CN102768781A

CN102768781A - Nfc手机电子锁控制系统和装置

Info

Publication number: CN102768781A
Application number: CN2012102453416A
Authority: CN
Inventors: 褚维戈
Original assignee: Individual
Current assignee: Wuxi Sanju Sunshine Intellectual Property Service Co ltd
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: CN102768781B

Abstract

本发明公开了一种NFC手机电子锁控制系统和装置，要解决的技术问题是方便使用者开锁。本发明采用以下技术方案：一种NFC手机电子锁控制系统，设有主逻辑控制模块，主逻辑控制模块连接有与外部终端进行通信的模块、电可擦可编程只读存储器读写控制模块、外部输入与输出控制模块。一种NFC手机电子锁控制装置，设有控制单元，控制单元连接近距离无线通信收发模块和外部接口，近距离无线通信收发模块经天线驱动模块接13.56MHz天线。本发明与现有技术相比，利用手机与控制单元通信，完全替代现有技术的近距离感应卡锁控制装置，方便使用，环保，符合国家提出的物联网构思，可以适用于门锁、汽车锁、电梯楼层控制锁，以及多种感应卡。

Description

NFC手机电子锁控制系统和装置

技术领域

本发明涉及一种开启锁具的系统和装置，特别是一种开启电子锁具的系统和装置。

背景技术

现有技术的电子门锁由一张近距离感应卡和电子锁控制装置组成。在使用中常碰到的几个问题是：1、每个人一般有好几张感应卡，如小区门禁卡、公司门禁卡、停车卡和交通卡，放在一起容易使电子锁控制装置感应不到,开门时需要单独拿出来使用。2、使用人容易忘记感应卡放在哪里，等到需要用时,还要去找，给使用人带来了麻烦。3、某些情况下,使用人需要垫付感应卡的押金。4、单位门禁卡,小区门禁卡,停车卡等卡种类繁多,生产数量多,旧卡报废也在逐年增多,这样不利环保。

发明内容

本发明的目的是提供一种NFC手机电子锁控制系统和装置，要解决的技术问题是方便使用者开锁。

本发明采用以下技术方案：一种NFC手机电子锁控制系统，所述NFC手机电子锁控制系统设有主逻辑控制模块，主逻辑控制模块连接有与外部终端进行通信的模块、电可擦可编程只读存储器读写控制模块、外部输入与输出控制模块；

主逻辑控制模块用于状态转换、运算和发出开锁指令；

电可擦可编程只读存储器读写控制模块执行主逻辑控制模块的读写指令；

外部输入与输出控制模块用于主逻辑控制模块与第三方的电子锁控制模块通信。

本发明的系统主逻辑控制模块连接有时序控制模块，用于计时、计数或定时提醒。

本发明的系统外部终端进行通信的模块是点对点协议模块和射频识别读卡模块。

本发明的系统主逻辑控制模块设有数据分析与处理模块、中断处理模块和通讯模块；

所述中断处理模块实时侦听点对点协议模块、射频识别读卡模块、通讯模块和时序控制模块的工作状态；

点对点协议模块工作状态为：点对点协议模块向近距离无线通信手机电子锁控制装置的近距离无线通信收发模块发送信息是否结束、成功，接收近距离无线通信收发模块的信息是否结束、成功，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块；

射频识别读卡模块的工作状态为：射频识别读卡模块向近距离无线通信收发模块发送信息是否结束、成功，接收的近距离无线通信收发模块的信息是否结束、成功，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块；

通讯模块的工作状态为：通讯模块向外部输入与输出控制模块发送信息是否结束、成功，接收外部输入与输出控制模块的信息是否结束、成功，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块。

时序控制模块的工作状态态为：定时结束，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块；

所述通讯模块将点对点协议模块接收到的手机身份标识号码、射频识别读卡模块接收到感应卡身份标识号码、外部输入与输出控制模块接收到的唤醒信号发送给数据分析与处理模块；将数据分析与处理模块发出的近距离无线通信手机查询指令发送到点对点协议模块，将数据分析与处理模块发出的射频识别感应卡查询指令发送到射频识别读卡模块；

所述数据分析与处理模块为有限状态机，具有运算能力，数据分析与处理模块设有休眠、搜索、发送数据到近距离无线通信手机建立点对点通讯、从近距离无线通信手机接收数据、开锁延迟和读取感应卡状态。

本发明的系统运算为数据分析与处理模块将手机或感应卡身份标识号码与电可擦可编程只读存储器内保存的身份标识号码进行比较验证，一致发送开锁指令。

本发明的系统运算为数据分析与处理模块将手机或感应卡身份标识号码与电可擦可编程只读存储器内保存的身份标识号码进行比较验证，不一致，等待下一次通讯。

本发明的系统感应卡为ISO14443A、ISO14443B、Felica和ISO15693感应卡。

一种NFC手机电子锁控制装置，所述NFC手机电子锁控制装置设有控制单元，控制单元连接近距离无线通信收发模块和外部接口，近距离无线通信收发模块经天线驱动模块接13.56MHz天线。

