本发明属于电子门禁锁技术领域，特别涉及一种动态密码门禁锁及操作方法。
背景技术
在日常工业生产与工作中，工业厂房与部门的安全防范、单位的生产资料、财务报表以及一些个人的重要资料的保存多以加锁的办法来解决。传统的锁具主要用弹子锁，其钥匙容易丢失且经过若干年的使用和研究，人们对它的机理和结构了解的也是相当清楚，不使用钥匙而打开锁具的办法也是数不胜数。传统构造简单的机械锁，即使是普通人，经过短期的开锁练习也可以轻而易举的打开大部分看似安全的机械锁，由于这些原因，传统机械锁也渐渐失去保障工业生产资料的作用。
提高锁具性能，保护工业生产过程和生产资料变成工业安全的一个主题。在信息现代化的时代，保障生产资料的工业锁也应该向高安全、高精度的信息化、智能化的方向发展，而因为电子密码锁技术相对先进，种类齐全，已被广泛应用于智能门禁系统中，可以提供多种更加安全，更加可靠的技术，实现工业门禁的管理。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的工业电子门禁锁是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于生产厂房门禁、大型工业设备控制台门禁、库房、保险箱、保险柜，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失，难以被窃(除非自己泄露)。但是过于简单的密码容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，导致密码泄露。当然，密码又不能太复杂，过于复杂的密码操作成功率低，造成使用不便。因此键盘式电子锁的密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设置密码；带有指纹识别的工业电子密码锁可以录入被授权人员的指纹，核对指纹识别信息来决定是否打开门禁；带有虹膜识别的高级电子门禁锁，可以通过记录被授权人员的眼睛信息来控制锁具的开关。在个人消费级别的智能门禁锁功能上已出现具有远程wifi解锁的功能，这些都是电子锁在信息化时代下快速发展的结果。
但是，上述的这些工业门禁锁的功能都存在自己的不足。“任意设定密码”技术设置的密码过于单一，一旦设置就必须长期使用，容易造成人为泄露；带有指纹识别和虹膜识别的工业电子锁，由于工业环境下需要授权权限的人员数量很多，每次进行新的人员授权必须要现场录入人员信息，操作过程繁琐，重复过程量大，占用时间过多，并且容易被翻模硅胶和照片进行开锁欺骗；而工业现场一般不存在互联网wifi，具有wifi远程解锁的电子锁只能够使用在像个人家庭具有wifi的环境中，无法使用在工业生产环境。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种动态密码门禁锁及操作方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种动态密码门禁锁，包括门禁锁主体、电源模块、通信电路模块和控制模块；电源模块、通信电路模块和控制模块均设置在门禁锁主体内，且通信电路模块和控制模块通过通信总线连接，通信电路模块和控制模块均与电源模块连接；电源模块用于给通信电路模块和控制模块供电，通信电路模块用于控制模块与操作人员之间的工作信息或参数的收发；
控制模块包括微控制器、电平转换电路、电子门锁、电压采样电路、纽扣电池、蜂鸣器；电平转换电路、电压adc采样电路、纽扣电池和蜂鸣器均连接到微控制器；电子门锁连接电平转换电路；电压adc采样电路连接电源模块；电子门锁含有初始化的15位密匙。
进一步的，控制模块还包括数字键盘、参数升级接口、程序下载接口、led显示灯、唤醒开关和模式选择开关；数字键盘、参数升级接口、程序下载接口、led显示灯、唤醒开关和模式选择开关均与微控制器连接。
进一步的，电源模块包括12v供电接口、12v锂电池接口、供电选择电路、过压保护、限流保护、第一电压转换器和第二电压转换器；12v供电接口和12v锂电池接口均连接到供电选择电路，供电选择电路连接过载保护，过载保护连接限流保护，限流保护分出两路，一路连接第一电压转换器，另一路连接第二电压转换器；12v锂电池接口连接到电压adc采样电路；第一电压转换器连接到微控制器；模式选择开关用于切换12v供电接口和12v锂电池接口。
进一步的，通信电路模块包括通信模块、tvs保护二极管、sim通信卡和天线；微处理器、第二电压转换器、tvs保护二极管和天线均与通信模块连接，sim通信卡连接到tvs保护二极管。
进一步的，通信电路模块通过天线连接基站，基站连接服务器，服务器连接控制总机；基站连接智能终端。
