块10将接收到的被加密的驱动信号发送至主控芯片20，主控芯片20对所述被加密的驱动信号进行解密，并将解密的驱动信号发送至电机驱动机构30，电机驱动机构30将所述解密的驱动信号传递给输出模块40，输出模块40根据解密的驱动信号控制受控机构。
在本发明实施例中接口模块10主要是连接相关电子设备，即可以获得该电机***的驱动信号，但是为了提高安全性，该接口单元获得的驱动信号是被加密的驱动信号。
主控芯片20的功能包括但不局限于对电子设备的中控模块传输过来的信号进行匹配验证，并将验证后的信号通过输出模块传递给受控机构，该受控机构可以为电机中的某个结构，也可以为对应电子设备的某个结构。如电子设备为智能锁，该受控机构可以为智能锁的开锁结构和上锁结构。
需要说明的是，主控芯片在对加密的驱动信号进行验证的过程中，主要包括了解密和鉴权，即一方面需要对加密的驱动信号进行解密，获得明文；另一方面需要对明文进行鉴权，即确定该驱动信号的来源及是否可以执行。
若智能锁与该电机***连接，则会在智能锁和电机***中存储有匹配的加解密方法。例如智能锁的中控***的加密方式与电机***中主控芯片中的解密方式相匹配的，其中，加密的算法包括但不限于AES、DES、3DES、SHA、RSA，加解密时需要密钥，密钥包括但不限于随机生成、电机***物理地址、智能锁中控模块物理地址。
电机驱动机构，例如H桥模块从主控芯片获取驱动信号，并驱动电机正反转。
对于电机***的输出模块，有两种形式：
第一种形式是，输出模块包括：
电刷和电机输出结构，其中，所述主控芯片与所述电刷连接，所述电刷与所述电机输出结构连接，所述电机输出结构与所述受控机构连接；
所述电机驱动机构包括H桥模块。
具体的，所述电机输出结构包括电机转子。
在该形式中所述电机***还包括电机壳体，所述电机壳体固定在印刷电路板上，所述电机壳体与所述印刷电路板形成的内腔中设置有所述主控芯片、所述电机驱动机构、所述电刷和所述电机输出结构。
参见图2，图2为对应第一种形式的电机***，该模式下是上述的模块及结构均包含在电机内，即该电机***200可以视为一种经过改进的电机。电机壳201通过焊接、机械固定等方式直接固定在印刷电路板202上；电刷203使用表面贴装工艺焊接在印刷电路板正面，隐藏在电机壳内，达到将电刷隐藏起来、徒手无法拆开驱动电机的效果；输出模块从H桥模块204获得驱动信号。使用电机壳体201，将主控芯片205、H桥模块204和表贴型电刷203隐藏起来。其中，在图2中的电机***还包括接口206，其功能与图1中的接口模块的功能相同，在该实施例中不做赘述。
第二种形式是，输出模块包括：
电机和齿轮传动机构，其中，所述电机驱动机构与所述电机连接，所述电机与所述齿轮传动机构连接，所述齿轮传动机构带动所述受控机构。
在该形式下的电机***还包括：
印刷电路板和壳体，所述主控芯片和所述电机驱动机构设置在所述印刷电路板上；
所述壳体形成一个腔体，所述腔体内设置有所述电机、所述齿轮传动机构和所述印刷电路板。
参见图3，图3为对应的第二种形式的电机***，该电机***可以是为一种安全电机离合，对应的输出部分可以是为普通的电机。将电机驱动机构和主控芯片的印刷电路板(PCB)301固定在电机300组件内部；加密信号传输给主控芯片解密，匹配成功后再驱动电机300转动，电机300与齿轮传动机构302连接，当电机300转动时会使得齿轮传动机构带动对应的受控机构。使用电机组件的壳体把电机300、齿轮传动机构302、印刷电路板301全部包裹起来，形成防护作用。
在该实施例中还可以将输出模块与电机驱动结构进行合并，即可以将主控芯片与电机驱动芯片连接，电机驱动芯片和电刷连接，电刷与普通电机连接。
