CN114233110B - 一种用于智能井盖的锁定装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于智能井盖的锁定装置，其包括执行模块与控制模块；执行模块包括锁具、执行单元与第一无线单元，第一无线单元连有第一射频单元；控制模块包括电连接有控制电源的控制单元与第二无线单元，第二无线单元的线圈连有第二射频单元；控制单元将第二射频单元需发射的发射信号调制进第一无线单元对第二无线单元进行充电的充电信号并生成无线信号后发送至第一无线单元；第一无线单元接收到无线信号后，将接收到的电能供至锁具、执行单元与第一射频单元，第一射频单元从无线信号中解调出发射信号，第一射频单元通过改变第一无线单元的接收功率来返回应答信号；本申请具有在锁具的电源发生损坏或者意外失电时，让锁具能够正常工作的效果。

Description

一种用于智能井盖的锁定装置

技术领域

本申请涉及窨井盖的领域，尤其是涉及一种用于智能井盖的锁定装置。

背景技术

城市建设中需要有一些功能性管道，这些功能性管道每隔一段需要有一个通向地面的出口，由管道到地面的这一段称为窨井，窨井口通常与地面平齐，窨井口设有窨井盖。窨井盖通常用钢筋水泥、金属、强化塑料等材料制成，一般为圆形。

现有的窨井盖在原始水泥井盖的基础上增加了一些额外的功能，例如，增加了有源电子锁具能够防盗，还有一些窨井盖增加了无线传输与定位的功能，方便相关部门对窨井盖的管理工作。

在实际使用有源电子锁具的窨井盖时，工作人员通过控制钥匙对有源电子进行控制，但是当有源电子锁具的外接电源发生损坏或者意外失电时，工作人员就无法让有源电子锁具工作，难以打开窨井盖。

发明内容

为了在有源电子锁具的电源发生损坏或者意外失电时，让有源电子锁具能够正常工作，本申请提供一种用于智能井盖的锁定装置。

本申请提供的一种用于智能井盖的锁定装置采用如下的技术方案：

一种用于智能井盖的锁定装置，包括相配对的执行模块与控制模块；

所述执行模块包括固定连接在井盖上且外接电源的锁具、用于控制锁具以及检测其外接电源工作状态的执行单元与用于接收外界电能的第一无线单元，所述第一无线单元的线圈电连接有第一射频单元；

所述控制模块包括电连接有控制电源的控制单元以及用于与所述第一无线单元进行无线电连接的第二无线单元，所述第二无线单元的线圈电连接有第二射频单元；

所述控制单元将所述第二射频单元需发射的发射信号调制进所述第一无线单元对所述第二无线单元进行充电的充电信号并生成无线信号，所述第二无线单元将所述无线信号发送至所述第一无线单元；

所述第一无线单元接收到所述无线信号后，所述第一无线单元将接收到的电能供至所述锁具、所述执行单元与所述第一射频单元，所述第一射频单元从所述无线信号从解调出所述发射信号，并在所述无线信号发射结束后，所述第一射频单元通过改变所述第一无线单元的接收功率来返回应答信号。

通过采用上述技术方案，当执行模块电连接的外接电源发生损坏或者失电时，工作人员可使用作为钥匙端的控制模块为执行模块进行无线供能，第二无线单元向第一无线单元发送电能，电能供至锁具、执行单元与第一射频单元，若外接电源没电导致控制钥匙无法与执行单元通过原有的通信路线进行通讯，则第二射频单元与第一射频单元能够在输送电能的同时进行数据的通讯，利于保证执行模块能够执行控制模块的指令，同时第一射频单元在执行模块有电时可以在主动向第二射频模块发送数据，也可以在执行模块没电且第一无线单元接收电能时，通过改变接收功率来返回应答信号，在返回数据的同时不影响电能的供应。

作为优选，所述执行单元若检测到所述外接电源电量低后，则控制所述第一无线单元将接收到的电能用于对所述外接电源进行充电；

在设定时间后，所述执行单元若检测到所述外接电源的电量变化量低于预设变化值，则在所述第二无线单元停止无线充电时，所述执行单元控制所述第一射频单元使用所述执行模块中的剩余电能向所述第二射频单元发送预设的状态信息。

