1.本实用新型涉及门锁技术，尤其涉及一种声纹智能门锁。
背景技术：
2.智能门锁是在传统机械锁的基础上，增加了电机组件和智能控制功能改进而成的复合型锁具，其在用户安全性、识别、管理性方面更加智能化。随着人们对家居安防重视程度的不断提高，智能门锁不仅要满足人们舒适便捷的产品体验，同时也要更好的保证使用者的财产及人身安全。
3.智能门锁的主要控制功能分为按键密码功能、指纹密码功能或人脸识别密码功能。近年来，还出现了连接手机app的智能门锁，其通过从手机app接收的动态密码及动态二维码等进行开锁控制。
4.然而，虽然智能门锁的自动化程度越来越高，但是门锁设计较繁琐，现有技术中的按键密码功能容易被泄露。同时，老年人和儿童容易遗忘密码；指纹密码功能或人脸识别密码功能虽然便捷，但存在被仿制的安全隐患；手机app的动态密码功能、动态二维码功能在一定程度上提高了安全性，但是需要连接手机和网络不够便捷，产品体验性较差。
技术实现要素：
5.本实用新型提供了一种安全、便利且易于操作的声纹智能门锁结构。
6.为达到上述目的，本实用新型实施例提供一种声纹智能门锁，包括：外部锁体、锁芯、门内锁体和门锁主控器，所述锁芯置于所述外部锁体和门内锁体之间，所述门锁主控器设置在所述门内锁体或门外锁体内；其中，所述外部锁体设有传声器和对象检测传感器，所述门内锁体内设有电池槽和与锁芯联动的电机；所述传声器、所述对象检测传感器和所述电机分别与门锁主控器电连接；当所述对象检测传感器检测到有人体对象接近时，所述门锁主控器控制所述传声器采集语音信号，根据预存的声纹特征信息对所述语音信号进行声纹身份验证，并根据声纹身份验证的结果向所述电机发送控制信号，以对所述锁芯执行上锁或解锁操作。
7.可选地，所述外部锁体还设有与所述门锁主控器电连接的显示器；当所述对象检测传感器检测到有人体对象接近时，所述门锁主控器还生成动态验证码，并通过所述显示器输出所述动态验证码，控制所述传声器采集所述动态验证码对应的语音信号。
8.可选地，所述外部锁体设有外部面板，所述传声器、显示器和对象检测传感器设置于所述外部面板。
9.可选地，所述外部面板固定在门把手上；其中，所述外部锁体和所述门把手被设计为一体，或者所述外部锁体被安装在已有适配的门把手上。
10.可选地，所述外部面板安装于门体的外表面，所述显示器固定在所述外部面板上并且自所述外部面板向外呈一定角度地设置，所述显示器还用作门把手。
11.可选地，所述外部锁体上还设有与所述门锁主控器电连接的密码按键和/或钥匙
孔，所述门锁主控器还存有密码信息。
12.可选地，所述外部锁体上还设有翻盖或推拉盖，所述密码按键和/或钥匙孔设置在翻盖或推拉盖内。
13.可选地，所述外部锁体上还设有与所述门锁主控器电连接的摄像头。
14.本实用新型实施例还提供一种声纹智能门锁的控制系统，包括：任一前述声纹智能门锁，所述声纹智能门锁还设有与所述门锁主控器电连接的无线通信模块，与所述声纹智能门锁通信连接的门锁控制服务器；其中，当所述对象检测传感器检测到有人体对象接近时，所述门锁主控器控制所述传声器采集语音信号，通过所述无线通信模块将所述语音信号发送给所述门锁控制服务器进行声纹身份验证，通过所述无线通信模块接收声纹身份验证的结果，并根据声纹身份验证的结果向所述电机发送控制信号，以对所述锁芯执行上锁或解锁操作。
15.可选地，所述门锁主控器设置在所述门内锁体内，所述门锁主控器和无线通信模块集成在置于所述门内锁体中的主控板上。
16.本实用新型具有的优点和积极效果是：
17.本实用新型提出的声纹智能门锁，通过设置了具有置于门外锁体的对象检测传感器和传声器、门锁主控器以及门内锁体的门锁主控器的结构，为用户提供了采用声纹授权的智能开锁/上锁的功能，用户无需输入开锁密码，克服了按键密码功能容易被遗忘和泄露的缺点以及指纹授权或人脸识别授权存在的容易仿制的安全隐患的缺陷，并且声纹身份认证隐私性更弱适用于用户出于隐私的考虑不愿意刷脸的应用场景。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例提供的声纹智能门锁的电子部件的逻辑结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例一提供的声纹智能门锁的立体分解图；
20.图3为本实用新型实施例二提供的声纹智能门锁的立体分解图；