进一步的，一种动态密码门禁锁的操作方法，基于上述中任意一项所述的一种动态密码门禁锁，具体包括以下步骤：
步骤1，启动电源模块，根据工作环境是否存在供电条件，通过模式开关选择12v供电接口或者12v锂电池接口给通信电路模块和控制模块供电；
步骤2，操作人员在智能终端上请求获取动态密码，智能终端根据密码锁的密匙和实时时间计算该动态密码并显示出来，微处理器同样根据密码锁的密匙和实时时间进行动态时间密码计算，操作人员为授权人员，载体为授权人员的智能终端，授权信息为密码锁的初始密匙，授权行为由管理员控制；
开锁方式分为两种：
a、每分钟，操作人员的智能终端应用软件根据密匙进行动态密码计算，同时微处理器进行同样的动态密码计算，该分钟内当授权人员在键盘输入的动态密码和微控制器计算的结果相同，才进行开锁操作；下一分钟内，智能终端和微处理器的动态密码会重新计算；
b、当授权人员不在现场时，操作人员利用智能终端上的软件远程进行开锁，通过基站传递给通信电路模块，通信电路模块将远程开锁命令传递给控制模块的微处理器，微处理器接到授权人员的远程开锁命令并核对开锁权限正确后，执行开锁操作；
密码计算的具体步骤如下：
1)数据帧字符重组；数据帧字符重组将15位密匙和时间单位数据进行帧重组生成固定的帧格式并转换为字符；
2)散列算法；将步骤1得到的字符进行散列单向计算得到160bit的行数据；
3)大端存储；将该160bit行数据进行大端数据排列并存储到数组；
4)偏移量计算；移量计算根据160bit行数据中后4位数据进行10进制换算，得到地址偏移量；
5)数据截取，将数组中的160bit数据根据步骤4计算得到的地址偏移量进行数据截取，将160bit的数据截取成32bit；
6)高位取0，将截取得到的32bit数据最高位强制取0；
7)模运算算法将高位取0的32bit数据进行模运算，最终输出固定6位的动态时间密码；
步骤3，微控制器将智能锁的开锁或关锁状态信息通过通信电路模块发送给总机服务器和操作人员的移动终端，该状态分别在总机服务器和操作人员的移动终端显示出来。
进一步的，蜂鸣器用于连续若干次输入密码错误时发出报警，密码输入正确开锁后给用户提示；并通过通信控制模块将报警信息发送给控制总机。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明根据实时时间和密匙每周期内计算并更新一个开锁密码，密码动态变化，不容易造成密码泄露，提高了安全性，解决了现有门禁锁密码单一的问题；
由于工业环境下需要授权权限的人员数量很多，本发明只需要在服务器终端上控制大量操作人员的智能终密码计算权限，操作人员的授权行为不需要本人到场，因此可以解决现有工业智能锁授权行为必须要现场录入信息，操作过程繁琐，重复过程量大，占用时间过多的问题。
本发明由于密码动态更新，需要授权人员根据密码计算结果进行开锁行为，相比带有指纹识别和虹膜识别的工业电子锁，解决了容易被翻模硅胶和照片进行开锁欺骗的问题。
现有的智能锁远程控制需要智能锁连接wifi网络，而工业环境下一般不存在wifi网络，因此无法进行远程控制，本发明使用移动通信网络，相比现有工业锁，实现了工业锁远程控制。
附图说明
图1是本发明动态时间密码自主计算的智能工业门禁锁结构示意图；
图2是本发明动态时间密码计算算法流程图；
图3是本发明动态时间密码自主计算的智能工业门禁锁结构安装结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1-图3，一种动态密码门禁锁，包括门禁锁主体、电源模块、通信电路模块和控制模块；电源模块、通信电路模块和控制模块均设置在门禁锁主体内，且通信电路模块和控制模块通过通信总线连接，通信电路模块和控制模块均与电源模块连接；电源模块用于给通信电路模块和控制模块供电，通信电路模块用于控制模块与操作人员之间的工作信息或参数的收发；
控制模块包括微控制器、电平转换电路、电子门锁、电压采样电路、纽扣电池、蜂鸣器；电平转换电路、电压adc采样电路、纽扣电池和蜂鸣器均连接到微控制器；电子门锁连接电平转换电路；电压adc采样电路连接电源模块；电子门锁含有初始化的15位密匙。
控制模块还包括数字键盘、参数升级接口、程序下载接口、led显示灯、唤醒开关和模式选择开关；数字键盘、参数升级接口、程序下载接口、led显示灯、唤醒开关和模式选择开关均与微控制器连接。
电源模块包括12v供电接口、12v锂电池接口、供电选择电路、过压保护、限流保护、第一电压转换器和第二电压转换器；12v供电接口和12v锂电池接口均连接到供电选择电路，供电选择电路连接过载保护，过载保护连接限流保护，限流保护分出两路，一路连接第一电压转换器，另一路连接第二电压转换器；12v锂电池接口连接到电压adc采样电路；第一电压转换器连接到微控制器；模式选择开关用于切换12v供电接口和12v锂电池接口。
