保险柜密码锁的结构和工作原理

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保险柜密码锁的结构和工作原理

多拨式

最简单的密码锁，常见於低安全设定的单车锁，使用多个拨圈。每个圈的中间有凹位。锁的中心的一条轴，上有数个凸出的齿，用来卡住拨圈。当拨圈转到正确的密码组合，锁便可以打开。这种锁是最容易打开的。很多这类锁根本无需知道密码都能开启。除非它的内部组件造得完美无瑕，否则只要把轴向外拉，其中一个齿便会比其他更为拉紧拨圈。这时轮动被拉紧的拨圈，直至听到小小的「卡」声，表示这个齿已进入了正确的凹位。重覆这步骤，很快便可以把锁打开。

单一转盘式

用在挂锁或匣万上的密码锁可以是只有一个转盘。转盘推动背后数个平衡碟片或凸轮。习惯上，开启这种锁时先把转盘顺时针转到第一个数字，然后反时针转到第二个数字，如此直至最后一个数字。凸轮上通常有凹位，当转入正确的密码后，各位成一直线，锁便可以打开。

这种密码锁较为安全，但亦非全无缺点。例如，部分密码挂锁可以拉紧锁头，然后转动转盘直至不能再动，这样便能把密码找出。亦有些转盘密码锁的数字之间有特定关系，使到密码的组合可能性大为降低。廉价的密码挂锁可以用特别的衬片打开，而无需使用密码。

使用在匣万上的密码锁结构较为严密。有经验的锁匠可以一面旋转转盘，一面使用听筒小心聆听锁内凸轮的声音，判断可能的密码。

其他设计

有些门锁上有一个数字键盘，开启时按序键入一个数字系列。这种锁是使用电子控制，常见於办工室内。优点是只要告诉员工密码便可，无须复制钥匙。不过，如果有人把密码告诉外人，这锁便形同虚设。因此这类密码锁的密码需要经常更换才可以。

拨码盘式全机械密码锁原理

这是一种没有电子器件的大密钥量高可靠的全机械密码锁。它的操作方式独特，类似老电话机的拨号――从拨盘的起点开始，顺时针转动拨盘到某一位数码，然后退回到起点，就输入了一位密码。如此重复直到输入了最后一位密码，再从起点逆时针转动拨盘就可以开锁。在开锁的同时，内部已经复位，所以拨盘退回到起点关锁后，必须重新输入密码才能开锁，不需要考虑内部复位问题。如果输错了密码，逆时针转动拨盘（虚开锁）也可以内部复位，然后重新输入密码。

这种密码锁中，六位密码的可以有298万多组密码供主人随意变换，保密性极高。可选密码组是连续排列的，为选择容易记忆的密码提供了方便。目前已开发的基本型产品，密码位数及密码量还可以根据用户的需求来重新设计。也可以为用户增加报警器接口。

这种密码锁的优点：1、不用钥匙，不用电源，不用电池，没有废弃污染物。2、全机械结构，能承受相当恶劣的外部环境，使用范围广。3、操作

简单，开锁时间比较短，平均开锁时间约15秒。4、实际密码量大保密性能高，试探开锁的概率几乎为零。5、结构简单，结实可靠。

从历史上技术发展的规律看，在功能相似的情况下，简单可靠的东西总是替代繁杂的东西，而它正是以简代繁的东西。所以，它是大众化的实用性新产品，替代传统圆盘式机械密码锁和部分电子密码锁是应该的。

拨码盘式全机械密码锁适用于在保险柜、保险箱、文件柜、防磁防火柜、防盗门、银库门、仓库门、车门、民用门及机械卡阻机构上广泛使用。它可以替代现有的传统圆盘式机械密码锁和部分电子密码锁。为某些产品的更新提供了契机。

由于电子技术的风靡，很多产品以采用了电子结构为荣。但在某些场所，电子产品并没有绝对的优势，反而是机械产品或机电混合产品更实用。举两个例子：一是燃气灶的打火装置，早期是晶体管的点火器风靡一时，但它不耐潮湿，容易损坏，离不了电池。时间一长，反而是靠手扭动旋钮储能的机械（压电）打火装置显露出它的优越性－-简单实用，成为燃气灶点火器的主流。二是汽车的后视镜及公共汽车（单厢）的后门窥视器，都曾有被电子监视器替代的危险，但人们发现：传统的后视镜及公共汽车驾驶员上方的普通后视镜，观察效果并不比电子监视器差，更简单实用。事实上，在传统的工业中，也能够找到比所谓的“新经济”更保险但是利润却毫不逊色的投资方向。密码锁并不是一种频繁操作使用的产品，可以说是一种半静态的产品，采用机械方式更实用一些。但电子方式的密码量大，人们主观感觉会安全一些。本专利产品的密码量接近电子密码锁，操作又比传统机械密码锁快得多，简单实用，可以象前述两例一样，有望成为高档次密码锁主流。

智能密码锁工作原理

1 基本原理及硬件组成

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。

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。

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，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。

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。

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。

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，

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。

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。

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