CN201180417Y - 具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙 - Google Patents

Abstract

一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，它包括钥匙头11、安装在钥匙头11上的触点5，与触点5电连接的电子线路装置9以及外壳7；其中：电子线路装置9包括可以对电子锁和其它具有通用计算机即插即用接口的设备进行接口工作切换的控制装置以及通用计算机即插即用移动存储器装置。这种新型多功能智能钥匙将钥匙可以将人们日常随身携带的钥匙和通用计算机即插即用移动存储器结合为一体，可以将人们更多的钥匙统一为一把，用一把钥匙打开更多数量和更多种类的电子锁。

Description

具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙

所属技术领域

本实用新型涉及锁具和电子计算机。

背景技术

当代社会，在电子计算机技术迅速发展的今天，通用计算机即插即用接口技术以其运行速度快、信息容量大、可以直接在电脑上即插即用等特点正受到人们广泛的关注和应用。其中，最为广泛使用的就是通用计算机的USB接口技术，以及迅速普及的USB移动存储器(简称U盘)。越来越多的人就像携带钥匙一样地携带U盘移动存储器，U盘移动存储器已经成了很多人离不开的日常用品。

当代社会，在电子计算机技术迅速发展的今天，电子锁以其安全防盗性能好、功能多等特点正受到人们广泛的关注。目前的电子锁可以分为两类：一类是锁中有电源的电子锁，它们主要应用于宾馆和高档办公室的门锁，其中绝大多数都是以接触式IC卡作为钥匙，在这种IC卡钥匙里没有电源，当它***电子锁的钥匙插孔后从锁中获得供电而进行工作；另一类是锁中无电源的电子锁，它们主要应用于家庭、办公室以及门、抽屉、橱柜、箱包等领域，这种电子锁当钥匙***锁孔后由钥匙向锁提供电源而进行工作。

尽管众所周知，任何电子锁都可以将很多同类电子锁的钥匙全部统一为一把，但是，当人们遇到上述锁中有电源的和锁中无电源的两种电子锁都需要使用的时候，目前的电子锁技术无论如何都不可能将这两种电子锁的钥匙统一为一把。而对于目前锁中有电源并且以接触式卡片为钥匙的电子锁来说，对钥匙进行授权(配钥匙或取消钥匙)也并不是一件很方便的事，这需要使用专用的设备或工具才能实现，于是，从安全的角度考虑，使用和保管这些设备和工具经常出现麻烦。此外，对于目前电子锁的所有IC卡钥匙来说，由于其触点安装在卡片的一个面上，因此在使用时必须区分钥匙的正反面以及必须区分触点在卡片的哪一端，经常有插错和打不开的情况出现，这在使用上很不方便。同样，目前的U盘移动存储器也存在着需要区分正反面***方向的缺陷。

由于目前的电子锁存在着上述种种缺陷，从而限制了电子锁在更广阔的范围和领域里进行推广和应用。同时，由于目前所有电子锁的钥匙和钥匙插孔，无论是接口的机械结构方式还是接口电信号的通讯协议方式都与目前应用最广泛使用最普及的通用计算机即插即用接口(USB接口)完全不同，从而限制了电子锁与当代社会广泛使用的电脑以及有关设备在使用上和技术上的直接支持和紧密联系。

其实，就电子锁的开锁原理来说，它的主要过程就在于识别开锁密码或开锁授权信息，然后驱动电动机或电磁铁移动锁舌开关。而电子锁的钥匙仅仅只是一个存储了开锁密码或开锁授权信息的移动存储器。如果，我们将电子锁的钥匙插头及其钥匙插孔按照通用计算机即插即用接口(USB接口)的方式进行设计，并且将钥匙和人们日常随身携带的通用计算机即插即用移动存储器(U盘移动存储器)结合为一体，同时在钥匙的电子线路装置以及所操作的软件中创造性地解决电源切换、触点切换、不同通讯协议程序的切换、正反面触点组的切换等问题，那么，这种具有电源输入和输出控制功能且具有通用计算机即插即用移动存储器(U盘移动存储器)的新型钥匙，不但可以打开锁中有电源的电子锁，也可以打开锁中无电源的电子锁，还可以作为通用计算机即插即用移动存储器(U盘移动存储器)直接在电脑以及具有通用计算机即插即用接口的设备上使用。这样，这种新型钥匙不但可以将人们更多的钥匙统一为一把，用一把钥匙打开更多数量和更多种类的电子锁，还可以一物多用以减少人们随身携带的物品。除此之外，更重要的是，由于这种新型钥匙可以直接和电脑以及具有通用计算机即插即用接口(USB接口)的设备在使用上实现互通，从而就可以省去对钥匙授权的专用设备或工具，使得它能从电脑和相关设备中获得更多的功能和技术上的直接支持和紧密联系。如果在这种新型钥匙上，将开锁密码、开锁授权信息以及身份认证的密码或信息直接通过电脑操作以加密文件的方法存储在人们广为使用的U盘移动存储器中，利用电脑强大的文件处理功能和加密功能以及U盘移动存储器的巨大存储空间，就可以赋予这种新型钥匙更多、更智能、更方便、更安全的使用特性，从而有利于电子锁的推广和普及以及有利于U盘移动存储器的安全使用和功能扩展。

设计和制造本实用新型上述新型智能钥匙所要面临的主要问题是：1、电源输入或输出的自动切换的问题。2、按照不同通讯协议接口的电信号要求，自动切换触点的连接或功能配置问题。3、如何检测和识别不同通讯协议接口的信号，以及如何自动切换操作不同通讯协议的程序问题。4、如何解决钥匙头正反面触点组的自动切换问题。5、钥匙头对应于通用计算机即插即用接口的机械结构问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有电子锁及其钥匙以及通用计算机即插即用移动存储器的不足，而提供一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，它包括钥匙头、安装在钥匙头上的触点，与触点电连接的电子线路装置以及外壳，其中：电子线路装置包括可以对电子锁和其它具有通用计算机即插即用接口的设备进行接口工作切换的控制装置以及通用计算机即插即用移动存储器装置。

