CN101649695A - 一种基于指纹识别的电子挂锁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于指纹识别的电子挂锁，包括锁梁和锁体，锁梁插入在锁体上部，锁体内设有指纹传感器，锁体内电机的输出处连接有齿轮I、齿轮II、齿轮III和齿轮IV，齿轮I和齿轮IV之间设有锁塞推进转盘柱，锁塞推进转盘柱的一端开有锁塞推进转盘柱凹槽，锁塞两端的半球结构与锁梁凹槽及锁塞推进转盘柱凹槽相配合，锁梁的较短端设有滑杆，锁梁的较长端处设有锁梁弹簧；在电路部分中，锁体内设有核心处理器和电池，其中核心处理器用于指纹的识别比对，通过检测电平监测点的电平变化，控制电机工作或停止。本发明有益的效果是：采用指纹识别技术开锁，无需随身带钥匙，既快捷又安全：以电机代替电磁铁，可以提高防震可靠性和安全性。

Description

一种基于指纹识别的电子挂锁

技术领域

本发明涉及电子挂锁的机械构造领域，尤其是一种基于指纹识别的电子挂锁。

背景技术

锁具在我国已绵延数千年，它和人类的私有制几乎同时诞生。随着科技的发展，锁的品种越来越多，按种类分有挂锁、抽斗锁、弹子门锁、插芯门锁、球型门锁、花色锁、电控锁、执手锁等。而锁具的机械机构也是多种多样，其中以美国人L.耶尔于1848年发明圆柱形销栓的弹子锁使用最为普遍。此类锁都有一个锁心，锁心上除了插钥匙的孔外，还有几个圆孔，这几个圆孔和锁体上的几个圆孔对应，里面可以放一个弹簧和2个高度不同的铜弹子。钥匙插进去后，由于齿位高低不同，两颗弹子便被顶上了不同的高度，如果恰好所有孔内的两颗弹子的分界与锁心的圆周等高的话，这锁心就可以在锁体里转动了，于是，锁就开了。一般的挂锁，多采用此种机械结构，由于耐用、轻巧的特性一直被广为使用，但随着人们生活水平的不断提高，人们对锁的质量要求也不断提高，传统挂锁的弊端也越来越明显，如：钥匙携带不方便，锁越多，所需携带的钥匙就越多；由于情绪上的影响，容易留匙(钥匙留插在锁上)或忘带；钥匙易于复制，最复杂的钥匙，在一些人手里都能精确仿制；非法开锁工具及方式比较多；锁心机构及钥匙易于磨损、生锈，导致挂锁使用寿命不长；锁体易于非法仿制、替换。

针对上述问题，市面也出现不少精细的锁产品，如：二十世纪七十年代后，英国研制出磁性锁，奥地利设计出了磁性编码锁，日本发明了带有磁盘旋转机构的磁性锁。八十年代后，许多国家陆续研制出电子卡片锁、电子遥控锁、光控锁、声控锁、指纹锁、安全报警锁、等多品种、多功能的新式锁具，把声、光、电、波、生物特征等先进技术应用到制锁行业，使锁的保密性和安全性迈出了崭新的一步。但这些锁具并不能解决所有问题，有些使用寿命非常有限，有些使用环境不够广阔，只能应用在某个专业领域，有些造价成本非常高，一般百姓无法接受。指纹锁因其使用安全方便、操作简单、外型小巧、坚固耐用越来越被人们所接受，但一般的指纹锁都固定在门上，一把锁只能锁一个地方，不能灵活挪动。

