CN105243708B - 一种智能锁内分层程序及冗余控制架构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能锁内分层程序及冗余控制架构，其包括：切换模块、启用模块、单片机、管理模块。本发明简化了单片机编程的复杂度，使得基于单片机的复杂***的程序设计难度大大降低，各工种模式通过重启进行切换，每次重启后都会对***将进行初始化并重新分配内存，这样有效降低了内存溢出或逻辑错误情况的出现。本发明增加了冗余控制，使得模块自身故障被控制在有限范围内，不会出现故障扩散的可能性，有效保证了程序运行的可靠性。同时，对故障错误的定位也很容易，对维修的方便性也有很大提升。

Description

一种智能锁内分层程序及冗余控制架构

技术领域

本发明属于智能锁控制技术领域，尤其涉及一种智能锁内分层程序及冗余控制架构。

背景技术

现在的智能锁，将各种先进的电子技术应用到锁体的智能控制、管理及电控开启上，使得其相较于传统的机械锁具有更加智能、管理、安全、便利等特性，销量呈“井喷”式发展。但是电子***存在着失灵、老化、***崩溃等问题，针对这些问题，近年来有了一些双电路***或双电机***智能锁的出现，如实用新型——隐形五孔双***电子锁。其采用2个单独控制电机的双电路***，大大提高智能锁的安全性和稳定性，但是智能锁还是普遍存在以下问题：

1.内存溢出等***工作问题。一般的***程序都采用结构化设计方法，运行在整体一个多循环体大程序内，而***运行时间较长或存在逻辑错误时，易导致***崩溃。双***虽然有2个***工作，但每个***同时也存在这一问题。

2.双***之间通信缺失，且缺乏交替工作方式。2个***都是独立工作，但是2个***之间缺乏通信及联系，如什么情况判定第1个***出现错误，什么情况启用第2个***；同时长时间只使用一个电路***而空置另一个电路***，也易使长时间使用的电路更易老化，而空置的电路长时间未使用也存在问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种智能锁内分层程序及冗余控制架构，解决了一般电路***所出现的内存溢出等***问题，将***测试、切换、管理等业务流程划分为不同层次的工作模块，每个模块可独立运行互不干涉，并提供了完善的工作检测及切换机制，切换工作状态时重启***刷新内存，对***进行重新规划，上一工作模式的内存得以释放，提高了***运行的可靠性。此外，本发明针对双***之间通信缺失，且缺乏交替工作方式等问题，还提出一种双***冗余通信机制，有效解决双***之间的通信及交替等工作问题，提高了智能锁双电路***工作的安全性、稳定性。

本发明的智能锁内分层程序及冗余控制架构，其包括：切换模块、启用模块、单片机、管理模块；

其中：切换模块，用于用户或管理员在需要智能锁在不同工作状态之间切换时产生切换指令；

管理模块，用于进行用户或管理员的管理权限和使用权限的验证操作；

启用模块，用于在用户正式使用智能锁时，根据切换模块产生的切换指令中的启用指令，对智能锁进行启用操作；

单片机包括：测试单元、设置单元、待启单元、存储单元和多个正常工作单元；其中，存储单元用于存储表征工作状态的工作标志，该工作标志包括：各正常工作单元对应的锁操作动作标志、设置单元对应的设置动作标志、待启单元对应的待启动动作标志；各正常工作单元对应的锁操作动作标志包括：开锁对应的开锁动作标志、上锁对应的上锁动作标志、锁住状态对应的锁住标志和锁开状态对应的锁开标志；单片机每次重启后都会根据存储单元存储的工作标志记录进入相应的单元；

单片机的具体工作内容包括：

智能锁内单片机在初次使用时，先进入测试单元进行单片机整体测试，若测试不合格，停止单片机的使用；若测试合格，则调用管理模块进行管理员的管理权限验证，如果输入的管理身份验证不合格，单片机仍处于测试单元；如果输入的管理身份验证合格，则将待启动动作标志记录至存储单元，单片机先自动重启，再根据待启动动作标志进入待启单元；

如果此时不使用智能锁，则智能锁内单片机一直处于待启单元，此时单片机处于低功耗状态；如果要使用智能锁，则启用模块将切换模块产生的启用指令发给待启单元，待启单元根据启用指令启动设置单元设置管理模块的用户的管理权限，并将设置动作标志存储至存储单元，完成智能锁的启用操作，然后智能锁内单片机先自动重启，再根据设置动作标志进入设置单元；

