CN201826640U - 机电一体化智能锁具 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种机电一体化智能锁具，包括内置电子标签8和磁性销柱4的锁端以及内置射频阅读器9，可动磁性匙牙7，电磁铁13和输入元件的匙端。开锁时按下制动擎10，卷带弹簧11带动可动匙柱6脱离遮蔽，当匙柱***锁孔，射频阅读器9读取电子标签8的调制信息，与输入元件获取的用户输入作验证，如权限满足则电磁铁13产生斥力推动可动磁性匙牙7到达动槽顶端的有效位置，匙牙的磁力使磁性销柱4从栓套孔5脱离，锁端开启。闭锁时再次按下制动擎10，电机带动可动匙柱6返回遮蔽位置，电磁铁去磁，可动磁性匙牙7在反制弹簧12的作用下退出有效位置，销柱弹簧3推动磁性销柱4返回栓套孔5将锁芯2和锁身1销接，完成锁闭。

Description

机电一体化智能锁具
所属技术领域
本实用新型涉及一种智能锁具，尤其涉及能够接收用户输入验证身份权限，机械电子一体化控制开启锁闭，难复制，难伪造，防盗用，并且可以事后复查开锁事务的智能锁具。
背景技术
目前，公知的智能锁具主要有以下几种：
一种是基于串行通信的智能锁具，在电子钥匙与匹配的锁连接时，匙身上的触点与锁身上的触点接触，身份信息通过串行线路传递给锁内的控制单元以决定是否开启。这种智能锁具正常工作需要保持每个触点的良好接触以便数据正确传递，因此对于复杂工作环境下触点的磨损和环境的潮湿非常敏感。
另一种是基于射频识别(RFID)技术的智能锁具。其射频阅读器位于锁端，电子标签位于匙端，当钥匙与锁接近达到临界距离，锁端的射频阅读器发出射频信号驱动匙端的电子标签回送调制信息，信息经锁端验证合法后控制开启。这种电子锁具主要有三个问题：其一位于匙端电子标签内的调制信息易被非法阅读器盗读，从而达到复制或伪造钥匙通过锁禁的目的，虽然已有方案通过加密元件来保护匙端调制信息，但大多成本昂贵；其二，由于匙端并无使用者身份验证的机制，任何人使用有效匙端都可以打开锁端，所以无法防止对匙端的非法盗用；其三是由于射频阅读器和处理元件都位于锁端，对于需要一匙多锁的工作环境就必须逐一更新各锁端内置验证信息，目前的解决方案一般采取各锁端与上位机常在相联的通信布线，这提升了安装成本，而且在特定工作环境下难以实现。
以上两种都是纯电子式的智能锁具，在中国专利ZL200620055788.7中公开了一种机电一体化的智能钥匙，该钥匙由内置在手柄里的开锁用射频识别芯片和驱动线圈以及与手柄压注连接的机械匙牙组成，当智能锁有电时使用内置在手柄里的射频识别芯片发送身份信息，由锁端验证开启，当智能锁失电时，可直接使用机械匙牙开启。这种钥匙只是把机械开锁件与电子开锁件物理联合而非逻辑联合，因而延续了普通机械钥匙与射频识别电子钥匙易被复制或伪造的问题。
除此以外，现有智能锁具不具备信息化能力，开锁事务一般另外存储在上位机中，在特定工作场合无法安装常在联线的上位机，开锁事务就不能记录、复查。
实用新型内容
为了解决现有智能锁具寿命低，易被复制伪造，不能防盗用，难以实现一匙多锁，非信息化等问题，本实用新型提供了一种新式的机电一体化智能锁具，该锁具工作稳定，具有10年以上使用寿命，可以方便的实现一匙多锁，不易复制或伪造，可以有效防止盗用，还能够实时保存开锁事务信息以供事故复查和责任认定。
本实用新型解决上述技术问题所采用的方案是：
在锁端内置无源电子标签，其中记录了锁端标识的调制信息，匙端内置射频阅读器，不使用状态下匙柱隐藏在匙身外壳内的遮蔽位置，匙柱上的可动磁性匙牙处在无效位置。
使用时依靠卷带弹簧的拉力从匙身外壳前置孔伸出，当匙柱外伸到达工作位置时，制动擎卡勾将匙柱位置固定，此时把匙柱***锁孔，射频阅读器发出射频信号，驱动电子标签响应，回馈调制信息给阅读器接收。
阅读器从锁端获得调制信息后，位于匙端的处理元件对调制信息作解调运算，然后通过输入元件接收用户输入，把输入信息与解调后的锁端信息做权限匹配验证。如果通过，处理元件将电磁铁输入脚置高电平，电磁铁复磁，与其同极性相对的可动磁性匙牙受到磁力作用，沿着匙柱轴向动槽移动，并抵达动槽终点的有效位置。
此时锁芯栓套孔中的磁性销柱与匙柱上的磁性匙牙位置逐一对应，磁性销柱在磁力作用下脱离栓套孔，从而允许用户转动锁芯开锁。