控制装置包括可以识别和切换操作不同通讯协议程序的、带有非易失性存储器的微处理器，在微处理器中存储了与电子锁通讯协议关联的锁具操作程序以及与通用计算机即插即用接口通讯协议关联的接口操作程序。

控制装置包括可以对电源进行输入或输出切换的电源切换电路，该电源切换电路包括受微处理器I/O端口控制的电子开关以及电源。

控制装置包括可以对电源进行输入或输出切换的电源切换电路，该电源切换电路包括微处理器的受程序控制的I/O端口以及电源。

控制装置包括按照不同接口的电信号要求对触点的接入功能进行切换的触点切换电路，该触点切换电路包括受微处理器I/O端口控制的电子开关。

控制装置包括按照不同接口的电信号要求对触点的接入功能进行切换的触点切换电路，该触点切换电路包括微处理器的受程序控制的I/O端口。

钥匙头上的触点安装位置与通用计算机即插即用接口插头的触点安装位置相对应。

钥匙头的两面分别安装了与通用计算机即插即用接口插头的触点安装位置相对应的两组触点。

控制装置包括可以切换钥匙头上两组触点中的其中一组触点为工作接入的触点组切换电路，该触点组切换电路包括受微处理器I/O端口控制的电子开关。

控制装置包括可以切换钥匙头上两组触点中的其中一组触点为工作接入的触点组切换电路，该触点组切换电路包括微处理器的受程序控制的I/O端口。

钥匙头的部分外表面裹着一个金属套，所有触点暴露在该金属套的外面。

金属套的一端有U形缺口，所有触点暴露在该U形缺口中。

钥匙头上有通孔或盲孔。

通用计算机即插即用移动存储器的存储空间包括专用加密区和非加密区。

电源为可充电电池。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的智能钥匙既可以作为开锁钥匙使用又可以作为通用计算机即插即用移动存储器(U盘移动存储器)使用，一物多用，减少人们随身携带的物品。

2、用一把本实用新型的智能钥匙，可以将人们更多的钥匙统一为一把；它既可以应用于锁中无电源的电子锁，也可以应用于锁中有电源的电子锁；既可以应用于电子门锁，也可以应用于诸如抽屉、橱柜、箱包等微型电子锁；引领市场主流电子锁的钥匙以及钥匙插孔的结构方式统一为通用计算机即插即用接口(USB接口)的结构方式。

3、密码或有关授权信息在钥匙上的存储方式可以灵活多变；既可以全部存储在微处理器中，也可以全部存储在U盘移动存储器中；或者，还可以将其一部分存储在微处理器中，而另一部分存储在U盘移动存储器中，使密码或有关授权信息的使用以及U盘的加密使用更加安全、更加可靠。

4、可以利用带USB接口插座的电脑直接对本实用新型的智能钥匙进行操作，其中包括配钥匙、取消钥匙、时间授权、读取开锁记录等等，可以省去配钥匙的专用设备或专用工具，使用方便。

5、由于通用电脑强大的文件处理功能，于是可以对所有存入即插即用移动存储器(U盘移动存储器)的密码及数据采用目前流行的动态加密技术进行分区域加密存储，使得存入的密码及数据更安全更可靠。

6、在本实用新型的智能钥匙上可以建立专用加密存储空间，以作为特定社团组织在商业、金融、旅行等服务时进行身份认证的电子凭证和信息载体。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

图1是USB接口的图形标识。

图2是USB接口A型插头的局部剖面示意图，其中：1-触点，2-金属套。

图3是图2中A向示意图，其中：1-触点，2-金属套。

图4是图5中A向示意图，其中：3-触点，4-金属套。

图5是另一种USB接口插头的局部剖面示意图，其中：3-触点，4-金属套。

图6是本实用新型的局部剖面示意图，其中：5-触点，6-金属套，7-外壳，8-CPU(微处理器)，9-电子线路装置，10-电池，11-钥匙头，12-孔，13-U盘存储器或大容量FLASH存储器。

图7是图6的顶视图，其中：6-金属套，7-外壳，11-钥匙头。

图8是电子锁示例的局部剖面示意图，其中：20-锁外壳，21-绝缘体，22-钥匙插孔，23-弹子，24-弹簧，25-转芯装置，26-锁舌，27-塞子，28-滑块，29-锁触点。

图9是图8的左视局部剖面示意图，其中：11-钥匙头，12-孔，20-锁外壳，23-弹子，24-弹簧。

图10是图9中本实用新型智能钥匙开锁旋转后的示意图，其中：11-钥匙头，23-弹子，24-弹簧。

图11是锁中无电源的电子锁电路示意图。

图12是通用电子计算机或锁中有电池的电子锁示例之一关于USB接口部分的电路示意图。

图13是本实用新型实施例一的电路示意图。

图14是图13中微处理器的程序框图。

图15是本实用新型实施例二的电路示意图。

图16是图15中微处理器的程序框图。

图17是锁中有电池的电子锁示例之二的电路示意图。

图18是本实用新型实施例三的电路示意图。

图19是图18中微处理器的程序框图。

图20是本实用新型实施例四的电路示意图。

图21是图20中微处理器的程序框图。

图22是本实用新型实施例五的电路示意图。

图23是图22中微处理器的程序框图。

图24是本实用新型智能钥匙中U盘移动存储器的存储空间划分实施例之一示意图。

图25是本实用新型智能钥匙中U盘移动存储器的存储空间划分实施例之二示意图。

具体实施方式

在本实用新型实施例中，通用计算机即插即用接口就是目前广泛使用的USB接口；通用计算机即插即用移动存储器装置就是目前广泛普及的USB移动存储器(简称U盘)。关于USB接口的定义，有关国际行业组织早已有明确的规定并且早已经公布，该定义主要包括：接口的机械结构形式、接口中每个触点的电信号连接方式或功能配置、接口电信号传输的通讯协议方式等。图1是国际标准USB接口的图形标识。图2是USB接口A型插头的局部剖面示意图，图中：触点1共有4个，并且并列安装。图3是图2的A向视图。从图2和图3中可以看出，USB接口插头的触点1只有一组，它们全部被隐藏在金属套的内部并且偏于一侧。图5是另一种小型的USB接口插头，其触点3也是一组，它们全部都被隐藏在金属套4的内部并且偏于一侧。图4是图5的A向视图。