21.图4为本实用新型实施例二提供的声纹智能门锁在翻盖109处于打开状态的立体分解图；
22.图5为本实用新型实施例三提供的声纹智能门锁的控制系统的示意图。
23.附图标记说明：
24.10、声纹智能门锁；100、外部锁体；200、锁芯；300、门内锁体；400、门锁主控器；101、传声器；102、显示器；103、密码按键；104、对象检测传感器；105、钥匙孔；106、门把手；107、外部面板；108、摄像头；109、翻盖；201、锁舌；301、电池槽；302、电机；303、无线通信模块；305、信息传输线；20、门锁控制服务器。
具体实施方式
25.以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明的意图仅在于使本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本实用新型，而非对本实用新型的限定性解释；并且只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保
护范围之内。
26.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
27.图1为本实用新型实施例提供的声纹智能门锁的部件的逻辑结构示意图。
28.参照图1，本实用新型实施例提供的声纹智能门锁10包括外部锁体100、锁芯200、门内锁体300和门锁主控器400。其中，锁芯200置于门内、外部锁体100和门内锁体300之间，门锁主控器400可被设置在门内锁体300或门外锁体100内，在图1中示出了门锁主控器400被设置于门内锁体300内的情形。可将该声纹智能门锁10安装于门锁通常的位置。
29.其中，外部锁体100设有传声器101和对象检测传感器104，门内锁体300内设有用于放置供电电池的电池槽301(在图1中未示出，请参考图2～图4)、与锁芯200联动的电机302和门锁主控器400。传声器101、对象检测传感器104和电机302分别与门锁主控器400电连接。
30.传声器101可以是例如麦克风等声音采集装置，用于采集用户的语音信号。对象检测传感器104可以是例如红外传感器模组、超声波感应模组等。当有人靠近声纹智能门锁10时，对象检测传感器104在感应范围内感应到人体的温度或超声波信号，并且向门锁主控器400发送相应的电信号，以启动声纹智能门锁10工作。
31.门锁主控器400可以是集成有各自相应的控制程序代码的mcu(微控制单元)、asic(专用集成电路)芯片、fpga(现场可编程门阵列)芯片、arm微处理器等，并且均可设有用于存储应用数据和内置存储器。其中，门锁主控器400负责与传声器101和对象检测传感器104及其他与声纹采集和处理相关的部件进行交互，并且执行与声纹特征信息的采集和预存、声纹认证以及门锁控制相关的控制逻辑，以根据用户输入的语音对电机302执行开锁或上锁控制。此外，门锁主控器400还可以存储开锁密码、人脸特征等信息并执行密码开锁、人脸识别开锁等附加功能的控制逻辑。
32.电池槽301用于放置供电电池，并且可设有供电接口，通过该供电接口向该声纹智能门锁10的各个电子部件供电，这些电子部件可包括，但不限于，传声器101、显示器102(请见下文)、对象检测传感器104、电机302、门锁主控器400等。当然，部分具有自供电功能的电子部件可自供电，而不从供电电池采电。
33.声纹智能门锁10的用户在初次启用该门锁时，需预留其声纹特征信息。具体地，用户需根据引导通过传声器101输入一段语音(即读出指定的一段文字内容，如动态验证码)，门锁主控器400对该输入的语音进行声纹特征提取或建模，生成该用户的声纹特征信息或声纹模型，作为该用户的门锁授权信息。门锁主控器400可引导用户多次进行语音输入，并对输入的多条语音数据进行处理，以提高生成的声纹特征信息或声纹模型的准确性。随后，门锁主控器400将生成的用户的声纹特征信息或声纹模型存储在其内置存储器中。
34.该声纹智能门锁10的工作方式如下：当对象检测传感器104检测到有人体对象接近时，向门锁主控器400发送相应的电信号；门锁主控器400相应地控制传声器101采集语音信号，对该语音信号进行声纹特征提取，根据其内置存储器中的声纹特征信息(或声纹模型)对提取的声纹特征进行声纹身份验证，并根据声纹身份验证的结果向电机302发送控制信号，电机302与锁芯200联动执行上锁或解锁操作。