当需要锁闭时，用户按下制动擎，使卡勾脱离匙柱的固定卡槽，匙柱在电机带动下收回到匙身外壳内的遮蔽位置，同时与制动擎相联的通用输入输出(GPIO)向处理元件发送中断信号，处理元件将电磁铁输入脚置低电平，电磁铁去磁，在反制弹簧的作用下可动磁性匙牙退出有效位置。锁端的磁性销柱失去匙牙磁力作用，受销柱弹簧作用返回栓套孔将锁芯与锁身销接，从而达到锁闭目的。
本实用新型使用工作在中频的无源电子标签与射频阅读器配合取代传统的串行通信线路，避免了串行通信电子锁具因触点磨损和环境潮湿导致的工作不稳和低寿命。
在应用射频识别技术方式上，本实用新型采取将电子标签置于锁端，射频阅读器置于匙端，即使锁端的调制信息被非法阅读器盗读，盗读者也无法据此复制或伪造匙端。除此以外，由于在不使用状态下匙柱处于遮蔽位置，可动磁性匙牙处于无效位置，通过选择搭配匙柱上的匙牙个数及相应的动槽长度、角度，安装一部分固定匙牙与可动匙牙混合搭配，匙牙和销柱间作用方式使用磁性相斥、磁性相吸混合搭配，保证了即使非法用户获得匙端，也难于在有限时间内复制工作状态下的牙花样式，从而有效的实现了防止复制或伪造的目的。
匙端在验证身份权限时，会使用输入元件接受用户输入信息，并据此判断是否使能电磁铁，当非法用户盗用匙端时，其不确知用户输入信息，所以无法通过验证，可动磁性匙牙处于无效位置，无法开启锁端。输入元件选自键盘、虹膜识别、触控等人机交互元件中的任意一种或多种，以满足不同情况下的成本限制与安全性要求。
匙端置有处理元件，显示元件。处理元件采用ARM低耗电微处理器，其中内置存储单元。每次开锁事务的操作信息包括锁端调制信息以及相应的用户匙端输入，都采用数据库的形式存储在处理元件内，当用户按动预设查询按键，处理元件依据请求的日期时间范围，把相应记录输出到显示元件，以便用户作事故复查和责任认定。显示元件选自单色液晶显示屏、彩色液晶显示屏中的任意一种，除用来显示事务记录外，还可在开锁过程中显示提示信息和验证结果。
匙端置有信息交换元件。信息交换元件选自通用串行总线(USB)、红外(IR)接口、蓝牙(Bluetooth)接口中的任意一种或多种，上位机通过信息交换元件可更新匙端存储的解调信息或下载事务记录，当工作需要一匙多锁时，把各锁对应的解调信息更新到匙端即达成。因为匙端便携，所以更新方便。
匙端置有发光元件。当用户按动特定功能键，发光元件可启动照明，便于用户在黑暗环境下更好的对准锁孔。
综上所述，通过锁端电子标签、磁性销柱，匙端射频阅读器，可动匙柱、可动磁性匙牙、电磁铁、制动擎、处理元件、输入元件、显示元件、信息交换元件等组件，凭借机械电子部件在逻辑与物理上一体化工作的方式，本实用新型以较低的成本解决了现有智能锁具存在的一些不足，具有广泛的实用范围和良好的市场前景。
附图说明
图1是本实用新型的一个较佳实施例的模拟机械构造图，其中可见：1.锁身，2.锁芯，3.销柱弹簧，4.磁性销柱，5.栓套孔，6.可动匙柱，7.可动磁性匙牙，8.电子标签，9.射频阅读器，10.制动擎，11.卷带弹簧，12.反制弹簧，13.电磁铁，14.匙柱回收卡槽，15.匙柱伸出卡槽，16.电机，17.匙身外壳。
图2是图1所述较佳实施例的正面立体剖视效果图，其中可见：18.显示元件，19.输入元件，20.信息交换元件，21.主控电路板。
图3是图1所述较佳实施例的反面立体剖视效果图，其中可见：6.可动匙柱，7.可动磁性匙牙，10.制动擎，13.电磁铁，14.匙柱回收卡槽，15.匙柱伸出卡槽，16.电机，22.电池盒，23.发光元件
图4是图1所述较佳实施例的逻辑方框图。
具体实施方式
以下结合附图所述的一个较优实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1中锁端，磁性销柱4在销柱弹簧3的作用下处于锁芯2的栓套孔5内将锁芯2与锁身1销接，此时锁芯2不能转动，锁端处于锁闭状态，电子标签8处于无源状态，不发送射频信息。
在不使用状态下，匙端可动匙柱6处在匙身外壳17内部，被外壳遮蔽，可动磁性匙牙7在反制弹簧12的作用下处于无效位置，匙柱不可见，因为匙牙所在动槽位于匙柱芯内部，所以匙牙及匙牙动槽同样不可见，此时匙端不能工作。制动擎10的卡勾位于匙柱回收卡槽14中，防止卷带弹簧11拉力将匙柱拉出。