本实用新型实施例所述的智能钥匙，其头部实际上就是一个具有单面或双面触点的USB接口插头，它的结构形式如图6和图7所示。图中，左端为钥匙头11(有A面和B面之分)，它由金属套6、触点5和绝缘材料等构成；金属套6裹在钥匙头11的根部外表面，在金属套6的内部是连接触点5和电子线路装置9的导线以及绝缘材料；该金属套6无论从A面或B面方向的垂直投影，都具有相同的U形缺口，设计这样的金属套6可以大大加强钥匙头11的机械强度，特别是增强其扭力强度(当然，对于仅有单面触点的钥匙头来说，金属套可以仅在一个面上有U型缺口，这样会强度更高)；在金属套6的U形缺口中，安装了暴露在U形缺口中的触点组；在每个触点5的周围都有绝缘材料填充，在A面和B面都安装触点的情况下A面触点组和B面触点组之间也都有绝缘材料填充；触点5和绝缘材料的外表面与金属套6的外表面基本处在同一个平面上；钥匙头11上触点5的安装位置分别与国际标准USB接口插头的触点安装位置一一对应，也就是说，它的机械尺寸以及触点接触面上的触点5的安装位置都与国际标准USB接口插座相配套。图6和图7的右端是本实用新型的外壳7，在外壳7的内部有电子线路装置9，电子线路装置9通过导线与触点5一一相连；在电子线路装置9中包括：电源10、含有微处理器8(CPU)的控制装置、U盘移动存储器装置13等；当U盘移动存储器装置由微处理器8(CPU)和大容量FLASH存储器构成时，13为大容量FLASH存储器。

为适应一些电子锁(如图8、图9、图10所示)在用钥匙旋转开锁时不允许将钥匙随意拔出的需要，本实用新型在钥匙头11上设有孔12(图6所示)，该孔12可以是通孔，也可以是盲孔(俗称为“凹坑”)。在图8、图9、图10所示的电子锁中，锁舌26伸出于锁外壳20的上面；在锁外壳20的下面有一个在其中安装了滑块28、弹簧24和塞子27的孔，塞子27紧紧塞在锁外壳20上，使弹簧24的下端不好移动，弹簧24的上端顶住滑块28使其具有向上移动的力；在锁外壳20的空腔内安装有转芯装置25，转芯装置25内具有钥匙插孔22、锁触点29和绝缘体21；转芯装置25可以在锁外壳20的空腔内跟随***的钥匙头11一起转动，转芯装置25的下部孔中安装有可以滑动的弹子23。当转芯装置25位于图9所示的正位位置时，转芯装置25的下部孔与外壳20下面孔的中心线为同一直线；此时当钥匙头11***如图8或图9所示的钥匙插孔22时，钥匙头11的头部通过斜面的力作用推动弹子23并压迫滑块28和弹簧24向下移动；当钥匙头11完全***后，弹子23的头部落于钥匙头11的孔12中，并且弹子23与滑块28的相交面正处于转芯装置25与外壳20内腔的弧形相交面上；此时如果旋转钥匙可以带动弹子23跟随转芯装置25一起转动，但此时如果要拔出钥匙头11，由于转芯装置25的下部孔与外壳20下面孔的中心线已不在同一直线上，使得弹子23无法脱离钥匙头11的孔12而进行滑动，于是使钥匙头11无法在非正位位置拔出(如图10所示)，从而保证了钥匙在旋转开锁时与锁的电接触。由于孔12和弹子23的作用，钥匙头11只有在转芯装置25位于如图9所示的正位位置才能***或拔出。

与本实用新型实施例相配套的电子锁，其钥匙插孔里的触点安装位置与通用USB接口插座里的触点安装位置一一对应，也就是说，电子锁的钥匙插孔从机械结构上来说，它实际上就是一个USB接口插座(如图8所示，其中22为插孔，29为触点)。图11是已公知的锁中无电源电子锁的电路示意图，图中，钥匙插孔C为接地端，VC为电源供电端，S为信号通讯端，G为公共接地端；M为电动机，V为电子开关，R为限流电阻；其电信号通讯协议是这种锁的专用通讯协议，这种电子锁依赖钥匙提供电源而进行工作。图12是锁中有电源电子锁示例之一关于USB接口和电源部分的电路示意图，图中右端是作为钥匙插孔的USB接口插座，其电信号通讯协议为USB标准接口通讯协议，这种电子锁的电源通过接口电路向USB接口插座的VCC端供电，以保证钥匙***后从锁中获得电源而进行工作。图12同时还是公知的通用电子计算机以及具有通用电子计算机USB接口设备的关于USB接口和电源部分的电路示意图，图中电源始终通过接口电路向USB接口插座的VCC端供电，以保证USB接口插头***后获得电源而进行工作。当然，对于图12所示的锁中有电源的电子锁来说，如果必要，它的钥匙插孔方式和触点位置在保留USB接口机械结构的前提下，其触点的连接或功能配置可以进行特殊的定义，其电信号通讯协议方式也可以设计为该电子锁专用的通讯协议方式。

