“小黑盒”对智能门锁的影响分析

■ 文/ 公安部检测中心 韩井玉 谢峰

关键字：小黑盒 智能门锁 微控单元（MCU） 传输线缆

1 引言

随着智能化网联化技术的发展和人民物质生活水平的不断提高，人们对安全的要求越来越高。门锁作为家庭的第一道防线，其安全性引起了人们的高度重视。2018年，新闻媒体报道的“小黑盒”3秒打开智能门锁事件在社会上造成了恐慌，智能门锁的安全问题引起人们广泛关注。本文重点介绍了智能门锁组成的框架结构，详细分析了 “小黑盒”工作原理，结合智能门锁受到“小黑盒”干扰后，“小黑盒”产生的强电磁场在智能门锁内部传输线缆中产生干扰电压对智能门锁的影响进行了分析，同时结合智能门锁工作方式设计特点，探讨“小黑盒”对智能门锁产生的影响。

2 “小黑盒”的工作原理

“小黑盒”是一种能产生高压电磁脉冲的发生装置，其产生的强电磁场可以点亮LED灯和白炽灯等照明设备，同时还可以对周围电子设备产生干扰。其特点是体积小、隐蔽性强。为研究其工作原理，将从市面上获得的几个“小黑盒”拆开并对其工作原理进行研究，简化得到其电路原理图。如图1所示。

图1 “小黑盒”工作原理图

由图1可知，小黑盒的主要工作原理是通过三极管的通断控制电感L和C2组成的LC振荡电路，并将振荡产生的能量耦合到次级线圈发射天线，从发射天线辐射产生场强。从上面的分析可知，“小黑盒”的工作频率与其内部LC振荡电路的电感和电容值的大小有关，“小黑盒”产生的场强与初级线圈和次级线圈之间的绕组比例和占空比有关。

3 智能门锁组成框架

智能门锁是传统机械锁与现代电子技术结合形成的一种新形态锁具，与传统机械锁相比，智能门锁在用户识别和管理性能等方面更加智能。智能门锁一般由微控单元（MCU）、识别模块、驱动模块和执行模块四部分组成，智能门锁的组成框架如图2所示。

图2 智能门锁组成框架

识别模块类似于机械锁的钥匙，可以是指纹、密码、人脸、卡和虹膜等各种形式。智能门锁的识别方式可以是一种，也可以是几种方式组合。微控单元（MCU）是将识别模块采集信息与存储信息进行比对核验，核验通过后，微控单元将开锁信息传递给驱动模块。驱动模块的作用是将电信号转换成机械动作，通过驱动模块的结合与分离控制执行模块机械部分打开和关闭智能门锁。目前驱动模块主要有两种安装方式，一种是内置，即驱动模块被安装在智能门锁的锁体内部；另外一种是外置，即驱动模块安装在智能门锁的前面板。执行模块的主要作用是打开智能门锁，目前主要由两种，一种是采用机械把手进行开锁，另一种是通过电机带动进行开锁，即全自动门锁。

4 智能门锁的影响解析

“小黑盒”对智能门锁的影响主要有以下两种情况：一种是其产生的强电磁场在智能锁内部传输线缆上感应出一定幅值电压被作为开锁信号打开智能门锁；另一种是其产生的强电磁场引起智能门锁重启，影响驱动模块工作方式，进而打开智能门锁。

4.1 智能门锁内部传输线缆的影响分析

通过对智能门锁组成框架的分析可知，智能门锁内部需要多条传输线缆传递其内部电子部件的信息。根据电磁场传输线耦合模型，在外界电磁场激励下传输线会感应出一定的电压，产生电压的大小与电磁场场强的大小、线缆的长度和终端的阻抗等各种因素有关。

由上面的分析可知，“小黑盒”打开智能门锁可能是由于其产生的高场强在智能门锁内部传输线缆上感应出一定强度的电压，该电压被作为开锁信号打开智能门锁。为研究“小黑盒”在智能门锁内部传输线缆上产生感应电压对智能门锁的影响，对某款能用“小黑盒”打开的智能门锁进行了专门研究。首先，分析智能门锁的开锁信号，对该款智能门锁输入正确的识别信息后，通过示波器进行采集微控单元传给驱动单元的开锁信息，采集到的开锁信息如图3所示。

图3 智能门锁开锁信号

通过图3可知，该智能门锁的开锁方式为单个电压脉冲上升开锁。其次，用“小黑盒”干扰智能门锁内部微控单元与驱动模块之间的传输线缆，并用示波器采集在驱动模块线缆终端产生的电压，传输线缆终端采集的电压波形如图4所示。

图4 智能门锁内传输线缆感应电压测试结果

从图4可知，在智能门锁内部传输线缆上感应出的电压值很高，对比图3和图4的电压波形图发现，传输线缆上的感应电压高于智能门锁的开锁单个脉冲电压值，则该感应电压被作为该智能门锁的开锁信息电压进而打开智能门锁。

4.2 对智能门锁系统工作方式的影响分析

研究“小黑盒”对智能门锁的影响发现，某些智能门锁在受到“小黑盒”干扰后出现重启现象。智能门锁重启后，在不需要输入任何已认证或未认证的识别信息情况下，操作执行模块可以轻松打开智能门锁。

为研究上述现象，对智能门锁系统的工作方式进行分析后发现，有的智能门锁在使用过程中容易死机或中断等特殊情况导致智能门锁出现机械故障而不能正常使用，为了避免上述现象，设计者将产品设计成重启后可自动进行一次复位操作，在复位操作过程中，如果智能门锁的驱动模块复位后处于结合状态，则可以在不需要输入任何已认证信息或未认证的识别信息情况下通过执行模块打开智能门锁。因此，“小黑盒”打开智能门锁主要是由于其产生的强电磁场在智能门锁微控单元（MCU）的焊点或PCB上线路等部分感应出一定幅值电压，引起智能门锁重启，进而打开智能门锁。

5 结语

通过分析可知，“小黑盒”对智能门锁影响的主要原因是由于“小黑盒”产生的强电磁场在智能门锁内部传输线缆感应出电压被作为开锁信号打开智能门锁，或强电磁场导致智能门锁的重启，引起其复位进而影响驱动模块的工作打开智能门锁。因此，在智能门锁的设计过程中不应将智能门锁的开锁方式设置过于简单，同时在设计过程中需要考虑到智能门锁重启后的安全保障问题，进而提高产品质量。