图2中主控电路板21上包含了处理元件，处理元件采用了低功耗的AT91SAM7S64微处理器，输入元件19采用16键数字符号键盘，显示元件18采用128x64分辨率1.56时有机发光二极管(OLED)显示屏，信息交换元件20采用微型通用接口总线(Mini-USB)。处理元件经由通用输入输出(GPIO)引脚与发光元件23，电磁铁13，输入元件19，制动擎10相连，经由通用同步/异步串行收发器(USART)与射频阅读器9相连，经由内置静态存储控制器(SMC)与显示元件18相连，经由内置通用串行总线设备端口(UDP)与信息交换元件20相连，使用图3中电池盒22的锂电池提供3.6V直流供电。处理元件上电后工作在主循环，采取轮询的方式通过射频阅读器9持续发送13.56MHz射频信号。
当用户按下制动擎10，制动擎卡勾脱离匙柱回收卡槽14，卷带弹簧11拉力使可动匙柱6脱离遮蔽，伸出匙身外壳17前置孔，当匙柱外伸到达工作位置时，制动擎10卡勾落入匙柱伸出卡槽15中，匙柱位置被固定。
此时把匙柱***锁孔，锁端电子标签8与匙端射频阅读器9接近到足以接收射频信号，以此作为驱动电流将电子标签8内存储的调制信息回馈给射频阅读器9，射频阅读器9接到调制信息后，经由通用同步/异步串行收发器(USART)将信息发送到处理元件，处理元件使用内置存储单元中记录的解调信息将锁端信息解码，然后在显示元件18上输出提示信息，请求用户输入密码。
当用户通过输入元件19输入密码后，处理元件将密码与解调信息对应的密码权限表中权限作匹配，如果匹配通过，则经由通用输入输出(GPIO)将电磁铁13引脚置高电平，电磁铁13与可动磁性匙牙7底座间同磁级性相对，在同性相斥原理下，可动磁性匙牙7沿匙柱内的动槽移动到有效位置。
此时可动磁性匙牙7与磁性销柱4位置恰好相对，在此实施例中只选择了一组匙牙/销柱对，销柱与匙牙间采用磁性相斥互作，根据设计，磁力大于销柱弹簧3的弹力，磁性销柱4受合力作用向图示左方移动，从栓套孔5脱出。锁芯2与锁身1脱离销接，此时用户可转动锁芯开锁。
当需要锁闭时，用户再次按下制动擎10，卡勾脱离匙柱伸出卡槽15，处理元件经由通用输入输出(GPIO)中断得到制动擎10按下信号，启动电机将可动匙柱6回收到匙身外壳17内遮蔽区。同时将电磁铁13引脚置低电平，电磁铁去磁，可动磁性匙牙7在反制弹簧12弹力作用下向图示下方移动，脱离有效位置。此时锁端磁性销柱4失去匙牙的磁力作用，在销柱弹簧3方向为图示右方弹力的作用下返回锁芯2的栓套孔5内，将锁芯2与锁身1销接。锁端回复闭锁状态。
当黑暗环境下使用时，用户按动输入件功能键，发光元件23产生不小于100lux的照度，便于用户将匙柱对准锁孔。在本实施例中发光元件采用发光二极管(LED)。
本实施例只展示了一组匙牙/销柱对，采用磁性互斥模式。具体应用例可根据各自安全需求在匙柱上选择搭配多个动槽和磁性匙牙，同时在锁芯上增加对应的栓套孔和磁性销柱，设定动槽的长度和角度，使匙牙处于有效位置时能够与磁性销柱位置逐一对应，部分匙牙采用固定方式，与可动匙牙混合搭配使用可更好的提升安全性。每个匙牙/销柱对的互作方式选择磁性相斥，磁性相吸两种中的一种，但各匙牙/销柱对互作方式可自由混合搭配，这样就实现了理论上无限多种的牙花样式。具体实现只受限于成本。
以上所述仅为本实用新型的一个较佳实施例，并非用于限定本实用新型的保护范围，在不偏离本实用新型技术方案的构思原理下，上述各元器件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换，同样可实现本实用新型方案目的。

Claims (8)

1.一种机电一体化智能锁具，包括锁端和匙端，其特征在于，所述射频识别电路的电子标签位于锁端，射频阅读器和磁性匙牙位于匙端。
2.根据权利要求1所述的机电一体化智能锁具，其特征在于，匙柱和磁性匙牙都是可动的。
3.根据权利要求2所述的机电一体化智能锁具，其特征在于，每一对匙牙和销柱之间作用方式选自磁性相斥，磁性相吸中的任意一种。
4.根据权利要求2所诉的机电一体化智能锁具，其特征在于，匙端具有处理元件。
5.根据权利要求2所述的机电一体化智能锁具，其特征在于，匙端具有信息交换元件，信息交换元件选自通用串行总线、红外接口、蓝牙接口中的任意一种至多种。
6.根据权利要求2所述的机电一体化智能锁具，其特征在于，匙端具有输入元件，输入件选自键盘、虹膜识别，触控人机交互元件中的任意一种至多种。
7.根据权利要求2所述的机电一体化智能锁具，其特征在于，匙端具有显示元件，显示元件选自单色液晶显示屏、彩色液晶显示屏中的任意一种。
8.根据权利要求2所述的机电一体化智能锁具，其特征在于，匙端具有发光元件。 
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