35.可选地，外部锁体100还设有与门锁主控器400电连接的输出装置，如显示器102，以向用户输出引导或提示信息。该输出装置也可以是扬声器(未示出)，用以向用户播报引导或提示语音信息。
36.例如，在上锁或解锁的过程中，当对象检测传感器104检测到有人体对象接近时，门锁主控器400先生成动态验证码，并通过显示器102(或扬声器)输出动态验证码，并控制传声器101采集用户讲出该动态验证码对应的语音信号。随后，门锁主控器400根据预存的声纹特征信息对采集的语音信号进行声纹身份验证，并根据声纹身份验证的结果向电机302发送相应的控制信号，电机驱动锁芯200执行上锁或解锁操作。
37.再例如，门锁主控器400可控制显示器102显示设置菜单，以引导用户初次启用该声纹智能门锁10或预添加授权用户。当用户选择预留授权信息时，门锁主控器400可控制显示器102显示预定的文字内容(如授权说明)或随机生成的文字内容(如动态验证码)，当用户开始读出该文字内容时，传声器101采集语音信号，门锁主控器400对该语音信号进行声纹特征提取或建模，生成并存储该用户的声纹特征信息或声纹模型。
38.为了对门外锁体100的各个部件进行布置，外部锁体100设有外部面板107，传声器101、显示器102和对象检测传感器104设置于外部面板107。该外部面板107可固定在门把手106上，或者安装在门体的外表面。
39.此外，可以将门锁主控器400设置在门内锁体300中，与门内锁体300中的电池槽301、电机302及其他电子部件设置在一起，也可将门锁主控器400设置在门外锁体100中，这样，可将与声纹开锁相关的传声器101、显示器102和对象检测传感器104放置在一起。
40.在此基础上，还可在声纹智能门锁10中添加其他部件，以扩展该声纹智能门锁的功能。例如，可在声纹智能门锁10的门内锁体300或门外锁体100中还设置无线通信模块303(请见图2～图5)，以扩展声纹智能门锁10的功能，使得该声纹智能门锁10与云端服务器进行与声纹授权相关的通信(请参考)；再例如，在外部锁体100上还设有与门锁主控器400电连接的摄像头，以支持人脸识别的开锁功能。此外，在供电充足的情况下，设置的摄像头还可持续或间歇地工作，对门体外部附近进行视频监控。
41.本实用新型提出的声纹智能门锁，通过设置了具有置于门外锁体的对象检测传感器和传声器以及设置在门内锁体或门外锁体的门锁主控器的结构，为用户提供了采用声纹授权的智能开锁/上锁的功能，用户无需输入开锁密码，克服了按键密码功能容易被遗忘和泄露的缺点以及指纹授权或人脸识别授权存在的容易仿制的安全隐患的缺陷，并且声纹身份认证隐私性更弱适用于用户出于隐私的考虑不愿意刷脸的应用场景。
42.此外，与其它生物特征相比，声音是唯一可双向传递信号的，既可以接收信息，也可以发出信息，实现交互；第二，声音是唯一周边无死角，可以实现非接触式采集，方便使用；第三，从安全性的角度，声音是高可变性与唯一性的完美统一。没有两个声音是完全一样的，里面所蕴含的信息，比如身份、年龄、情绪等信息都是唯一确定的。语音信号虽仅是一维信号，但在解决防攻击、判断意图真实性的时候，具有很好的优势。语音信号是一维信号，其传输量小、易获取、成本低。语音信号易于采集，因此采用声纹授权的方式易于操作，提高用户的操作便利，尤其对于手中拿有物品不方便放下或者身体不方便的残障人士，能够大大地提供便利。
43.以下将参照图2～图4具体描述本实用新型提供的声纹智能门锁的两个示例性实
施例。
44.实施例一
45.以下将参照图2详细描述本实用新型实施例一提供的声纹智能门锁。该声纹智能门锁具有与前述声纹智能门锁10类似的结构和部件连接关系。
46.参照图2，该声纹智能门锁包括位于图2右侧的门外锁体100、位于左侧的门内锁体300与置于门内、外部锁体100和门内锁体300之间的锁芯200。
47.如图2所示，外部锁体100包括固定在门把手106上的外部面板107。可将外部锁体100和门把手106设计为一体，即将门把手106作为外部锁体100的部件，也可将外部锁体100安装在已有适配的门把手106上。