发明内容

本发明的目的正是要解决上述现有技术的缺点，而提供一种基于指纹识别的电子挂锁。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于指纹识别的电子挂锁，包括锁梁和锁体，U型的锁梁插入在锁体上部，锁体上表面上设有电机，锁体侧面开有指纹传感器凹槽，指纹传感器凹槽内设有指纹传感器，锁体底部设有MiniUSB口，锁体内电机的输出处连接有齿轮I、齿轮II、齿轮III和齿轮IV，齿轮I和齿轮IV之间设有锁塞推进转盘柱，齿轮II和齿轮III之间通过纵轴连接，齿轮III和齿轮IV固定在齿轮固定板上，锁塞推进转盘柱的一端开有锁塞推进转盘柱凹槽，锁梁的接近较短端处设有锁梁凹槽，锁梁凹槽与锁塞推进转盘柱凹槽中间设有锁塞，锁塞两端的半球结构与锁梁凹槽及锁塞推进转盘柱凹槽相配合，锁梁的较短端设有滑杆，锁梁的较长端处设有锁梁弹簧，锁梁弹簧的下端设有锁梁台阶；在电路部分中，锁体内设有核心处理器和电池，其中核心处理器用于指纹的识别比对，通过检测电平监测点的电平变化，控制电机工作或停止。

作为优选，所述的锁塞上设有锁塞弹簧，锁塞弹簧外套有锁塞弹簧导向管，锁塞弹簧的一端设有锁塞台阶。

作为优选，所述的滑杆上设有滑杆弹簧，滑杆弹簧外套有滑杆导向管，滑杆弹簧的上端设有滑杆台阶。

作为优选，所述的滑杆外套有滑杆电平套，滑杆电平套位于滑杆导向管下部。

作为优选，所述的滑杆导向管上设有滑杆位置检测点。

作为优选，所述的齿轮IV上设有齿轮监测点，齿轮固定板上设有固定板监测点。

本发明有益的效果是：本发明采用指纹识别技术开锁，既快捷又安全：无需随身带钥匙，操作简单，只需轻轻一划，就能开启挂锁，同时，现在的条状指纹传感器一般都采用真皮层识别、动态拼接技术，即使套取了主人的指纹，也难以符合指纹识别的开锁条件。电子挂锁机械结构优化：以电机代替电磁铁，可以提高防震可靠性。用电磁铁驱动相应机械进行U型锁梁的开合，一般只需在滑杆运动方向上施加一定的撞击力就有可能开锁，而本发明的电子挂锁内的电机是做圆周远动的，无论哪个方向怎样撞击都不可能产生开锁的力。锁体信息记录：有权限的人是否在约定条件外非法开锁；PC软件是否进行过操作；是否有人非法弄断锁梁，替换锁体，这些过程在锁体内都会有详细的时间记录。声光提示报警：挂锁在电量不足和非法开锁时，锁体会发出声光报警。PC端通讯：锁体和PC端可以通过底部的Mini USB口进行通讯，进行厂商码、用户码和指纹的设定、修改和清除。附加充电功能。

附图说明

图1是本发明的外观结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明的锁梁结构示意图；

图4是本发明的电气原理图；

图5是本发明的检测电路原理图。

附图标记说明：锁梁1，锁体2，电机3，指纹传感器4，指纹传感器凹槽5，操作界面6，OK键6-1，SET键6-2，DEL键6-3，MiniUSB口7，电池8，锁梁台阶9，锁梁弹簧10，锁梁凹槽11，滑杆台阶12，滑杆弹簧13，滑杆导向管14，滑杆15，滑杆电平套16，滑杆位置检测点17，齿轮固定板18，锁塞19，锁塞弹簧20，锁塞弹簧导向管21，锁塞台阶22，锁塞推进转盘柱凹槽23，锁塞推进转盘柱24，固定板监测点25，齿轮监测点26，齿轮I 27，齿轮II 28，纵轴29，齿轮III30，齿轮IV31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图所示，这种基于指纹识别的电子挂锁，包括锁梁1和锁体2，U型的锁梁1插入在锁体2上部，锁体2上表面上设有电机3，锁体2前表面设有操作界面6，操作界面6上设有OK键6-1、SET键6-2、DEL键6-3。锁体2侧面开有指纹传感器凹槽5，指纹传感器凹槽5内设有指纹传感器4，锁体2底部设有MiniUSB口7，锁体2内电机3的输出处连接有齿轮I 27、齿轮II28、齿轮III30和齿轮IV31，齿轮I 27和齿轮IV31之间设有锁塞推进转盘柱24，齿轮II 28和齿轮III30之间通过纵轴29连接，齿轮III30和齿轮IV31固定在齿轮固定板18上，齿轮IV31上设有齿轮监测点26，齿轮固定板18上设有固定板监测点25。锁塞推进转盘柱24的一端开有锁塞推进转盘柱凹槽23，锁梁1的接近较短端处设有锁梁凹槽11，锁梁凹槽11与锁塞推进转盘柱凹槽23中间设有锁塞19，锁塞19两端的半球结构与锁梁凹槽11及锁塞推进转盘柱凹槽23相配合，锁塞19上设有锁塞弹簧20，锁塞弹簧20外套有锁塞弹簧导向管21，锁塞弹簧20的一端设有锁塞台阶22。锁梁1的较短端设有滑杆15，滑杆15上设有滑杆弹簧13，滑杆弹簧13外套有导电金属材料制成的滑杆导向管14，滑杆弹簧13的上端设有滑杆台阶12，滑杆15外套有滑杆电平套16，滑杆电平套16位于滑杆导向管14下部。滑杆导向管上14设有滑杆位置检测点17。锁梁1的较长端处设有锁梁弹簧10，锁梁弹簧10的下端设有锁梁台阶9。锁体2内设有核心处理器和电池8，电池8的两极分别于锁梁1的两端连通。