通信电路模块包括通信模块、tvs保护二极管、sim通信卡和天线；微处理器、第二电压转换器、tvs保护二极管和天线均与通信模块连接，sim通信卡连接到tvs保护二极管。
通信电路模块通过天线连接基站，基站连接服务器，服务器连接控制总机；基站连接智能终端。
一种动态密码门禁锁的操作方法，基于上述中任意一项所述的一种动态密码门禁锁，具体包括以下步骤：
步骤1，启动电源模块，根据工作环境是否存在供电条件，通过模式开关选择12v供电接口或者12v锂电池接口给通信电路模块和控制模块供电；
步骤2，操作人员在智能终端上请求获取动态密码，智能终端根据密码锁的密匙和实时时间计算该动态密码并显示出来，微处理器同样根据密码锁的密匙和实时时间进行动态时间密码计算，操作人员为授权人员，载体为授权人员的智能终端，授权信息为密码锁的初始密匙，授权行为由管理员控制；
开锁方式分为两种：
a、每分钟，操作人员的智能终端应用软件根据密匙进行动态密码计算，同时微处理器进行同样的动态密码计算，该分钟内当授权人员在键盘输入的动态密码和微控制器计算的结果相同，才进行开锁操作；下一分钟内，智能终端和微处理器的动态密码会重新计算；
b、当授权人员不在现场时，操作人员利用智能终端上的软件远程进行开锁，通过基站传递给通信电路模块，通信电路模块将远程开锁命令传递给控制模块的微处理器，微处理器接到授权人员的远程开锁命令并核对开锁权限正确后，执行开锁操作；
密码计算的具体步骤如下：
1)数据帧字符重组；数据帧字符重组将15位密匙和时间单位数据进行帧重组生成固定的帧格式并转换为字符；
2)散列算法；将步骤1得到的字符进行散列单向计算得到160bit的行数据；
3)大端存储；将该160bit行数据进行大端数据排列并存储到数组；
4)偏移量计算；移量计算根据160bit行数据中后4位数据进行10进制换算，得到地址偏移量；
5)数据截取，将数组中的160bit数据根据步骤4计算得到的地址偏移量进行数据截取，将160bit的数据截取成32bit；
6)高位取0，将截取得到的32bit数据最高位强制取0；
7)模运算算法将高位取0的32bit数据进行模运算，最终输出固定6位的动态时间密码；
步骤3，微控制器将智能锁的开锁或关锁状态信息通过通信电路模块发送给总机服务器和操作人员的移动终端，该状态分别在总机服务器和操作人员的移动终端显示出来。
蜂鸣器用于连续若干次输入密码错误时发出报警，密码输入正确开锁后给用户提示；并通过通信控制模块将报警信息发送给控制总机。蜂鸣器用于连续若干次输入密码错误时发出报警，密码输入正确开锁后给用户提示；并通过通信控制模块将报警信息发送给控制总机。
附图1所示，本发明主要包括4个部分：1.动态时间密码计算与解密算法；2.控制电路；3.通信电路；4.电源电路。
本发明的工业智能电子门禁锁都含有初始化的15位密匙，该密匙在同类型不同的电子门禁锁上互异。动态时间密码计算与解密算法提取该15位密匙并结合实时时间信息(默认为北京时间)，采用动态时间密码计算方法，每一个时间单位(分钟)动态的计算出一个6位密码并提供给微控制器，如果用户在某一个时间单位内通过键盘输入的密码与算法计算出的密码一致，则启动开锁行为，并在下一个时间单位摒弃该密码并重新计算新的6位密码；如果用户在3个时间单位中连续5次输入错误密码，则屏蔽10个时间单位内键盘任何输入，蜂鸣器发出警报并通过通信电路和天线发送入侵警报给总机服务器或安保人员手机，提醒存在恶意入侵行为。动态时间密码计算与解密算法还可以加密总机服务器与智能电子门禁之间的通信行为，采用安全散列算法对相互通信的数据进行加密与解密，提高通信保密性。
附图1所示，本发明主要包括4个部分：1.动态时间密码计算与解密算法；2.控制电路；3.通信电路；4.电源电路。
本发明的工业智能电子门禁锁都含有初始化的15位密匙，该密匙在同类型不同的电子门禁锁上互异。动态时间密码计算与解密算法提取该15位密匙并结合实时时间信息(默认为北京时间)，采用动态时间密码计算方法，每一个时间单位(分钟)动态的计算出一个6位密码并提供给微控制器，如果用户在某一个时间单位内通过键盘输入的密码与算法计算出的密码一致，则启动开锁行为，并在下一个时间单位摒弃该密码并重新计算新的6位密码；如果用户在3个时间单位中连续5次输入错误密码，则屏蔽10个时间单位内键盘任何输入，蜂鸣器发出警报并通过通信电路和天线发送入侵警报给总机服务器或安保人员手机，提醒存在恶意入侵行为。动态时间密码计算与解密算法还可以加密总机服务器与智能电子门禁之间的通信行为，采用安全散列算法对相互通信的数据进行加密与解密，提高通信保密性。