通过采用上述技术方案，执行模块接收到的电能可以维持执行模块的工作状态也可以用于对外接电源进行充电，从而让工作人员在使用控制钥匙的同时实现无线充电。如果在设定时间后，外接电源的电量没有变化在，则代表电路故障或者外接电源故障，此时，第一射频单元可在充电时向第二射频单元发送代表故障的状态信息。

作为优选，所述改变所述第一无线单元的接收功率来返回应答信号，包括：

所述第一射频单元电连接有与所述第一无线单元的线圈串联电连接的接入开关，所述接入开关电连接有接入电阻器，所述接入开关受控于所述第一射频单元，所述接入开关常闭且短路所述接入电阻器，当所述第一射频单元需要发送预设的状态信息时则控制所述接入开关动作，所述接入开关将所述接入电阻器串联至所述第一无线单元的线圈所在的受电回路上。

通过采用上述技术方案，第一射频单元通过控制在线圈中接入的接入电阻器数量改变阻抗来改变接收功率，当接入电阻器接入线圈时，不会影响无线传输的信号频率，只是影响无线传输的功率，当执行单元接收到的功率被接入电阻器分担后，执行单元要增加其接收的功率，从而让第二无线单元在可控范围内提高其输出功率。

作为优选，所述接入电阻器并联电连接有储能电容器，当所述第一射频单元发送预设的状态信息时，控制所述接入开关断开。

通过采用上述技术方案，当接入开关闭合后，接入电阻器与储能电容器不起作用。当接入开关断开后，储能电容器不会影响第一无线单元接收电能，但是会影响其接收的功率，而在电能传输停止后，储能电容器会留存有电能，第一射频单元通过控制线圈的通断来控制储能电容器上电能的释放，实现通过线圈发送无线电信号。

作为优选，所述改变所述第一无线单元的接收功率来返回应答信号，包括：

所述第一射频单元电连接有多个相互串联且与所述第一无线单元的线圈串联电连接的滤波电容器，每个所述滤波电容器均并联电连接有受控于所述第一射频单元的短路开关。

通过采用上述技术方案，第一射频单元通过控制在线圈中接入的滤波电容器数量改变容抗来改变对无线信号的接收频率从而改变接收功率，可通过将滤波电容器的电容值设置为不影响射频信号传输的数值来保证射频信号的传输质量。

作为优选，所述滤波电容器并联电连接有耗能电阻器。

通过采用上述技术方案，当无线传输结束后，耗能电阻器能够消耗掉滤波电容器残留的电能，保护元器件，同时还能让滤波电容器上的能量保持更久，利于第一射频单元在一定时间内发送射频信号。

作为优选，所述滤波电容器串联电连接有耗能电阻器，所述耗能电阻器并联电连接有所述短路开关，所述短路开关闭合后短路所述耗能电阻器。

通过采用上述技术方案，短路开关能够通过改变接入耗能电阻器的数量来改变滤波电容器的放电速度，同时也能改变执行模块的接收功率。

作为优选，所述第一无线单元的线圈包括多组串联电连接的子线圈，相邻所述子线圈之间串联电连接有导通开关，所述导通开关的工作状态受控连接于所述第一射频单元。

通过采用上述技术方案，通过改变子线圈的接入数量，可以改变射频信号的传输距离与接收信号的灵敏度，同时还能改变无线充电的距离与接收效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、控制模块通过第二无线单元向第一无线单元发送电能，电能供至锁具、执行单元与第一射频单元，实现对没电的执行模块进行供能；

2、控制模块还能让第二射频单元与第一射频单元能够在输送电能的同时进行数据的通讯，利于保证执行模块能够执行控制模块的指令；

3、第一射频单元在执行模块有电时可以在主动向第二射频模块发送数据，还能通过改变接收功率来返回应答信号。

附图说明

图1是本申请实施例一的原理框图；

图2是本申请实施例一展示接入开关与接入电阻器的原理框图；

图3是本申请实施例二展示滤波电容器与耗能电阻器并联的原理框图；

图4是本申请实施例三展示滤波电容器与耗能电阻器串联的原理框图；

图5是本申请实施例四展示多个子线圈相串联的原理框图。

附图标记：10、执行模块；11、锁具；12、执行单元；13、第一无线单元；14、第一射频单元；141、接入开关；142、接入电阻器；143、储能电容器；144、滤波电容器；145、短路开关；146、耗能电阻器；147、导通开关；20、控制模块；21、控制单元；22、第二无线单元；23、第二射频单元；30、外接电源；40、控制电源。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