设置单元设置管理模块的用户的使用权限，将锁住标志记录至存储单元，然后单片机先自动重启，后自主调用存储单元中的锁住标志进入智能锁锁住的正常工作单元，以维持锁住状态；

单片机接收切换模块的切换指令时，调用管理模块进行用户的使用权限验证，如果使用权限不合格，单片机仍处于当前正常工作单元；如果使用权限合格，则将切换的新工作标志记录至存储单元，然后单片机先自动重启，并根据存储单元内存储的新工作标志进入对应的设置单元、待启单元或者新的正常工作单元。

进一步的，当切换指令指示需要重新设置管理模块的用户的使用权限时，将设置动作标志记录至存储单元，单片机进而在重启后进入设置单元；

当切换指令指示需要低功耗运行时，将待启动动作标志记录至存储单元，单片机进而在重启后进入待启单元；

当切换指令指示上锁时，则将上锁动作标志记录至存储单元，单片机重启后先进入智能锁上锁的正常工作单元进行上锁操作，然后将锁住标志记录至存储单元，上锁指令完成；接着单片机再次重启后调用存储单元中的锁住标志进入智能锁锁住的正常工作单元，维持锁住状态；

当切换指令指示开锁时，则将开锁动作标志记录至存储单元，单片机重启后先进入智能锁开锁的正常工作单元进行开锁操作，然后将锁开标志记录至存储单元，开锁指令完成；接着单片机再次重启后调用存储单元中的锁开标志进入智能锁锁开的正常工作单元，维持锁开状态。

进一步的，所述单片机包括：第一主控单片机和第二主控单片机两个主控单片机；

工作中的主控单片机发生故障时，发送故障信号至另一个主控单片机，由其代替故障主控单片机工作。

进一步的，所述正常工作单元由主电机驱动模块和从电机驱动模块两个电机驱动模块来控制执行相应操作；

当工作中的电机驱动模块发生故障时，由控制其工作的主控单片机控制另一个电机驱动模块工作。

进一步的，所述单片机包括：第一主控单片机和第二主控单片机两个主控单片机，两个单片机分时控制，第一主控单片机和第二主控单片机之间通过冗余通信机制进行冗余控制切换。

进一步的，冗余通信机制具体内容如下：

第一主控单片机和第二主控单片机每隔5s进行一次握手，握手信息分为请求与应答，每5s由第二主控单片机发起握手请求：

若第一主控单片机应答，表明目前工作正常，同时第一主控单片机与第二主控单片机工作状态做一次自由切换，即第一主控单片机与第二主控单片机进行一次身份切换；

若第一主控单片机故障未正常应答，则第二主控单片机隔1s继续请求应答，连续3次发起握手请求均未获得应答，则由第二主控单片机接管第一主控单片机的工作，并提示用户***存在故障。

进一步的，若握手请求过程中，第一主控单片机正在正常工作，则反馈给第二主控单片机延时等待信息，在第一主控单片机处理完当前工作后，由第二主控单片机接管第一主控单片机的工作。

进一步的，在测试单元、设置单元、待启单元、存储单元和各正常工作单元的切换中存在单片机内存溢出处理；即：

每次切换时，单片机均进行重启，对切换后工作模式的内存进行重新规划，上一工作模式的内存得以释放。

有益效果：

本发明提供一种智能锁内分层程序及冗余控制架构，通过将***测试、切换、管理等业务流程划分为不同层次的工作模块，各工作模式通过重启进行切换，每次重启后都会对***进行初始化并重新分配内存，这样有效降低了内存溢出或逻辑错误情况的出现。

各个模块相互独立，耦合度降低，某一处变更或出错产生的影响被限制在了非常有限的范围内，不会对***其他部分造成影响，极大地提高了***的稳定性。

此外，本发明提出的双***冗余通信机制，有效解决双***之间的通信及交替等工作问题，使得模块自身故障被控制在有限范围内，不会出现故障扩散的可能性，提高了智能锁双电路***工作的安全性、稳定性。同时，对故障错误的定位也很容易，对维修的方便性也有很大提升。

附图说明

图1为本发明的分层程序架构示意图；

图2为本发明的冗余控制架构示意图。

具体实施方式

本发明的切换是通过单片机重启来保证每个工作模式都独立运行，不同工作模式只有通过单片机自动重启才可以切换跳转到另一工作模块，这样可以保证每个模式下***工作运行的独立性，可以有效的降低内存溢出或逻辑错误情况的出现。