锁体2内的核心处理器(DSP)控制各个部件的工作：电机3通电后开始工作，驱动其底部的齿轮I 27和齿轮II 28及锁塞推进转盘柱24底下的齿轮III30和齿轮IV31，这里的4个齿轮半径和齿数可以根据锁体2大小和开、闭锁速度快慢而定。锁塞推进转盘柱24顺时针旋转180°，此时锁塞19与锁塞推进转盘柱凹槽23在同一轴平面上，在锁塞弹簧20的作用下，移入锁塞推进转盘柱凹槽23正中间。锁塞弹簧20由锁塞台阶22和锁塞弹簧导向管21来固定和导向。此时锁塞19左端移出U型锁梁凹槽11，U型锁梁1在锁梁弹簧10的作用下弹出锁体2，电子挂锁开锁，其中锁梁台阶9用来固定锁梁弹簧10，防止其滑出锁梁1底部。同时，核心处理器(DSP)可以根据滑杆导向管14处的电平监测点由原来的低电平变为高电平，判定锁梁1已经弹出锁体2，锁塞推进转盘柱24继续顺时针旋转半周，直到固定板监测点25和齿轮监测点26重合，撤销电机3驱动，锁塞推进转盘柱24停止旋转，为闭锁时保证锁梁1锁死做好位置准备。

当用手或其他外力将U型锁梁1压入锁体2时，U型锁梁1较短端在锁塞19水平向左的推力作用下，微微向左外侧发生形变，U型锁梁凹槽11与锁塞19左端相互吻合，锁塞19半球形左端可以轻易扣入锁梁凹槽11，并且不再反弹出锁体。此时U型锁梁1锁死，电子挂锁闭锁。

当锁梁1在锁梁弹簧10的作用下弹开后，滑杆弹簧13在弹力的作用下向上推动滑杆15，直至滑杆15滑出滑杆电平套16。在滑杆15在滑杆电平套16内滑动的这一过程中，必须保证滑杆15与锁梁1有100ms的非接触时间。用于滑杆导向管14上的滑杆位置检测点17输出100ms的高电平。滑杆电平套16与锁体2绝缘，与电池8正极通过100Mohm电阻R1相连。锁梁1锁定时，滑杆位置检测点17为低电平，锁梁1弹开后，滑杆15在滑杆电平套16内时，滑杆位置检测点17为高电平，当滑杆15滑出滑杆电平套16后，滑杆位置检测点17为低电平。

滑杆位置检测点17的信号如下：锁梁1锁定时，低电平；锁梁1弹开过程中，100ms高电平；锁梁1弹开后，低电平；锁梁1断裂，高电平。当U型锁梁1在外力的作用下断裂，此时，滑杆导向管14处的滑杆位置检测点17由原来的低电平变为高电平，DC/DC电源转换电路开始工作，输出+3.3V的芯片工作电压。核心处理器(DSP)根据唤醒触发方式判断为U型锁梁1非法断裂，开启声光报警系统。首次声光报警为2分钟，此后每隔半小时触发报警半分钟，然后进入休眠状态。