本实用新型实施例根据上述钥匙的结构方式、配套锁具的工作原理、通用电子计算机和有关设备关于USB接口的工作原理，其电子线路装置及其相配套的软件程序可以设计为以下几种方式：

实施例一：

这是本实用新型最简单的实施例。在本实施例中钥匙头11上的触点5只在其一个面上存在，因此无需考虑钥匙头11上触点5的正反面切换问题。钥匙头11***电子锁中或***其它具有USB接口的设备中时须按正确方向***。本实施例的电路示意图如图13所示，图中：控制装置作为对不同接口进行工作切换(包括电源切换、触点切换和程序切换)的核心，它由两个部分组成；其中第一部分是主控制器，它由带有非易失性存储器的微处理器8(CPU)、多路双向电子开关、晶体管V1以及电池E等构成，在微处理器8(CPU)的非易失性存储器中存储有电子锁的开锁密码或开锁授权信息以及与电子锁通讯协议关联的锁具操作程序；其第二部分是U盘控制器，它其实就是公知的隐藏在U盘移动存储器中的与大容量FLASH存储器结合为一体的U盘微处理器，在该U盘微处理器中存储了与通用计算机即插即用接口通讯协议关联的接口操作程序；在本实施例中，即插即用移动存储器装置直接搬用人们日常携带的U盘移动存储器，它的电源线VCC、数据线D-和D+均与多路双向电子开关相连。在图13中，CPU的I/O端口C3、作为电子开关的晶体管V1、限流电阻R2、二极管D1以及电池E构成输出电源开关电路，当CPU的C3为低时，电源E通过二极管D1、晶体管V1以及多路双向电子开关的端子A1和COM1向外输出电源；多路双向电子开关的端子COM0、B0和S构成输入电源开关电路，当S为高时，COM0与B0连通，以向U盘移动存储器提供电源；输出电源开关电路与输入电源开关电路一起构成本实施例的电源切换电路。多路双向电子开关与CPU的C2端构成触点切换电路，多路双向电子开关的控制端S与CPU的C2端相连，当S端为高电平时，端子COM0、COM1、COM2分别与端子B0、B1、B2连通，当S为低电平时，端子COM0、COM1、COM2分别与端子A0、A1、A2连通。

图14是图13中CPU的程序框图，将该程序框图和图13结合在一起分析，本实施例的工作原理如下：

在图13中，唤醒或复位电路的作用是用输出的低电平唤醒CPU，该唤醒或复位电路的输入端是F，平时F端的电压值就是电池E(3V)经过二极管D1后的电压值(小于和接近3V)；当F端的电压超过3.5V(当钥匙***USB接口)或者低于1V(当钥匙***锁中无电源的电子锁)时，唤醒或复位电路的R端都将输出低电平以唤醒或复位CPU。钥匙的CPU不管在那种情况下被唤醒或复位后(图14)，首先采样C1端口的电压值并把它送到寄存器U1，然后识别该电压值是否大于3.5V。由于本实施例钥匙的电源电压E设计为3V，而通用计算机USB接口的输出电源电压规定为5V，所以当钥匙的CPU判断其寄存器U1中的采样电压值大于3.5V时，就可以认为它已被***到USB接口中。而当钥匙的CPU判断其寄存器U1中的采样电压值不大于3.5V时，它接着须判断其C1端是否为低电平。如果C1端的电平不为低且经过前面的判断不大于3.5V的话，说明本次唤醒是干扰误唤醒，本钥匙既没有***USB接口中也没有***锁中，于是钥匙的CPU进入到原先的睡眠省电状态。如果钥匙的CPU在唤醒后判断其C1端的电平为低的话，则说明钥匙正插在锁中无电源的电子锁中。

如果钥匙(图13)***到锁中无电源的电子锁(图11)中，钥匙头上的触点VCC、D-、D+和GND就分别与钥匙插孔中的触点C、VC、S和G连通，由于触点C在锁中接地，使得经隔离电阻R1连接的唤醒或复位电路的F端由高电平变为低电平，从而使钥匙的CPU被唤醒或复位，同时端口C1为低电平。钥匙的CPU判断其端口C1为低电平以后，令其C2端为输出低，于是多路双向电子开关的端子COM0、COM1、COM2分别与端子A0、A1、A2连通；接着钥匙的CPU令其C3端为低，开通晶体管V1，使电源E经D1、V1、A1、COM1、以及触点D-向电子锁供电；然后钥匙的CPU将其C4端配置为电子锁所需要的单线串行通讯接口，启动定时器，调动与电子锁通讯协议关联的锁具操作程序，等待接收来自电子锁的信号。此时，当电子锁(图11)获得钥匙提供的电源后，即向钥匙发出询问开锁密码的命令；钥匙在其CPU的C4端得到电子锁发出的信号后，即对该信号进行解读。如果该信号不是约定的电子锁(图11)通讯协议格式的信号，或者它即使是电子锁(图11)通讯协议格式的信号但不是电子锁询问密码的命令，则钥匙CPU的程序(图14)将在定时器的时间计满1秒钟后，令CPU的C3端输出高使晶体管V1关闭以停止向外供电，同时令CPU的C4端悬浮为高阻状态(关闭电子锁通讯接口)，进而使CPU进入省电的睡眠状态以等待下一次再次被唤醒或复位。如果该信号是电子锁通讯协议格式的信号同时还是电子锁询问密码的命令，那么，钥匙的CPU将以约定的加密方式回答开锁密码并重新启动定时器；此时电子锁在得到钥匙回答的开锁密码且验证正确后迅速完成开锁并关闭信号流，于是钥匙在等待1秒钟后，令CPU的C3端输出高，使晶体管V1关闭以停止向外供电，同时令CPU的C4端悬浮为高阻状态(关闭电子锁通讯接口)，进而使CPU进入省电的睡眠状态以等待下一次再次被唤醒或复位。