如图1所示，本发明的智能锁内分层程序及冗余控制架构，其包括：切换模块、启用模块、单片机、管理模块；其中：切换模块，用于用户或管理员在需要智能锁在不同工作状态之间切换时产生切换指令；

管理模块，用于进行用户或管理员的管理权限和使用权限的验证操作；

启用模块，用于在用户正式使用智能锁时，根据切换模块产生的切换指令中的启用指令，对智能锁进行启用操作。

单片机包括：测试单元、设置单元、待启单元、存储单元和多个正常工作单元；其中，存储单元用于存储表征工作状态的工作标志，该工作标志包括：各正常工作单元对应的锁操作动作标志、设置单元对应的设置动作标志、待启单元对应的待启动动作标志；各正常工作单元对应的锁操作动作标志包括：开锁对应的开锁动作标志、上锁对应的上锁动作标志、锁住状态对应的锁住标志和锁开状态对应的锁开标志；单片机每次重启后都会根据存储单元存储的工作标志记录进入相应的单元；

单片机的具体工作内容包括：

智能锁内单片机在初次使用时，先进入测试单元进行单片机整体测试，若测试不合格，停止单片机的使用；若测试合格，则调用管理模块进行管理员的管理权限验证，如果输入的管理身份验证不合格，单片机仍处于测试单元；如果输入的管理身份验证合格，则将待启动动作标志记录至存储单元，单片机先自动重启，再根据待启动动作标志进入待启单元；

如果此时不使用智能锁，则智能锁内单片机一直处于待启单元，此时单片机处于低功耗状态；如果要使用智能锁，则启用模块将切换模块产生的启用指令发给待启单元，待启单元根据启用指令启动设置单元设置管理模块的用户的管理权限，并将设置动作标志存储至存储单元，完成智能锁的启用操作，然后智能锁内单片机先自动重启，再根据设置动作标志进入设置单元；

设置单元设置管理模块的用户的使用权限，将锁住标志记录至存储单元，然后单片机先自动重启，后自主调用存储单元中的锁住标志进入智能锁锁住的正常工作单元，以维持锁住状态；

单片机接收切换模块的切换指令时，调用管理模块进行用户的使用权限验证，如果使用权限不合格，单片机仍处于当前正常工作单元；如果使用权限合格，则将切换的新工作标志记录至存储单元，然后单片机先自动重启，并根据存储单元内存储的新工作标志进入对应的设置单元、待启单元或者新的正常工作单元。

进一步的，当切换指令指示需要重新设置管理模块的用户的使用权限时，将设置动作标志记录至存储单元，单片机进而在重启后进入设置单元；

当切换指令指示需要低功耗运行时，将待启动动作标志记录至存储单元，单片机进而在重启后进入待启单元；

当切换指令指示上锁时，则将上锁动作标志记录至存储单元，单片机重启后先进入智能锁上锁的正常工作单元进行上锁操作，然后将锁住标志记录至存储单元，上锁指令完成；接着单片机再次重启后调用存储单元中的锁住标志进入智能锁锁住的正常工作单元，维持锁住状态；

当切换指令指示开锁时，则将开锁动作标志记录至存储单元，单片机重启后先进入智能锁开锁的正常工作单元进行开锁操作，然后将锁开标志记录至存储单元，开锁指令完成；接着单片机再次重启后调用存储单元中的锁开标志进入智能锁锁开的正常工作单元，维持锁开状态。

上述启动模块包括：蓝牙模块和读卡模块。

本发明将整个智能锁内单片机划分为多种工作模块进行切换工作，模式切换是通过单片机重启来实现的，而每个工作模式都是独立运行的。不同工作模式只有在用户需要时，通过一定操作方法使单片机自动重启而切换跳转到另一工作模式，这样可以保证每个模式下***工作运行的独立性，可以有效的降低内存溢出或逻辑错误情况的出现。工作模块的划分降低了开发单片机程序的难度和复杂度。

效果较佳的，单片机上电后，可以首先进行初始化，对单片机自身的串口、寄存器、存储器、RAM区等，同时初始化***的***设备，并关闭不必要的***设备以降低功耗，在需要时再在相应的工作模式流程中启动其工作，同时对***设备进行故障检测。

效果较好的，本发明的智能锁内单片机的分层程序及冗余控制架构中设有冗余控制，如图2所示，体现为：所述单片机包括：第一主控单片机和第二主控单片机两个主控单片机；工作中的主控单片机发生故障时，发送故障信号至另一个主控单片机，由其代替故障主控单片机工作。进一步的，所述正常工作单元由主电机驱动模块和从电机驱动模块两个电机驱动模块来控制执行相应操作；当工作中的电机驱动模块发生故障时，由控制其工作的主控单片机控制另一个电机驱动模块工作。