实施例一：

本申请实施例一公开一种用于智能井盖的锁定装置。参照图1，一种用于智能井盖的锁定装置包括相配对的执行模块10与控制模块20。

执行模块10可通过螺栓固定连接在窨井盖即智能井盖的下表面，执行模块10内具有气体检测单元，用于检测井内的危险气体浓度。执行模块10内还设有锁具11、执行单元12、第一无线单元13以及第一射频单元14。

锁具11可使用带有由电机及减速箱驱动的插销锁，锁具11可通过螺栓固定或者焊接在智能井盖的下表面，锁具11的插销可与窨井的井盖口处卡接。锁具11电连接有外接电源30，外接单元可采用内置充电电路的可充电的移动电源，外接电源30可为执行模块10内的所有单元供电。

执行单元12可采用由MCU或PLC等控制核心制成的单元，执行单元12内设有用于驱动锁具11的驱动电路，通过驱动电路控制锁具11的工作状态。执行单元12内还有电压采集电路，通过电压采集电路来检测外接电源30的工作状态，对于锂电池制成的移动电源而言，若移动电源的电压小于最小工作电压值，则代表移动电源没电，若在持续充电时或者充电后，移动电源的电压无法上升或者无法达到最小工作电压值，则代表移动电源损坏。

第一无线单元13包括线圈与无线输电电路，可采用现有的无线充电模块。第一无线单元13能够无线受电，也能无线向外输电。第一无线单元13接收到的电能可为执行模块10内的所有单元供电。第一射频单元14与第一无线单元13的线圈连接，与第一无线单元13共用线圈以发送或者接收射频信号。

如图2所示，第一射频单元14与线圈之间串联电连接有接入开关141，接入开关141可采用MOS管制成。接入开关141电连接有接入电阻器142，接入电阻器142并联电连接有储能电容器143。接入开关141受控于第一射频单元14，第一射频单元14内设有CPU或者集成有MCU。第一射频单元14控制接入开关141常闭，接入开关141闭合时会短路接入电阻器142。

回到图1，控制模块20包括电连接有控制电源40的控制单元21、第二无线单元22以及第二射频单元23。控制电源40可采用内置在控制模块20内的可充电的移动电源。控制单元21可采用由MCU或PLC等控制核心制成的单元。第二无线单元22包括线圈与无线充电电路，第二无线单元22用于对第一无线单元13提供无线功率，也可以接受第一无线单元13的功率。第二射频单元23与第二无线单元22的线圈电连接，第二射频单元23与第二无线单元22共用线圈以发送或者接收射频信号。

工作人员使用控制模块20与执行模块10进行配合以控制锁具11时，若外接电源30正常供电，则第一射频单元14与第二射频单元23按照预先设定的数据内容进行通讯，第二无线单元22无需对第一无线单元13进行供电，执行模块10可以正常工作。若外接电源30不能供电，第一射频单元14无法对第二射频单元23发出的数据内容作出回应，则第二无线单元22需对第一无线单元13进行供电，让执行模块10得到功能以正常工作，同时第一射频单元14与第二射频单元23按照预先设定的内容进行通讯。

在外接电源30不能供电时，控制单元21控制第二无线单元22对第一无线单元13发送充电信号以输送功率，第一无线单元13接收到的功率为执行模块10供能，同时，控制单元21将第二射频单元23需发射的发射信号调制进充电信号，发射信号与充电信号调制后生成无线信号，第二无线单元22将无线信号发送至第一无线单元13。第一无线单元13接收到无线信号后，第一无线单元13将接收到的电能供至锁具11、执行单元12与第一射频单元14，其中，电能供给的电路采用现有技术中常用的无线充电方案的电路，可采用现有智能手机中的无线充电方案。执行单元12若检测到外接电源30电量低后，则控制第一无线单元13将接收到的电能用于对外接电源30进行充电。第一射频单元14从无线信号中解调出发射信号，并在无线信号发射结束前或者结束后，第一射频单元14通过改变第一无线单元13的接收功率来返回应答信号。在第一射频单元14通过改变第一无线单元13的接收功率的方案中，在不超过第二无线单元22最大供电功率的情况下，第二无线单元22可测算出自身提供的功率，而第二无线单元22提供的功率又与第一无线单元13的接收功率相关，因此第二无线单元22可间接地测算出第一无线单元13的接收功率，从而通过记录第一无线单元13接收功率的变化来接收来自第一射频单元14的应答信号。