对应的，在本发明实施例中的受控机构包括智能门锁的控制信号输入机构。如该受控机构可以为智能锁的开锁结构和上锁结构。即可以实现对智能门锁的开锁和上锁的控制，当然该受控机构也可以为智能锁的密码更改机构等。
在本实施例提供的一种应用在智能锁的电机***，为电机***添加主控芯片、电机驱动机构和输出模块，如电刷，使得智能锁和电机***之间需要传输密码进行配对，可以避免简单的电平就能劫持电机；并且传输时密码使用特殊的密钥进行加密后再进行传输，可以避免简单的电平就能劫持电机，并且传输时对密码使用特殊的密钥进行加密后再进行传输，可以避免主板和电机传输时可能被他人截取到明文密码；同时将电刷通过表面贴装工艺安装在印刷电路板上，使用电机外壳包裹主控芯片、H桥模块和电刷，避免电路和电刷外露，提高防盗安全性能。
在上述实施例的基础上，接口模块，该接口模块用于将外部信号传递给主控芯片，即该接口模块用于与电机***之外的机构或模块相连，例如与智能锁的中控模块进行连接，获取智能锁传递来的外部信号，或者也可以与电源进行连接，获取电量。
在上述实施例的基础上，主控芯片包括验证模块，该验证模块用于对外部信号进行验证，具体的，该验证模块包括加解密单元，其存储有加解密算法，用于对密文进行解密，从而保证传输信息的安全性和不易被窃取。
由于将主控芯片中存储有加解密算法，而该加解密算法包括但不限于AES、DES、3DES、SHA、RSA。下面举例说明几种常见的算法。
使用AES加密过程：AES加密算法作为对称可逆算法的典型代表，可在出厂前将独特的唯一的字符段(如电机***的物理地址)作为密钥，传输给智能锁中控模块并保存，出厂后不再传输密钥。正常工作时，各自通过已经保存的密钥进行加解密。参见图4为AES加解密过程，该过程包括了：轮密钥加、字节代替、行位移、列混淆、逆向字节替代、逆向行位移、逆向列混淆等过程。
使用SHA加密过程：作为对称不可逆算法代表，密钥同AES做法，出厂前智能锁中控模块和电机***保存该电机***唯一的物理地址作为算法密钥；验证时，使用RTC的当前时间(或者随机数据等)及各自的密钥作为算法的出入得到验证码，并校验验证码是否匹配，进而确定是否驱动电机。
使用RSA加密过程：其表征公钥加密算法，该算法的原理是基于一个数论事实，将两大素数相乘的乘积公开作为加密密钥，即公钥，而两大素数组合成私钥，公钥可是可以发布的供任何人使用，私钥则为自己所有，供解密用。解密者拥有私钥，并且将由私钥计算生成的公钥发布给加密者。加密都使用公钥进行加密，并将密文发送到解密者，解密者用私钥解密将密文解码为明文。
参见图5为本发明实施例提供的一种RSA验证过程，电机***通过RSA生成密钥，并将公钥发送给智能锁中控模块，智能锁中控模块将明文使用该公钥进行加密，生成密文，并将密文传输给电机***，电机***使用私钥解密，获得明文。
在本发明的另一实施例中还提供了一种智能锁，参见图6，该智能锁包括：
中控模块601、输入模块602和电机***603，其中电机***603的结构参见上述描述电机***的具体实施例，再此不做赘述。
输入模块601将接收到的驱动信号发送至中控模块，中控模块602将加密的驱动信息发送至电机***603，使得电机***603对加密的驱动信号进行解密，并根据解密后的驱动信号对智能锁进行控制。
在上述实施例的基础上，中控模块包括通信模块、蓝牙模块、指纹识别模块、瞳孔识别模块和NFC模块中的一种或多种。
其中，中控模块的主要作用是将用户输入的密码使用密钥进行加密，形成密文下发给电机***进行验证或解密。
通信模块主要是采用ZigBee通讯，用于和网关通信，上传数据记录；