电子挂锁的电源为电压3.7V的锂电池，经过DC/DC电源转换，由3.7V转为3.3V系统工作电压，输出给核心处理器(DSP)。电源管理模块中还具有电池电压检测设备，当电压低于+3.5V时，电池电压检测电路立即输出一个电平信号给核心处理器(DSP)，核心处理器(DSP)根据输入的电平信号输出相应的电平信号，控制LED与蜂鸣器进行声光报警，提示用户对电池进行充电。用户通过锁体底部的Mini USB口7进行充电，直到绿色LED稳定点亮时充电完成。在锁体电路断电状态下，按下OK键6-1，DC/DC电源转换电路获得一个高电平使能信号，输出+3.3V工作电压，此时核心处理器(DSP)开始工作，红色LED亮，说明挂锁处于锁定状态，用户通过指纹传感器4输入指纹，比对成功后，锁体2执行机构管理模块开始工作：电机3驱动，锁塞推进转盘柱24转动，当锁塞19与锁塞推进转盘柱凹槽23在同一轴平面上时，在锁塞弹簧20的作用下，锁塞19左端移出U型锁梁凹槽11，U型锁梁1在锁梁弹簧10的作用下弹出锁体2，电子挂锁开锁；锁体1执行机构管理模块还包括锁梁1状态检测，当非法弄断U型锁梁1时，锁梁1状态检测装置会启动声光报警系统。电子挂锁操作界面6中按钮和LED等可对挂锁进行一系列操作，如录入、比对、删除指纹，修改厂商码、用户码等。蜂鸣器和LED等配合在低电压、U型锁梁非法断裂状态时发出声和光，提示用户采取相应措施。RTC通过I²C与核心处理器(DSP)相连，且一直处于供电状态，提供电子挂锁所有过程的实施信息时间。

锁梁1闭合时，滑杆导向管14处的滑杆位置检测点17为低，即触点P1接地，此时Pow_EN1处电平为低。锁梁1断裂时，滑杆导向管14处的滑杆位置检测点17为高，即触点P1接于Vbat高电平处，此时Pow_EN1处电平为高。Pow_EN1、Pow_EN2、Pow_EN3任何一处的高电平，都可以致使Pow_EN为高电平，使能DC/DC电源转换。DSP根据GPIO1与GPIO3的电平检测，判断是正常上电还是锁梁1断裂：若GPIO1低电平，GPIO3高电平，则为正常上电；若GPIO1高电平，GPIO3低电平，则为锁梁1断裂。

正常情况下，开锁前电路模块处于无供电状态。开锁时，按下OK键，Pow_EN3为高电平，使能DC/DC电源转换，DSP上电运行后GPIO2输出高电平，此时即使释放OK键6-1，Pow_EN仍保持为高电平。当一段时间没对挂锁进行操作时，GPIO2输出低电平，除了锁梁检测电路及RTC外，其它模块电路电源切断，实现较低功耗。

锁梁1在锁梁弹簧10的作用下快速弹出锁体时，锁梁1较短端处脱离滑杆15顶端，滑杆位置检测点17表现为高电平，此时滑杆15在滑杆弹簧13的作用下向上移动，直至滑杆15滑出滑杆电平套16，Pow_EN恢复为低电平。要保证Pow_EN1能够出现100ms左右的高电平脉，以满足DSP有充足的时间执行程序，锁梁1弹出速度必须大于滑杆15的滑动速度，因此锁梁弹簧10的劲度系数K₁₂必须大于滑杆弹簧13的劲度系数K₁₅。滑杆导向管14处的滑杆位置检测点17会产生的约为100ms的高电平脉冲，在电机3驱动开锁时，可以用GPIO1加以检测。