若在设定时间后，执行单元12检测到外接电源30的电量变化量低于预设变化值，则外接电源30产生故障，执行单元12控制第一射频单元14返回代表电池故障的应答信号。例如，在无线充电5分钟后，外接电源30的电压始终为2v，则代表外接电源30故障。若需要在无线信号发射结束后发送应答信号，执行单元12则使用执行模块10中的剩余电能向第二射频单元23发送预设的状态信息，第二射频单元23发送代表预设的状态信息的应答信号。在无线充电结束后，执行模块10中的电路因为存在电容或电感等储能元件，执行模块10不会立即失电，存储的电能在消耗的过程中也能让执行单元12与第一射频单元14持续工作一小段时间，一小段时间可为1秒至3秒，这段时间内，第一射频单元14的功耗很低，完全可以将应答信号发送至第二射频单元23。

参照图1与图2，当接入开关141闭合后，接入电阻器142与储能电容器143不起作用。第一射频单元14通过改变接收功率来发送应答信号的过程如下：当第一射频单元14发送预设的状态信息时，控制接入开关141断开，接入开关141将接入电阻器142串联至第一无线单元13的线圈所在的受电回路上。第一射频单元14通过控制在线圈中接入的接入电阻器142数量改变阻抗来改变接收功率，当接入电阻器142接入线圈时，不会影响无线传输的信号频率，只是影响无线传输的功率，当执行单元12接收到的功率被接入电阻器142分担后，执行单元12要增加其接收的功率，从而让第二无线单元22在可控范围内提高其输出功率。在无线充电时，储能电容器143不会影响第一无线单元13接收电能，但是会影响其接收的功率，储能电容器143会消耗一部分电能，而在无线充电停止后，储能电容器143会留存有电能，第一射频单元14通过控制线圈的通断来控制储能电容器143上电能的释放，实现通过线圈发送无线电信号。

本实施例的实施过程为：工作人员在巡检多个智能井盖时，使用控制模块20对准执行模块10。若执行模块10正常工作时，控制模块20不需要无线充电就能够很快地得到执行模块10的应答信号。若执行模块10电连接的外接电源30发生损坏或者失电时，控制模块20无法在不进行无线充电的情况下得到执行模块10的应答信号，此时，工作人员可使用作为钥匙端的控制模块20为执行模块10进行无线供能。第二无线单元22向第一无线单元13发送电能，执行模块10接收到的电能可以维持执行模块10的工作状态也可以用于对外接电源30进行充电。在无线充电的同时，第一射频单元14可共用无线充电的线圈向第二射频单元23发送代表故障的状态信息，第一射频单元14通过改变接收功率来返回应答信号，在返回数据的同时不影响电能的供应。

实施例二：

一种用于智能井盖的锁定装置，如图3所示，与实施例一的区别在于：第一射频单元14电连接有多个相互串联的滤波电容器144，滤波电容器144串联电连接在第一射频单元14与第一无线单元13的线圈之间。每个滤波电容器144均并联电连接有短路开关145，短路开关145受控于第一射频单元14，短路开关145可采用MOS管。滤波电容器144还并联电连接有耗能电阻器146。

第一射频单元14控制短路开关145闭合后，短路开关145会短路滤波电容器144与耗能电阻器146，使得无线充电的效率最大化。第一射频单元14控制短路开关145断开后，滤波电容器144和耗能电阻器146会串联在线圈中，增加了损耗，增加了无线充电的功率，实现接收功率的变化。第一射频单元14通过控制在线圈中接入的滤波电容器144数量改变容抗来改变对无线信号的接收频率从而改变接收功率，可通过将滤波电容器144的电容值设置为不影响射频信号传输的数值来保证射频信号的传输质量。当无线传输结束后，耗能电阻器146能够消耗掉滤波电容器144残留的电能，保护元器件，同时还能让滤波电容器144上的能量保持更久，利于第一射频单元14在一定时间内发送射频信号。

实施例三：

一种用于智能井盖的锁定装置，如图4所示，与实施例二的区别在于：耗能电阻器146与滤波电容器144串联，耗能电阻器146并联电连接有短路开关145，短路开关145闭合后能短路耗能电阻器146。短路开关145能够通过改变接入耗能电阻器146的数量来改变滤波电容器144的放电速度，同时也能改变执行模块10的接收功率。