蓝牙通讯，用于与用户客户端的蓝牙配合，进行蓝牙配对开锁；
指纹模块，用于响应于智能锁的输入方式为指纹输入，实现指纹识别开锁功能；
瞳孔识别模块，用于响应于智能门锁的输入方式为瞳孔信息采集，实现瞳孔识别开锁功能；
NFC模块，用于实现与用户端NFC配对进行开锁功能。
在上述实施例的基础上，该智能锁的输入模块包括字符输入模块、摄像头、指纹模块中的一种或多种。
因此，智能锁的输入信息可以为多种形式，可以为字符形式、图像形式、生物特征信息等。例如，用户可以通过密码开锁、瞳孔信息开锁、指纹信息开锁等。
由于在该智能门锁中包括了电机***，且该电机***有能够进行加解密功能的主控芯片，可以避免通过简单电平的接入来挟持电机，从而降低智能门锁的安全性。
在本发明的另一实施例中还一种智能锁的控制方法，参见图7，该方法应用于智能锁中的中控模块，包括：
S101、接收驱动信号；
其中，智能锁包括输入模块、中控模块和电机***，所述输入模块与所述中控模块连接，所述中控模块与电机***连接。驱动信号为智能门锁中的输入模块获取到的信号，具体可以为用户在该输入模块中输入的信息，例如，密码字符，也可以为输入模块采集到的用户特征信息，例如，指纹信息等。这些信息均可以作为驱动信号。
S102、将所述驱动信号按照预设加密方式进行加密，获得密文；
S103、将所述密文传输至所述智能锁的电机***，使得所述电机***基于所述密文达到目标状态。
其中，所述明文为所述智能锁中的电机***对密文进行解密获得的，即电机***中的主控芯片实现的对密文解密的处理，并对解密获得的明文进行验证，从而使得智能锁达到目标状态。即控制受控机构的状态。且所述智能锁的中控模块与所述电机***存储预先存储有预设加解密方式。
在上述实施例的基础上，所述预设加解密方式包括：
将智能锁出厂前确定的字符段作为密钥的可逆加解密算法，所述密钥预先存储于所述智能锁中的中控模块和电机***；
或者，将智能锁出厂前确定的标识信息作为算法密钥的不可逆加解密算法，当对密文进行解密时使用随机数据和所述算法密钥进行验证；
或者，基于公钥和私钥的加解密算法，其中将公钥分别存储于所述智能锁的中控模块和电机***，且所述电机***通过私钥对所述中控模块发送的密文进行解密。
具体的，在本发明实施例中的加解密算法包括但不限于AES、DES、3DES、SHA和RSA，加解密时需要的密钥包括但不限于随机生成、安全电机物理地址、中控模块物理地址等。具体的加解密算法的描述请参见电机***中主控芯片中存储的加解密算法的描述，在该实施例中不做赘述。
在电机***的主控芯片中通过加解密算法生成对应的密钥，而智能锁的中控***通过该密钥进行信息的加密，并将加密后的密文发送至电机***中。实现电机***对密文的解密、验证，从而驱动电机运行实现对智能锁的相应状态的控制，提升了智能锁的安全性能。
智能锁的目标状态表示与驱动信号对应的状态，若驱动信号为开锁信号，则若经过验证后，智能锁会执行开锁，使得智能锁为打开状态。对应的，若驱动信号为密码更改，则最终智能锁会进入到密码更改界面。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的***及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种电机***，其特征在于，所述电机***包括：
接口模块、主控芯片、电机驱动机构和输出模块，其中，所述接口模块与所述主控芯片连接，所述主控芯片与所述电机驱动机构连接，所述电机驱动机构与所述输出模块连接，所述输出模块与受控机构连接；