如果钥匙(图13)***到锁中有电源的电子锁(图12)或者***到诸如电脑等具有通用计算机USB接口的设备(图12)中，钥匙头上的触点VCC、D-、D+和GND就分别与钥匙插孔中的触点VCC、D-、D+和GND连通，由于钥匙插孔中的触点VCC具有电源输出能力且为5V高电平，于是该高电平就使得经隔离电阻R1连接的唤醒或复位电路的F端由3V电平跃变为5V，从而使钥匙的CPU被唤醒或复位，同时端口C1为5V高电平。钥匙的CPU判断其端口C1为3.5V以上的高电平以后(图14)，令其C2端为输出高，于是多路双向电子开关的端子COM0、COM1、COM2分别与端子B0、B1、B2连通，从而实现了触点D-和D+与U盘移动存储器通讯连接线的切换接入以及输入电源(触点VCC)与U盘移动存储器电源线的切换接入。由于本实施例的U盘移动存储器实际上是将存储了USB通讯协议接口操作程序的微处理器与大容量FLASH存储器结合为一体的、可以在诸如电脑等具有通用计算机USB接口的设备上独立操作的电子装置，所以，当主控制器CPU在完成上述触点切换和电源切换的同时也完成了不同通讯协议接口操作程序的执行载体的切换以及所执行的程序的切换；在这样情况下，包括锁中有电源电子锁和通用电脑在内的所有具有通用计算机USB接口的设备就可以对本实施例钥匙的U盘移动存储器进行文件或数据的读写操作，这些操作包括：在U盘移动存储器中设置专用加密区和非加密区、在专用加密区读写电子锁开锁密码或授权信息(或者在非加密区以加密文件的方式读写电子锁开锁密码或授权信息)、在专用加密区读写特定社团组织需要的身份认证信息或授权信息(或者在非加密区以加密文件的方式读写特定社团组织需要的身份认证信息或授权信息)等等。于是，电子锁在读出U盘移动存储器中的开锁密码或开锁授权信息后就可以完成开锁，而特定社团组织的具有通用计算机USB接口的设备在读出U盘移动存储器中的密码或身份认证信息以及相关数据后就可以实现商业、金融或旅行服务等操作。作为实施例的U盘移动存储器的存储空间示意图如图24和图25所示，其中图24是如图12所示的电子锁尚未对本实用新型的钥匙进行开锁授权时的存储空间示意图。在电子锁(图12)或其它具有通用计算机USB接口的设备对本实施例的钥匙进行上述包括授权、开锁、身份识别、数据读写等操作以及在等待这些操作的过程中，钥匙的CPU将不断把C1端的采样电压值送到寄存器U1进行更新，同时不断监视该电压值是否大于3.5V，一旦判断该电压值不大于3.5V则认为钥匙已经被拔出USB接口插孔，于是，钥匙的CPU令其C2端输出低使多路双向电子开关的S端为低，从而将触点D-和D+、电源VCC以及操作程序的执行载体切换到等待图11所示电子锁(图11)操作的默认状态，进而使CPU进入到省电的睡眠状态以等待下一次再次被唤醒或复位。

在本实施例中，如果选用I/O端口功率输出能力较大的微处理器，则可以将图13中的由晶体管V1和限流电阻R2构成的电子开关省去；当这两个器件被移去以后，CPU的C3端与多路双向电子开关的A1端直接连接，同时在CPU的程序中当需要对外供电时将CPU的C3端由悬浮状态置为高电平即可，这样输出电源的切换工作就由微处理器的受程序控制的C3端口完成。

实施例二：

在上述实施例一(图13和图14)的基础上，将多路双向电子开关的触点切换功能和电源切换功能改由钥匙CPU的受程序控制的I/O端口来实现，同时根据U盘移动存储器的构成原理和工作原理将其U盘微处理器的全部功能改由钥匙CPU来兼顾实现，于是本实用新型可以有如图15和图16所示的实施例。在本实施例中，钥匙头11上的触点5只在其一个面上存在，因此无需考虑钥匙头11上触点5的正反面切换问题。控制装置作为对不同接口进行工作切换(包括电源切换、触点切换和程序切换)的核心，它由带有非易失性存储器的微处理器(CPU)、晶体管V1、V2和电阻R2、R3、二极管D1以及电池E构成。在图15中，CPU的I/O端口E2、作为电子开关的晶体管V1、限流电阻R2、二极管D1以及电池E构成输出电源开关电路，当CPU的E2为低时，电源E通过二极管D1、晶体管V1以及触点D-向外输出电源；触点VCC、二极管D2、晶体管V2、电阻R3以及CPU的端口E5构成输入电源开关电路，当触点VCC上的电压高于二极管D2右端的电压时，***电源自动切换为外供电方式，此时CPU的端口E5输出低电平将晶体管V2开通以向大容量FLASH存储器供电；输出电源开关电路与输入电源开关电路一起构成本实施例的电源切换电路。CPU的端口E3、E4构成触点切换电路，它们受CPU的程序控制以实现为适应不同通讯协议接口需要的触点切换。在微处理器(CPU)的非易失性存储器中，存储有电子锁的开锁密码或开锁授权信息，同时还分别存储了与电子锁的通讯协议相关联的锁具操作程序以及与USB接口通讯协议相关联的接口操作程序。钥匙CPU在执行各种识别、切换和控制功能的同时，它与大容量FLASH存储器构成了U盘移动存储器装置，并且在CPU的内部，其E3和E4端与其内部电源VCC之间分别接有当作为USB接口使用所需要的由程序控制的上拉电阻。在该大容量FLASH存储器中可以存储电子锁的开锁密码或开锁授权信息、特定社团组织在进行商业、金融或旅行等服务时所需要的密码、数据以及身份认证信息等、以及钥匙使用者个人的有关文件和数据。其存储空间示意图如图24和图25所示，其中图24是如图12所示的电子锁尚未对本实用新型的钥匙进行开锁授权时的存储空间示意图。