本发明中的电子挂锁具有20位厂商码和10位用户码，该2组密码可以通过PC端软件和挂锁锁体上的3个按键进行设定、修改和管理。其中厂商码有生产厂商统一设定，一旦挂锁的锁体被不法分子替换，完全可以用PC软件识别，厂商码唯一且具有可追述性，其具有开锁、修改用户码、清空指纹库的功能；用户码由客户根据厂商提供的默认码修改的一组密码，也具有开锁、修改用户码、清空指纹库的功能。本发明的PC端软件为厂商提供，PC可以通过挂锁底部的USB口与挂锁进行数据交换，实现厂商码、用户码的初设、修改和清除。

本发明还具有开、闭锁信息记录功能，正常开锁情况下，处理器会以RTC实时时钟为时间基点，根据指纹信息可以记录何人在何时进行过开锁操作，并存储于非易失性存储介质中；非正常情况下，如锁梁断裂，此时处理器在进行声光报警的同时会把该事件及其时间点记录于非易失性存储介质中。锁体中的指纹模板是无法拷贝于新锁体中的，这样可以有效防止同类锁体恶意替换，还有，每个锁体具有唯一的识别码，出厂时固化，可以进一步验证锁体的归属性。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1、一种基于指纹识别的电子挂锁，包括锁梁(1)和锁体(2)，锁梁(1)插入在锁体(2)上部，其特征在于：

(1)、机械部分：所述锁体(2)上设有电机(3)，锁体(2)侧面开有指纹传感器凹槽(5)，指纹传感器凹槽(5)内设有指纹传感器(4)，锁体(2)底部设有MiniUSB口(7)，锁体(2)内电机(3)的输出处连接有齿轮I(27)、齿轮II(28)、齿轮III(30)和齿轮IV(31)，齿轮I(27)和齿轮IV(31)之间设有锁塞推进转盘柱(24)，齿轮II(28)和齿轮III(30)之间通过纵轴(29)连接，齿轮III(30)和齿轮IV(31)固定在齿轮固定板(18)上，锁塞推进转盘柱(24)的一端开有锁塞推进转盘柱凹槽(23)，锁梁(1)的接近较短端处设有锁梁凹槽(11)，锁梁凹槽(11)与锁塞推进转盘柱凹槽(23)中间设有锁塞(19)，锁塞(19)两端的半球结构与锁梁凹槽(11)及锁塞推进转盘柱凹槽(23)相配合，锁梁(1)的较短端设有滑杆(15)，锁梁(1)的较长端处设有锁梁弹簧(10)，锁梁弹簧(10)的下端设有锁梁台阶(9)；

(2)电路部分：锁体(2)内设有核心处理器和电池(8)，其中核心处理器，用于指纹的识别比对，通过检测电平监测点的电平变化，控制电机(3)工作或停止。

2、根据权利要求1所述的基于指纹识别的电子挂锁，其特征在于：所述的锁塞(19)上设有锁塞弹簧(20)，锁塞弹簧(20)外套有锁塞弹簧导向管(21)，锁塞弹簧(20)的一端设有锁塞台阶(22)。

3、根据权利要求1所述的基于指纹识别的电子挂锁，其特征在于：所述的滑杆(15)上设有滑杆弹簧(13)，滑杆弹簧(13)外套有导电金属材料制成的滑杆导向管(14)，滑杆弹簧(13)的上端设有滑杆台阶(12)。

4、根据权利要求3所述的基于指纹识别的电子挂锁，其特征在于：所述的滑杆(15)外套有滑杆电平套(16)，滑杆电平套(16)位于滑杆导向管(14)下部。

5、根据权利要求3或4所述的基于指纹识别的电子挂锁，其特征在于：所述的滑杆导向管(14)上设有滑杆位置检测点(17)，用于检测电平的高低。

6、根据权利要求1所述的基于指纹识别的电子挂锁，其特征在于：所述的齿轮IV(31)上设有齿轮监测点(26)，齿轮固定板(18)上设有固定板监测点(25)。

7、根据权利要求1所述的基于指纹识别的电子挂锁，其特征在于：所述的锁体(2)前表面设有操作界面(6)，操作界面(6)上设有OK键(6-1)、SET键(6-2)和DEL键(6-3)。

8、根据权利要求1所述的基于指纹识别的电子挂锁，其特征在于：所述的电池(8)的两极分别与锁梁(1)的两端连通。

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