进一步的，所述单片机包括：第一主控单片机和第二主控单片机两个主控单片机，两个单片机分时控制，第一主控单片机和第二主控单片机之间通过冗余通信机制进行冗余控制切换。

为了确保握手可靠，加入了通信保护机制，有起始位+帧长度+信息码+应答码+校验码+结束位。具体冗余通信机制如下：第一主控单片机和第二主控单片机每隔5s进行一次握手，握手信息分为请求与应答，每5s由第二主控单片机发起握手请求：若第一主控单片机应答，表明目前工作正常，同时第一主控单片机与第二主控单片机工作状态做一次自由切换，即第一主控单片机与第二主控单片机进行一次身份切换；若第一主控单片机故障未正常应答，则第二主控单片机隔1s继续请求应答，连续3次发起握手请求均未获得应答，则由第二主控单片机接管第一主控单片机的工作，并提示用户***存在故障。

若请求过程中，第一主控单片机正在正常工作，则反馈给第二主控单片机延时等待信息，直到第一主控单片机处理完当前工作后，由第二主控单片机接管***工作。

效果较好的，在测试单元、设置单元、待启单元、存储单元和多个正常工作单元的模式切换中存在单片机内存溢出处理；即：

每次模式切换后，单片机均进行重启，以对该模式内存进行重新规划，上一工作模式的内存得以释放。原来不进行***重启各个模式只是在不同的循环体内进行切换，而不会重启并对单片机内存进行优化，长时间使用会导致***内存过度占用甚至内存溢出，而导致***工作不正常。

效果验证：

假设，蓝牙模块正常工作概率为0.9，单片机正常工作概率为0.9，电机驱动模块正常工作概率为0.8，读卡模块正常工作概率为0.8，一般智能锁都是采用单一控制线路控制，即单独一条线蓝牙模块-主控单片机1-主电机驱动模块，则该条线路可正常工作的概率为0.9*0.9*0.8＝0.648；即单独另一条线读卡模块-主控单片机2-从电机驱动模块，则该条线路可正常工作的概率为0.8*0.9*0.8＝0.576；增加了冗余电路后正常工作的概率提升非常大，只有蓝牙模块和读卡模块同时故障或两个主控单片机同时故障或者是两个驱动电机同时故障***才会不能正常工作，而这种正常工作概率可以通过计算得来，即达到了0.9313，可靠性大为提高。

采用分层控制故障率也大为降低，传统编程方法采用串行顺序执行思路，并会导致其后顺序执行的各模块产生的故障传递到下一级，导致故障率大为增加。即某模块在设备生命周期内仅只执行一次，其产生的错误也会一直伴随设备终生，导致安全隐患的长期存在。具体故障率的计算如下：

假设每个模块正常工作的概率为0.9，则多个模块都能正常工作的概率就为积的关系，如果是3个串行工作模块，则正常工作概率0.9*0.9*0.9＝0.729，会导致故障率大为增加。若将模块工作改为分层控制，则正常工作率互不影响，每个模块都是独立的，自身工作完毕退出重启后，不再启动也就不会影响其他模块的正常工作，即出错率都限定在自身范围内，仍然为自身故障率，不会将自身的错误加到其他模块上，因此，实际上是降低了***故障率。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能锁内的控制架构，其包含分层程序控制架构及冗余通信机制，其特征在于，还包括：切换模块、启用模块、单片机、管理模块；

其中：切换模块，用于用户或管理员在需要智能锁在不同工作状态之间切换时产生切换指令；

管理模块，用于进行用户或管理员的管理权限和使用权限的验证操作；

启用模块，用于在用户正式使用智能锁时，根据切换模块产生的切换指令中的启用指令，对智能锁进行启用操作；

单片机包括：测试单元、设置单元、待启单元、存储单元和多个正常工作单元；其中，存储单元用于存储表征工作状态的工作标志，该工作标志包括：各正常工作单元对应的锁操作动作标志、设置单元对应的设置动作标志、待启单元对应的待启动动作标志；各正常工作单元对应的锁操作动作标志包括：开锁对应的开锁动作标志、上锁对应的上锁动作标志、锁住状态对应的锁住标志和锁开状态对应的锁开标志；单片机每次重启后都会根据存储单元存储的工作标志记录进入相应的单元；