图16是图15中CPU的程序框图，将该程序框图和图15结合在一起分析，本实施例的工作原理如下：

在图15中，唤醒或复位电路的作用和工作原理与上述实施例一(图13)中相同。钥匙的CPU在被低电位或者高电位唤醒或复位后(图14)，首先采样E1端口的电压值并把它送到寄存器U1，然后识别该电压值是否大于3.5V。由于本实施例钥匙的电源电压E设计为3V，而通用计算机USB接口的输出电源电压规定为5V，所以当钥匙的CPU判断其寄存器U1中的电压值大于3.5V时，就可以认为它已被***到USB接口中。而当钥匙的CPU判断其寄存器U1中的电压值不大于3.5V时，它接着须判断其端口E1是否为低电平。如果E1端的电平不为低且经过前面的判断不大于3.5V的话，说明本次唤醒是干扰误唤醒，本钥匙既没有***USB接口中也没有***锁中，于是钥匙的CPU进入到原先的睡眠省电状态。如果钥匙的CPU在唤醒后判断其端口E1的电平为低的话，则说明钥匙正插在锁中无电源的电子锁中。

如果本实施例钥匙(图15)***到锁中无电源的电子锁(图11)中，钥匙头上的触点VCC、D-、D+和GND就分别与钥匙插孔中的触点C、VC、S和G连通，由于触点C在锁中接地，使得经隔离电阻R1连接的唤醒或复位电路的F端由高电平变为低电平，从而使钥匙的CPU被唤醒或复位，同时端口E1为低电平。钥匙的CPU判断其端口E1为低电平以后，令其E3悬浮为高阻状态同时令E2端为输出低，于是晶体管V1被开通，使电源E经D1、V1和触点D-向电子锁供电；然后钥匙的CPU将其E4端配置为电子锁所需要的单线串行通讯接口，启动定时器，调动与电子锁通讯协议关联的锁具操作程序，等待接收来自电子锁的信号。此时，当电子锁(图11)获得钥匙提供的电源后，即向钥匙发出询问开锁密码的命令；钥匙在其CPU的E4端得到电子锁发出的信号后，即对该信号进行解读。如果该信号不是约定的电子锁(图11)通讯协议接口格式的信号，或者它即使是电子锁(图11)通讯协议接口格式的信号但不是电子锁询问密码的命令，则钥匙CPU的程序(图16)将在定时器的时间计满1秒钟后，令CPU的E2端输出高，使晶体管V1关闭以停止向外供电，同时令CPU的E4端悬浮为高阻状态(关闭电子锁通讯接口)，进而使CPU进入到省电的睡眠状态以等待下一次再次被唤醒或复位。如果该信号是电子锁接口格式的信号同时还是电子锁询问密码的命令，那么，钥匙的CPU将以约定的加密方式回答开锁密码并重新启动定时器；此时电子锁在得到钥匙回答的开锁密码且验证正确后迅速完成开锁并关闭信号流，于是钥匙在等待1秒钟后，令CPU的E2端输出高使晶体管V1关闭以停止向外供电，同时令CPU的E4端悬浮为高阻状态(关闭电子锁通讯接口)，进而使CPU进入到省电的睡眠状态以等待下一次再次被唤醒或复位。

如果钥匙(图15)***到锁中有电源的电子锁(图12)或者***到诸如电脑等具有通用计算机USB接口的设备(图12)中，钥匙头上的触点VCC、D-、D+和GND就分别与钥匙插孔中的触点VCC、D-、D+和GND连通，由于钥匙插孔中的触点VCC具有电源输出能力且为5V高电平，于是该高电平就使得经隔离电阻R1连接的唤醒或复位电路的F端由3V电平跃变为5V，从而使钥匙的CPU被唤醒或复位，同时端口E1为5V高电平。钥匙的CPU判断其端口E1为3.5V以上的高电平以后(图16)，将其端口E3和E4切换并配置为USB通讯接口，并令E5端输出低以开通晶体管V2向大容量FLASH存储器供电，同时调动与USB通讯协议关联的接口操作程序，等待接收来自USB通讯接口的信号。钥匙的CPU在接收到USB通讯接口的信号以后，首先解读和判断该信号是否是USB接口格式的信号，如果该信号是USB接口格式的信号，接着钥匙的CPU还须判断该信号是否是U盘操作命令；如果该信号不是U盘操作命令，CPU将继续等待USB通讯接口的新信号；如果该信号是U盘操作命令，CPU将与大容量FLASH存储器构成了U盘移动存储器装置并且切换到执行U盘操作命令的程序中。在这样情况下，包括锁中有电源电子锁和通用电脑在内的所有具有通用计算机USB接口的设备就可以对本实施例钥匙的U盘移动存储器装置进行文件或数据的读写操作，这些操作包括：在U盘移动存储器装置中设置专用加密区和非加密区、在专用加密区读写电子锁开锁密码或授权信息(或者在非加密区以加密文件的方式读写电子锁开锁密码或授权信息)、在专用加密区读写特定社团组织需要的身份认证信息或授权信息(或者在非加密区以加密文件的方式读写特定社团组织需要的身份认证信息或授权信息)等等。于是，电子锁在读出U盘移动存储器装置中的开锁密码或开锁授权信息后就可以完成开锁，而特定社团组织的具有通用计算机USB接口的设备在读出U盘移动存储器装置中的密码或身份认证信息以及相关数据后就可以实现商业、金融或旅行服务等操作。由于现代电脑技术和U盘移动存储器技术可以在U盘的存储空间里分区域建立多个不同的文件加密空间，所以本实用新型的智能钥匙可以向多个特定社团组织提供专属于他们使用的专用加密存储空间，这些专用加密空间内存储有各特定社团组织的专用密码或授权信息，以作为特定社团组织在商业、金融、旅行等服务时进行身份认证的电子凭证和信息载体；例如，作为电脑或某些设备的开机钥匙、***、消费卡、地铁公交卡、电子身份证等等，其前提是这些不同类型的用户设备必须具有可供***的USB接口插座。作为实施例的U盘移动存储器的存储空间示意图如图24和图25所示，其中用户文件存储区由钥匙持有者个人使用，图24是如图12所示的电子锁尚未对本实用新型的钥匙进行开锁授权时的存储空间示意图。图16中，当电钥匙的CPU完成上述操作并且接收不到USB接口格式的信号时，钥匙的CPU将不断把E1端的采样电压值送到寄存器U1进行更新，同时不断监视该电压值是否大于3.5V，一旦判断该电压值不大于3.5V则认为钥匙已经被拔出USB接口插座，于是，钥匙的CPU令其E3和E4悬浮为高阻状态以关闭通讯接口，同时令E5输出高以停止向大容量FLASH存储器供电，进而使CPU进入到省电的睡眠状态以等待下一次再次被唤醒或复位。