实施例四：

一种用于智能井盖的锁定装置，如图5所示，与实施例一的区别在于：第一无线单元13的线圈包括多组子线圈，子线圈之间通过导通开关147依次串联电连接，导通开关147受控连接于第一射频单元14。第一射频单元14控制导通开关147闭合，则相邻子线圈之间串联，若第一射频单元14控制导通开关147断开，则相邻子线圈之间断开，以此改变第一无线单元13的线圈的长度。导通开关147可选用MOS管。在本实施例中，第一射频单元14可通过改变子线圈的接入数量实现改变第一无线单元13的线圈受电的长度，继而改变射频信号的传输距离与接收信号的灵敏度，同时还能改变无线充电的距离与接收效率，而改变的上述参数会影响到第一无线单元13的接收功率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于智能井盖的锁定装置，其特征在于：包括相配对的执行模块（10）与控制模块（20）；

所述执行模块（10）包括固定连接在井盖上且外接电源（30）的锁具（11）、用于控制锁具（11）以及检测其外接电源（30）工作状态的执行单元（12）与用于接收外界电能的第一无线单元（13），所述第一无线单元（13）的线圈电连接有第一射频单元（14）；

所述控制模块（20）包括电连接有控制电源（40）的控制单元（21）以及用于与所述第一无线单元（13）进行无线电连接的第二无线单元（22），所述第二无线单元（22）的线圈电连接有第二射频单元（23）；

所述控制单元（21）将所述第二射频单元（23）需发射的发射信号调制进所述第一无线单元（13）对所述第二无线单元（22）进行充电的充电信号并生成无线信号，所述第二无线单元（22）将所述无线信号发送至所述第一无线单元（13）；

所述第一无线单元（13）接收到所述无线信号后，所述第一无线单元（13）将接收到的电能供至所述锁具（11）、所述执行单元（12）与所述第一射频单元（14），所述第一射频单元（14）从所述无线信号从解调出所述发射信号，并在所述无线信号发射结束后，所述第一射频单元（14）通过改变所述第一无线单元（13）的接收功率来返回应答信号；

所述改变所述第一无线单元（13）的接收功率来返回应答信号，包括：

所述第一射频单元（14）电连接有与所述第一无线单元（13）的线圈串联电连接的接入开关（141），所述接入开关（141）电连接有接入电阻器（142），所述接入开关（141）受控于所述第一射频单元（14），所述接入开关（141）常闭且短路所述接入电阻器（142），当所述第一射频单元（14）需要发送预设的状态信息时则控制所述接入开关（141）动作，所述接入开关（141）将所述接入电阻器（142）串联至所述第一无线单元（13）的线圈所在的受电回路上；

所述接入电阻器（142）并联电连接有储能电容器（143），当所述第一射频单元（14）发送预设的状态信息时，控制所述接入开关（141）断开；

所述执行单元（12）若检测到所述外接电源（30）电量低后，则控制所述第一无线单元（13）将接收到的电能用于对所述外接电源（30）进行充电；

在设定时间后，所述执行单元（12）若检测到所述外接电源（30）的电量变化量低于预设变化值，则在所述第二无线单元（22）停止无线充电时，所述执行单元（12）控制所述第一射频单元（14）使用所述执行模块（10）中的剩余电能向所述第二射频单元（23）发送预设的状态信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于智能井盖的锁定装置，其特征在于：所述改变所述第一无线单元（13）的接收功率来返回应答信号，包括：

所述第一射频单元（14）电连接有多个相互串联且与所述第一无线单元（13）的线圈串联电连接的滤波电容器（144），每个所述滤波电容器（144）均并联电连接有受控于所述第一射频单元（14）的短路开关（145）。

3.根据权利要求2所述的一种用于智能井盖的锁定装置，其特征在于：所述滤波电容器（144）并联电连接有耗能电阻器（146）。

4.根据权利要求2所述的一种用于智能井盖的锁定装置，其特征在于：所述滤波电容器（144）串联电连接有耗能电阻器（146），所述耗能电阻器（146）并联电连接有所述短路开关（145），所述短路开关（145）闭合后短路所述耗能电阻器（146）。

5.根据权利要求1所述的一种用于智能井盖的锁定装置，其特征在于：所述第一无线单元（13）的线圈包括多组串联电连接的子线圈，相邻所述子线圈之间串联电连接有导通开关（147），所述导通开关（147）的工作状态受控连接于所述第一射频单元（14）。

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