48.外部面板107自上而下地依次设置有摄像头108、显示器102、传声器101、密码按键103、对象检测传感器104和与锁芯200联动的钥匙孔105。显示器102嵌入安装在门外锁体100的外部面板107上，也可凸出地设置于外部面板107上。当然，可根据需要选择性地摄像头108和密码按键103等部件，并且可将这些部件布置在期望的位置，而不限于图2所示的布置。
49.门内锁体300内设置有电池槽301、电机302和门锁主控器400。
50.传声器101、显示器102、密码按键103、对象检测传感器104和摄像头108通过自门外锁体100穿过门把手106和锁芯200的一条或多条信息传输线305分别与门锁主控器400电连接。根据另一可选实施例，也可将门锁主控器400设置在门外锁体100内，而通过自门外锁体100穿过门把手106和锁芯200的信息传输线305与电机302电连接。
51.锁芯200的侧端设置有一个或多个锁舌201。
52.通过设置的钥匙孔105，用户可使用钥匙手动开锁或上锁，从而在声纹智能门锁的电子部件出现故障时，可正常打开该门锁。此外，门锁主控器400可还存有用户的人脸特征信息，用户可通过摄像头108拍摄面部图像，该面部图像被传送给门锁控制器400，由门锁主控器400根据预存的人脸特征信息对面部图像进行匹配，确定是否对用户进行授权，以使用户通过人脸识别的方式进行开锁和/或上锁。
53.由此，通过使用实施例一的声纹智能门锁，在具备前述有益效果的基础上，可使得用户不仅可采用声纹授权的形式，还可使用例如手动、密码授权、人脸识别等其他方式执行开锁和/或上锁的操作。
54.实施例二
55.以下将参照图3和图4详细描述本实用新型实施例二提供的声纹智能门锁。实施例二提供的声纹智能门锁具有与实施例一描述的声纹智能门锁类似的结构，在此对相同或相似的部件不予赘述，仅重点描述不同的部件的设置。
56.如图3和图4所示，在实施例二的声纹智能门锁中，外部锁体100的外部面板107上自上而下地依次设置有传声器101、显示器102、密码按键103、钥匙孔105和对象检测传感器104。该外部面板107设置于门体的外表面，显示器102固定在外部面板107上且自外部面板107向外呈一定角度地设置。这样，显示器102还用作门把手。
57.此外，外部锁体100(或外部面板107)上还设有翻盖109，该翻盖也可以是推拉盖。密码按键103和钥匙孔105设置在翻盖109(或推拉盖)内，以防止他人随意操弄这两个部件。通常，将翻盖109(或推拉盖)扣在外部锁体100上，用户仅在需要采用密码开锁或钥匙开锁
的情况下，才需要图3示出翻盖109扣合的状态，而图4示出了翻盖109被翻开的状态。可以看出，对于实施例二示出的声纹智能门锁，外部锁体100仅有显示器102和翻盖109(或推拉盖)是可见的，外观简洁并有利于保护其他部件。
58.根据本实用新型的总体发明构思，还提供一种声纹智能门锁的控制系统。以下将参照图5描述本实用新型的实施例三。
59.实施例三
60.图5为本实用新型实施例二提供的声纹智能门锁的控制系统的示意图。在图5中仅示意性地示出了声纹智能门锁10中的门内锁体300中的电子器件，包括电池槽301、电机302、无线通信模块303和门锁主控器400。
61.参照图5，本实用新型提供的声纹智能门锁的控制系统包括任一前述的声纹智能门锁10以及门锁控制服务器20。其中，在声纹智能门锁10内还设有与门锁主控器400连接的无线通信模块303，门锁主控器400通过无线通信模块303与门锁控制服务器20进行与声纹特征信息的采集、预存和声纹认证相关的数据通信。
62.无线通信模块303可与门锁主控器400设置在一起，两者也可以不设置在一起。例如，可将门锁主控器400和无线通信模块303一并集成在置于门内锁体300中的主控板上；将门锁主控器400和无线通信模块303一并设置在门外锁体100中；将门锁主控器400设置在门外锁体100中，而将无线通信模块303设置在门内锁体300中。无线通信模块303可以是wifi通信模块、蓝牙模块或近场通信(nfc)模块，可将门锁控制服务器20设置在云端、局域网或家庭网络内。例如，可将门锁控制服务器20设置在云端，将无线通信模块303设置为wifi通信模块并与家庭网络中的无线路由器连接，门锁主控器400通过该wifi通信模块与云端的门锁控制服务器20进行通信；再例如，可将门锁控制服务器20设置在手机的应用上，将无线通信模块303设置为wifi通信模块，wifi通信模块和手机均与家庭网络中的无线路由器连接，门锁主控器400通过该wifi通信模块与手机应用上的门锁控制服务器20进行通信。