单片机的具体工作内容包括：

智能锁内单片机在初次使用时，先进入测试单元进行单片机整体测试，若测试不合格，停止单片机的使用；若测试合格，则调用管理模块进行管理员的管理权限验证，如果输入的管理身份验证不合格，单片机仍处于测试单元；如果输入的管理身份验证合格，则将待启动动作标志记录至存储单元，单片机先自动重启，再根据待启动动作标志进入待启单元；

如果此时不使用智能锁，则智能锁内单片机一直处于待启单元，此时单片机处于低功耗状态；如果要使用智能锁，则启用模块将切换模块产生的启用指令发给待启单元，待启单元根据启用指令启动设置单元设置管理模块的用户的管理权限，并将设置动作标志存储至存储单元，完成智能锁的启用操作，然后智能锁内单片机先自动重启，再根据设置动作标志进入设置单元；

设置单元设置管理模块的用户的使用权限，将锁住标志记录至存储单元，然后单片机先自动重启，后自主调用存储单元中的锁住标志进入智能锁锁住的正常工作单元，以维持锁住状态；

单片机接收切换模块的切换指令时，调用管理模块进行用户的使用权限验证，如果使用权限不合格，单片机仍处于当前正常工作单元；如果使用权限合格，则将切换的新工作标志记录至存储单元，然后单片机先自动重启，并根据存储单元内存储的新工作标志进入对应的设置单元、待启单元或者新的正常工作单元。

2.如权利要求1所述的一种智能锁内的控制架构，其特征在于，

当切换指令指示需要重新设置管理模块的用户的使用权限时，将设置动作标志记录至存储单元，单片机进而在重启后进入设置单元；

当切换指令指示需要低功耗运行时，将待启动动作标志记录至存储单元，单片机进而在重启后进入待启单元；

当切换指令指示上锁时，则将上锁动作标志记录至存储单元，单片机重启后先进入智能锁上锁的正常工作单元进行上锁操作，然后将锁住标志记录至存储单元，上锁指令完成；接着单片机再次重启后调用存储单元中的锁住标志进入智能锁锁住的正常工作单元，维持锁住状态；

当切换指令指示开锁时，则将开锁动作标志记录至存储单元，单片机重启后先进入智能锁开锁的正常工作单元进行开锁操作，然后将锁开标志记录至存储单元，开锁指令完成；接着单片机再次重启后调用存储单元中的锁开标志进入智能锁锁开的正常工作单元，维持锁开状态。

3.如权利要求1所述的一种智能锁内的控制架构，其特征在于，

所述单片机包括：第一主控单片机和第二主控单片机两个主控单片机；

工作中的主控单片机发生故障时，发送故障信号至另一个主控单片机，由其代替故障主控单片机工作。

4.如权利要求2所述的一种智能锁内的控制架构，其特征在于，

所述正常工作单元由主电机驱动模块和从电机驱动模块两个电机驱动模块来控制执行相应操作；

当工作中的电机驱动模块发生故障时，由控制其工作的主控单片机控制另一个电机驱动模块工作。

5.如权利要求1所述的一种智能锁内的控制架构，其特征在于，

所述单片机包括：第一主控单片机和第二主控单片机两个主控单片机，两个单片机分时控制，第一主控单片机和第二主控单片机之间通过冗余通信机制进行冗余控制切换。

6.如权利要求5所述的一种智能锁内的控制架构，其特征在于，冗余通信机制具体内容如下：

第一主控单片机和第二主控单片机每隔5s进行一次握手，握手信息分为请求与应答，每5s由第二主控单片机发起握手请求：

若第一主控单片机应答，表明目前工作正常，同时第一主控单片机与第二主控单片机工作状态做一次自由切换，即第一主控单片机与第二主控单片机进行一次身份切换；

若第一主控单片机故障未正常应答，则第二主控单片机隔1s继续请求应答，连续3次发起握手请求均未获得应答，则由第二主控单片机接管第一主控单片机的工作，并提示用户***存在故障。

7.如权利要求5所述的一种智能锁内的控制架构，其特征在于，若握手请求过程中，第一主控单片机正在正常工作，则反馈给第二主控单片机延时等待信息，在第一主控单片机处理完当前工作后，由第二主控单片机接管第一主控单片机的工作。

8.如权利要求1所述的一种智能锁内的控制架构，其特征在于，在测试单元、设置单元、待启单元、存储单元和各正常工作单元的切换中存在单片机内存溢出处理；即：

每次切换时，单片机均进行重启，对切换后工作模式的内存进行重新规划，上一工作模式的内存得以释放。