采用滾動(dòng)數(shù)碼鼠標(biāo)概念的防窺視密碼鍵盤設(shè)計(jì)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,各種交易卡、身份卡也越來越多地進(jìn)入到人們的日常生活。在這些活動(dòng)中,經(jīng)常需要輸入幾位數(shù)碼的口令或密碼即個(gè)人身份碼(Personal Identify Number/PIN)以確認(rèn)身份。
      
本文介紹一種在鼠標(biāo)概念基礎(chǔ)上研究開發(fā)的密碼輸入方法,或者稱為密碼鼠標(biāo)。這種密碼鼠標(biāo)采用滾動(dòng)的數(shù)碼輸入方式,只有3～4個(gè)鍵,其輸出編碼結(jié)構(gòu)、數(shù)碼傳輸方法和傳輸率等與現(xiàn)行密碼鍵盤完全相同,最大的不同是它可以完全防止輸入密碼時(shí)被他人窺視。 　
      
1 鍵盤的整體結(jié)構(gòu)和工作原理　
      
從外部看本鍵盤包括兩部分:一部分是選碼與操作部分;另一部分是數(shù)碼顯示部分,圖1(a)、(b)分別給出了這種鍵盤的兩種外型圖。

 

                                                                       圖1 兩種外型圖 　　
      
選碼與操作部分包括功能電路和若干個(gè)操作鍵,除了有與原來鍵盤相同的功能鍵外,還有一個(gè)選碼鍵(或選碼轉(zhuǎn)輪),用該鍵取代原來鍵盤的0～9 10個(gè)數(shù)字,通過“+”或“-”的方式滾動(dòng)選定0～9其中之一,然后再選定輸入。圖2是其結(jié)構(gòu)框圖。

 

                                                                    圖2 結(jié)構(gòu)框圖 　　
      
顯示部分是一個(gè)一位的數(shù)碼顯示管,該部分即時(shí)顯示選碼鍵(或選碼轉(zhuǎn)輪)選中的數(shù)碼。顯示部分利用光學(xué)原理和光學(xué)材料限制數(shù)碼顯示視角。 　　      
上述兩部分組合,完成密碼的輸入過程。工作原理如下:開始時(shí)鍵盤的顯示部分會(huì)顯示一個(gè)0～9之間的隨機(jī)數(shù)。通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪改變BCD可逆計(jì)數(shù)器的數(shù)值,當(dāng)轉(zhuǎn)輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),計(jì)數(shù)器正向計(jì)數(shù),即按0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-0的規(guī)律計(jì)數(shù);轉(zhuǎn)輪逆向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),計(jì)數(shù)器逆向計(jì)數(shù),即按0-9-8-7-6-5-4-3-2-1-0的規(guī)律計(jì)數(shù)。在該BCD碼計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的同時(shí),顯示部分即時(shí)顯示該計(jì)數(shù)器的數(shù)值。當(dāng)選中要輸入的數(shù)字時(shí),按動(dòng)“選定”鍵,該BCD碼并行地存儲(chǔ)到鎖存器中,然后該BCD碼按設(shè)定的傳輸率輸出。按順序全部輸入完若干位密碼后,按“確認(rèn)”鍵。通過加入其它的聲光提示信息還可以提高鍵盤的操作靈活性。
      
2 鍵盤的實(shí)現(xiàn)電路和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 硬件構(gòu)成　　
      
實(shí)現(xiàn)上述功能可以采用分立電子元件也可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn),還可以用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)在的技術(shù)條件,采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)上述功能比較方便。利用8051單片機(jī)的緊湊結(jié)構(gòu)芯片AT89C2051可以在很小的面積上布線,并完成圖2的功能。由于AT89C2051的外部輸入/輸出引線有限,利用軟件譯碼會(huì)占用7條輸入/輸出線,所以在 AT89C2051和7段LED數(shù)碼管之間接一個(gè)BCD碼到7段顯示碼譯碼器CD4056。 　　
      
從外部看,用P1.0、P1.1、P1.2、P1.3和P3.7作為五個(gè)熱鍵(鼠標(biāo)式的只用三個(gè))的輸入3.2、P3.3作為選碼轉(zhuǎn)輪的輸入接口;由P1.4、P1.5、P1.6、P1.7共4位即時(shí)傳送BCD碼到CD4056;CD4056的輸出直接驅(qū)動(dòng)7段LED數(shù)碼管。P3.5為串行通信口,用于傳送經(jīng)確定后的BCD碼。 [!--empirenews.page--]

2.2 選碼轉(zhuǎn)輪和可逆計(jì)數(shù)器　　

選碼轉(zhuǎn)輪是一個(gè)在內(nèi)徑成環(huán)形均勻布有12小孔的圓形轉(zhuǎn)輪,在PCB板上設(shè)有一個(gè)紅外發(fā)光管和兩個(gè)紅外接收管。轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)切割紅外光線,通過光電二極管和轉(zhuǎn)輪上的光孔形成信號(hào),經(jīng)過整形后利用兩個(gè)信號(hào)輸入的先后順序識(shí)別轉(zhuǎn)輪的正反轉(zhuǎn)。

2.3 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器　　

為了防止他人從輸入的動(dòng)作和規(guī)律看出所輸密碼,鍵盤的每次啟動(dòng)或每輸入一位碼后再輸入新一位碼時(shí),鍵盤總是在0～9之間隨機(jī)顯示一個(gè)數(shù),在此數(shù)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)。這個(gè)隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生用單片機(jī)一個(gè)內(nèi)部寄存器完成。該寄存器不斷進(jìn)行BCD不帶進(jìn)位的高速加計(jì)數(shù),當(dāng)需要產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)時(shí),從該寄存器即時(shí)取出當(dāng)時(shí)的計(jì)數(shù)值。由于取數(shù)是操作人員按動(dòng)“確認(rèn)”鍵后進(jìn)行,是一個(gè)隨機(jī)時(shí)刻,所以取出的數(shù)也是一個(gè)0～9之間的隨機(jī)數(shù)。 　　

3 視角限制方法

在顯示器的前面放置一層內(nèi)部平面經(jīng)過凹凸處理的透光材料。該層材料使與顯示器平面法線方向平行的光線不失真射出,使偏離中心的光線發(fā)生散射,從而限制顯示器在垂直方向的視角,即只允許交易者個(gè)人看到顯示器的內(nèi)容。調(diào)節(jié)顯示器的電流使顯示器的亮度為一個(gè)合適的值。通過調(diào)節(jié)顯示器表面與透光材料的距離h也能達(dá)到限制顯示器在垂直方向的視角,如圖3。


 

                                                                圖3 顯示器部分剖面圖 　　

圖4是根據(jù)上述原理制作的鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)密碼鍵盤圖。首先從功能上進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),對(duì)比鍵盤是深圳某公司出品的碼位固定的明碼鍵盤,當(dāng)輸入一個(gè)0～9之間的數(shù)字時(shí),該鍵盤串行傳送一個(gè)8位的二進(jìn)制碼3X,X是要傳送的數(shù)字。制作的鍵盤采用相同的編碼和傳輸率,接收端是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。經(jīng)過100多次輸入6位密碼,兩者性能完全相同。
　　
設(shè)計(jì)的顯示器視角為15°,即使在操作人員旁邊站立,也很難從密碼鍵盤輸入端看到應(yīng)輸入的密碼。輸入速度在開始時(shí)較慢,經(jīng)過簡單熟悉后,設(shè)計(jì)制作的鼠標(biāo)式密碼鍵盤的輸入速度與碼位固定的明碼鍵盤相同。