63.在本实施例涉及的声纹智能门锁中，门锁主控器400仅负责与传声器101和对象检测传感器104以及其他与声纹采集和处理相关的部件进行交互，而将声纹特征信息的预存和声纹认证相关的处理任务交由门锁控制服务器20进行处理，这样可使得门锁主控器400的设计小型化，并且门锁控制服务器20还可以进行更为复杂的处理任务。
64.具体地，当为声纹智能门锁10的用户预留其声纹特征信息时，通过传声器101接收用户讲出的一段语音(即读出指定的一段文字内容)，门锁主控器400将该输入的语音通过无线通信模块303发送给门锁控制服务器20进行声纹特征提取或建模，以生成该用户的声纹特征信息或声纹模型，作为该用户的门锁授权信息，该用户的声纹特征信息或声纹模型被存储在门锁控制服务器20端。门锁主控器400可引导用户多次进行语音输入，并将输入的多条语音数据发送给门锁控制服务器20进行处理，以提高生成的声纹特征信息或声纹模型的准确性。
65.该声纹智能门锁10的工作方式如下：当对象检测传感器104检测到有人体对象接近时，向门锁主控器400发送相应的电信号；门锁主控器400相应地控制传声器101采集语音信号，通过无线通信模块303将所述语音信号发送给所述门锁控制服务器20进行声纹身份验证，通过无线通信模块303接收声纹身份验证的结果，并根据声纹身份验证的结果向电机302发送控制信号，电机302与锁芯200联动执行上锁或解锁操作。
66.以下描述当外部锁体100还设有与门锁主控器400电连接的输出装置(如显示器102)时，预留用户的声纹特征信息以及开锁/解锁控制的处理。
67.在为用户预留其声纹特征信息的处理中，门锁主控器400可控制显示器102显示设置菜单，以引导用户初次启用该声纹智能门锁10或预添加授权用户。当用户选择预留授权信息时，门锁主控器400可控制显示器102显示预定的文字内容(如授权说明)或随机生成的文字内容(如动态验证码)，当用户开始读出该文字内容时，传声器101采集语音信号，门锁主控器400将该语音信号发送给门锁控制服务器20进行声纹特征提取或建模，使其生成并存储该用户的声纹特征信息或声纹模型。
68.在开锁/上锁的控制处理中，在当对象检测传感器104检测到有人体对象接近时，门锁主控器400通过无线通信模块303向门锁控制服务器20发送身份验证请求，接收门锁控制服务器20生成的动态验证码，并通过显示器102(或扬声器)输出该动态验证码，并控制传声器101采集用户讲出该动态验证码对应的语音信号。随后，门锁主控器400通过无线通信模块303将采集的语音信号发送给门锁控制服务器20进行声纹身份验证，通过无线通信模块303接收声纹身份验证的结果，并根据声纹身份验证的结果向电机302发送相应的控制信号，电机驱动锁芯200执行上锁或解锁操作。
69.本实用新型具有如下有益效果：
70.本实用新型提出的声纹智能门锁，通过设置了具有置于门外锁体的对象检测传感器和传声器、门锁主控器以及门内锁体的门锁主控器的结构，为用户提供了采用声纹授权的智能开锁/上锁的功能，用户无需输入开锁密码，克服了按键密码功能容易被遗忘和泄露的缺点以及指纹授权或人脸识别授权存在的容易仿制的安全隐患的缺陷，并且声纹身份认证隐私性更弱适用于用户出于隐私的考虑不愿意刷脸的应用场景。
71.此外，与其它生物特征相比，声音是唯一可双向传递信号的，既可以接收信息，也可以发出信息，实现交互；第二，声音是唯一周边无死角，可以实现非接触式采集，方便使用；第三，从安全性的角度，声音是高可变性与唯一性的完美统一。没有两个声音是完全一样的，里面所蕴含的信息，比如身份、年龄、情绪等信息都是唯一确定的。语音信号虽仅是一维信号，但在解决防攻击、判断意图真实性的时候，具有很好的优势。语音信号是一维信号，其传输量小、易获取、成本低。语音信号易于采集，因此采用声纹授权的方式易于操作，提高用户的操作便利，尤其对于手中拿有物品不方便放下或者身体不方便的残障人士，能够大大地提供便利。
72.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。