在本实施例中，如果选用I/O端口功率输出能力较大的微处理器，则可以将图15中的由晶体管V1和限流电阻R2构成的电子开关省去；当这两个器件被移去以后，CPU的E2端与触点D-直接连接，同时在CPU的程序中当需要对外供电时将CPU的E2端由悬浮状态置为高电平即可，这样输出电源的切换工作就由微处理器的受程序控制的E2端口完成。

在本实施例中，密码或有关授权信息在钥匙上的存储方式可以灵活多变；既可以全部存储在微处理器中，也可以全部存储在U盘移动存储器中；或者，还可以将其一部分存储在微处理器中，而另一部分存储在U盘移动存储器中，使密码或有关授权信息的使用以及U盘的加密使用更加安全、更加可靠。

在本实施例中，如果接入电阻R4(图15)，则电池E可以选用可充电电池，当钥匙***到诸如电脑等具有通用计算机USB接口的设备中时，USB接口中的电源将对电池充电，电阻R4是充电限流电阻。

实施例三：

在上述实施例二的基础上，如果本实用新型的钥匙不需要面对锁中无电源电子锁的使用，那么它的电子线路装置和微处理器的程序框图可以简化为分别如图18和图19所示。图17是与本实施例相配套的锁中有电源电子锁示例之二的电路示意图，这种电子锁的钥匙插孔方式和触点安装位置采用了USB接口的机械结构方式，其触点接入功能的定义是其专用的；其中，触点接入功能的定义之一是：D+为单线串行通讯接口，D-为检测口，VCC和GND按照原USB接口的定义不变(分别为电源和公共接地端)；同时这种电子锁有其专用的接口通讯协议。在本实施例中，对电子锁和其它具有通用计算机即插即用接口的设备进行接口工作切换的控制装置是带有非易失性存储器的微处理器(CPU)，该微处理器(CPU)在承担触点的配置和切换任务的同时还承担了识别和切换操作不同通讯协议程序的任务，并且该微处理器(CPU)还和大容量FLASH存储器构成了通用计算机即插即用移动存储器装置。在该CPU中分别存储了与这种电子锁的专用通讯协议相关联的锁具操作程序以及与USB接口通讯协议相关联的接口操作程序，在CPU的内部，其E3和E4端与其内部电源VCC之间分别接有当作为USB接口使用所需要的由程序控制的上拉电阻。图19是本实施例图18的程序框图，当本实施例***到电子锁(图17)或被***到具有USB接口的设备时，本实施例钥匙被上电唤醒，于是CPU首先检测其E1端的电平是否为高电平。如果此时E1端不是高电平，则认为本钥匙被***到具有USB接口的设备中(因为USB接口的触点D-与地线GND之间在内部接入了一个下拉电阻)；如果此时E1端是高电平，则认为本钥匙被***如图17所示的电子锁中(因为图17电子锁的触点D-与电源之间在内部接入了一个上拉电阻R)。在图19中，当CPU判断E1端的电平以后，其后的程序分支和工作过程与上述实施例二中的程序分支和工作过程相似，在此不再赘述。

实施例四：

在本实施例中，钥匙头11是一个具有双面触点的USB接口插头，钥匙头11上A、B两面的触点5的安装位置分别与国际标准USB接口插头的触点安装位置一一对应，也就是说，它的机械尺寸以及触点接触面上的触点5的安装位置都与国际标准USB接口插座相配套，当钥匙头11***到电子锁钥匙插孔或USB接口插座时无需考虑其A面或B面的方向问题。与本实施例相配套的电子锁是图11和图12。本实施例是在上述实施例二(图15和图16)的基础上，将钥匙头11的触点组、输出电源开关电路、输入电源开关电路、CPU的电压采样端口、CPU与信号线D-和D+的连接端口以及唤醒或复位电路的输入端口F等同样复制和增加了一套，并且将原输入电源开关电路中的二极管D2改由晶体管和CPU控制，这样，由上述实施例二演变得来的本实施例电路示意图如图20所示，图中CPU的程序框图如图21所示。

在图20中，唤醒或复位电路有两个输入端口F1和F2，它们的功能和作用与图15中的F端是一样的，其中F1是B面唤醒口，F2是A面唤醒口；在CPU中，K1端是B面电压采样口，K2端是A面电压采样口；钥匙头11上A面触点组的D-/A和D+/A分别与CPU的K6和K7端相连，钥匙头11上B面触点组的D-/B和D+/B分别与CPU的K9和K10端相连，当K6和K7端通讯时K9和K10端为悬浮状态，而当K9和K10端通讯时K6和K7端为悬浮状态，CPU通过程序来切换K6、K7、K9、K10端的连接状态以达到切换触点和触点组接入的目的，受程序控制的CPU的K6、K7、K9、K10端构成本实施例的触点或触点组切换电路。在本实施例中，晶体管V3、电阻R5和CPU的K5端构成A面输出电源开关电路，晶体管V4、电阻R6和CPU的K8端构成B面输出电源开关电路，晶体管V2、电阻R3和CPU的K3端构成A面输入电源开关电路，晶体管V1、电阻R4和CPU的K4端构成B面输入电源开关电路；这些输出或输入电源开关电路构成了本实施例的电源切换电路。图20中，R7为充电限流电阻。