所述接口模块将接收到的被加密的驱动信号发送至所述主控芯片，所述主控芯片对所述被加密的驱动信号进行解密，并将解密的驱动信号进行鉴权，若鉴权成功将所述驱动信号发送至所述电机驱动机构，所述电机驱动机构将所述解密的驱动信号传递给所述输出模块，所述输出模块根据所述解密的驱动信号控制所述受控机构。
2.根据权利要求1所述的电机***，其特征在于，所述输出模块包括电刷和电机输出结构，其中，所述电机驱动机构与所述电刷连接，所述电刷与所述电机输出结构连接，所述电机输出结构与所述受控机构连接；
所述电机驱动机构包括H桥模块。
3.根据权利要求2所述的电机***，其特征在于，所述电机输出结构包括电机转子。
4.根据权利要求2所述的电机***，其特征在于，所述电机***还包括电机壳体，所述电机壳体固定在印刷电路板上，所述电机壳体与所述印刷电路板形成的内腔中设置有所述主控芯片、所述电机驱动机构、所述电刷和所述电机输出结构。
5.根据权利要求1所述的电机***，其特征在于，所述输出模块包括电机和齿轮传动机构，其中，所述电机驱动机构与所述电机连接，所述电机与所述齿轮传动机构连接，所述齿轮传动机构带动所述受控机构。
6.根据权利要求5所述的电机***，其特征在于，还包括：
印刷电路板和壳体，所述主控芯片和所述电机驱动机构设置在所述印刷电路板上；
所述壳体形成一个腔体，所述腔体内设置有所述电机、所述齿轮传动机构和所述印刷电路板。
7.根据权利要求1所述的电机***，其特征在于，所述受控机构包括智能锁的开锁结构和上锁结构。
8.根据权利要求4所述的电机***，其特征在于，所述电机壳体固定在所述印刷电路板上的固定方式包括：
焊接、铆接、倒扣、和螺丝固定中的一种。
9.根据权利要求4所述的电机***，其特征在于，所述电刷固定在所述印刷电路板上的工艺包括：
表面贴装工艺或者插件焊接工艺中的一种。
10.一种智能锁，其特征在于，所述智能锁包括：中控模块、输入模块和如权利要求1-9中任意一项所述的电机***；
所述输入模块将接收到的驱动信号发送至所述中控模块，所述中控模块将加密的驱动信号发送至所述电机***，使得所述电机***对加密的驱动信号进行解密，并根据解密后的驱动信号对所述智能锁进行控制。
11.根据权利要求10所述的智能锁，其特征在于，所述中控模块包括通信模块、蓝牙模块、指纹识别模块、瞳孔识别模块和NFC模块中的一种或多种。
12.一种智能锁的控制方法，其特征在于，应用于权利要求10-11中任意一项所述的智能锁中的中控模块，该方法包括：
接收驱动信号，所述驱动信号为所述智能锁中的输入模块获取到的信号；
将所述驱动信号按照预设加密方式进行加密，获得密文；
将所述密文传输至所述智能锁的电机***，使得所述电机***基于所述密文达到目标状态；其中，所述智能锁中的电机***对所述密文进行解密获得明文，并对所述明文进行验证，基于验证结果达到目标状态；且所述智能锁的中控模块与所述电机***存储预先存储有预设加解密方式。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述预设加解密方式包括：
将智能锁出厂前确定的字符段作为密钥的可逆加解密算法，所述密钥预先存储于所述智能锁中的中控模块和电机***；
或者，将智能锁出厂前确定的标识信息作为算法密钥的不可逆加解密算法，当对密文进行解密时使用随机数据和所述算法密钥进行验证；
或者，基于公钥和私钥的加解密算法，其中将公钥分别存储于所述智能锁的中控模块和电机***，且所述电机***通过私钥对所述中控模块发送的密文进行解密。
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