在本实施例中，微处理器(CPU)与上述电源切换电路、触点或触点组切换电路等构成本实施例的控制装置，在微处理器(CPU)的非易失性存储器中，存储了电子锁的开锁密码或开锁授权信息，同时还分别存储了与电子锁的通讯协议相关联的锁具操作程序以及与USB接口通讯协议相关联的接口操作程序。钥匙CPU在执行各种识别、切换和控制功能的同时，它与大容量FLASH存储器构成了U盘移动存储器装置，并且在CPU的内部，其E3和E4端与其内部电源VCC之间分别接有当作为USB接口使用所需要的由程序控制的上拉电阻。在该大容量FLASH存储器中可以存储电子锁的开锁密码或开锁授权信息、特定社团组织在进行商业、金融或旅行等服务时所需要的密码、数据以及身份认证信息等、以及钥匙使用者个人的有关文件和数据。其存储空间示意图如图24和图25所示，其中图24是如图12所示的电子锁尚未对本实用新型的钥匙进行开锁授权时的存储空间示意图。

图21是图20中CPU的程序框图，该程序框图是在上述实施例二程序框图(图16)的基础上，对A面和B面触点组分别进行采样和判断，以识别钥匙头的哪一面触点5与插座中的触点相接触，并保证只有与插座中的触点相接触的那一面触点组的相关电路***工作，其程序分支和工作过程与上述实施例二相似，在此不再赘述。

实施例五：

在本实施例中，钥匙头11是一个具有双面触点的USB接口插头，钥匙头11上A、B两面的触点5的安装位置分别与国际标准USB接口插头的触点安装位置一一对应，也就是说，它的机械尺寸以及触点接触面上的触点5的安装位置都与国际标准USB接口插座相配套，当钥匙头11***到电子锁钥匙插孔或USB接口插座时无需考虑其A面或B面的方向问题。与本实施例相配套的电子锁是图11和图12。本实施例是在上述实施例四的基础上，将原来由CPU的K6、K7、K9、K10端构成的触点或触点组切换电路用一个受CPU的J5端口控制的多路双向电子开关来代替，并且将原来A面和B面的两套输出电源开关电路合并成一套由晶体管V3、电阻R5和CPU的J6端构成的输出电源开关电路，而电路的其它部分均与上述实施例四相同，这样，由此而演变得来的本实施例电路示意图如图22所示，图中CPU的程序框图如图23所示，其程序的设计原理、程序分支以及工作过程均与上述实施例四相似，在此不再赘述。

Claims (15)

1，一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，它包括钥匙头(11)、安装在钥匙头(11)上的触点(5)，与触点(5)电连接的电子线路装置(9)以及外壳(7)，其中：电子线路装置(9)包括可以对电子锁和其它具有通用计算机即插即用接口的设备进行接口工作切换的控制装置以及通用计算机即插即用移动存储器装置。

2、根据权利要求1所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，控制装置包括可以识别和切换操作不同通讯协议程序的、带有非易失性存储器的微处理器，在微处理器中存储了与电子锁通讯协议关联的锁具操作程序以及与通用计算机即插即用接口通讯协议关联的接口操作程序。

3、根据权利要求1所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，控制装置包括可以对电源进行输入或输出切换的电源切换电路，该电源切换电路包括受微处理器(8)I/O端口控制的电子开关以及电源(10)。

4、根据权利要求1所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，控制装置包括可以对电源进行输入或输出切换的电源切换电路，该电源切换电路包括微处理器(8)的受程序控制的I/O端口以及电源(10)。

5、根据权利要求1所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，控制装置包括按照不同接口的电信号要求对触点的接入功能进行切换的触点切换电路，该触点切换电路包括受微处理器(8)I/O端口控制的电子开关。

6、根据权利要求1所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，控制装置包括按照不同接口的电信号要求对触点的接入功能进行切换的触点切换电路，该触点切换电路包括微处理器(8)的受程序控制的I/O端口。

7、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，钥匙头(11)上的触点(5)安装位置与通用计算机即插即用接口插头的触点安装位置相对应。

8、根据权利要求7所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，钥匙头(11)的两面分别安装了与通用计算机即插即用接口插头的触点安装位置相对应的两组触点(5)。

9、根据权利要求8所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，控制装置包括可以切换钥匙头(11)上两组触点(5)中的其中一组触点(5)为工作接入的触点组切换电路，该触点组切换电路包括受微处理器(8)I/O端口控制的电子开关。

10、根据权利要求8所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，控制装置包括可以切换钥匙头(11)上两组触点(5)中的其中一组触点(5)为工作接入的触点组切换电路，该触点组切换电路包括微处理器(8)的受程序控制的I/O端口。

11、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，钥匙头(11)的部分外表面裹着一个金属套(6)，所有触点(5)暴露在该金属套(6)的外面。

12、根据权利要求11所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，金属套(6)的一端有U形缺口，所有触点(5)暴露在该U形缺口中。

13、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，钥匙头(11)上有通孔或盲孔(12)。

14、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，通用计算机即插即用移动存储器的存储空间包括专用加密区和非加密区。

15、根据权利要求3或4所述的一种具有通用计算机即插即用移动存储器的多功能智能钥匙，其中，电源(10)为可充电电池。

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