本发明的装置控制单元采用18F45K22单片机，近距离无线通信收发模块采用TRF7970A芯片，外部接口采用DS-1021-4针脚。

本发明的装置天线驱动模块由电源稳压滤波电路、模拟收发电路、天线匹配电路组成；

所述电源稳压滤波电路由串接在5V直流电源与地之间的并联连接的第十五电容与第十六电容、串接在TRF7970A芯片第3、4脚与地之间的并联连接的第十七电容和第十八电容、串接在TRF7970A芯片第1脚与地之间的并联连接的第十九电容和第二十电容构成；

所述模拟收发电路由TRF7970A芯片第5脚，经并联连接的第二电容和第三电容，第一电感、并联连接的第六电容和第二电感、第二电阻、并联连接的第十二电容和第十三电容连接构成；

所述天线匹配电路连接在模拟收发电路的第十二电容和第十三电容与地之间，由第十四电容、第二十八电容和第一电阻并联连接构成连接成；所述13.56MHz天线为蚀刻在印刷线路板板上的环形天线。

本发明与现有技术相比，利用手机与控制单元通信，完全替代现有技术的近距离感应卡锁控制装置，方便使用，环保，符合国家提出的物联网构思，可以适用于门锁、汽车锁、电梯楼层控制锁，以及多种感应卡。

附图说明

图1是本发明的NFC手机电子锁控制系统结构图。

图2是本发明的主逻辑控制模块系统结构图。

图3是本发明的NFC手机电子锁控制装置电路框图。

图4是本发明的NFC手机电子锁控制装置电路原理图。

图5是本发明的NFC手机电子锁控制系统状态迁移图。

图6是本发明的NFC手机电子锁控制装置工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明的近距离无线通讯NFC手机电子锁控制系统（系统），设有主逻辑控制模块，主逻辑控制模块连接有点对点P2P协议模块、射频识别RFID读卡模块、电可擦可编程只读存储器-EEPROM读写控制模块、外部输入与输出控制模块、时序控制模块。NFC手机电子锁控制系统与NFC手机无线通信连接。

如图2所示，主逻辑控制模块设有数据分析与处理模块，数据分析与处理模块连接中断处理模块和通讯模块。

中断处理模块实时侦听点对点P2P协议模块的工作状态，其工作状态为：P2P协议模块向NFC手机电子锁控制装置的NFC收发模块发送信息是否结束、成功，接收NFC收发模块的信息是否结束、成功，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块。点对点P2P协议模块的工作状态一有变化,数据分析与处理模块将马上停止当前任何处理,优先安排中断处理模块针对点对点P2P协议模块的工作状态变化进行的处理。

中断处理模块实时侦听RFID读卡模块的工作状态，其工作状态为：RFID读卡模块向NFC收发模块发送信息是否结束、成功，接收的NFC收发模块的信息是否结束、成功，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块。

中断处理模块实时侦听通讯模块的工作状态，其工作状态为：通讯模块向外部输入与输出控制模块发送信息是否结束、成功，接收外部输入与输出控制模块的信息是否结束、成功，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块。

中断处理模块侦听时序控制模块的工作状态，其工作状态为：定时结束，将侦听到的工作状态实时反馈给数据分析与处理模块。

通讯模块将点对点P2P协议模块接收到的手机身份标识号码ID、RFID读卡模块接收到感应卡ID、外部输入与输出控制模块接收到的唤醒信号发送给数据分析与处理模块。

通讯模块也负责将数据分析与处理模块发出的NFC手机查询指令发送到点对点P2P协议模块，将数据分析与处理模块发出的RFID感应卡查询指令发送到RFID读卡模块。

数据分析与处理模块是主逻辑控制模块的核心，为一个有限状态机FSM，并具有运算能力。数据分析与处理模块根据中断处理模块与通讯模块发送来的点对点P2P协议模块的工作状态或手机ID、RFID读卡模块的工作状态或感应卡ID、通讯模块的工作状态和时序控制模块的工作状态，进行状态切换。数据分析与处理模块设有休眠、搜索、发送数据到NFC手机建立P2P通讯、从NFC手机接收数据、开锁延迟和读取感应卡状态。开机或初始状态为休眠状态。感应卡为ISO14443A、ISO14443B、Felica和ISO15693感应卡。通讯模块的工作状态为通讯模块将点对点P2P协议模块接收到的手机ID、RFID读卡模块接收到感应卡ID、外部输入与输出控制模块接收到的唤醒信号发送给数据分析与处理模块的过程，时序控制模块的工作状态为开锁延迟定时时间到时、NFC手机和四种卡轮流查询时间间隔的过程。

在休眠状态时，数据分析与处理模块从外部输入与输出控制模块接收到外部触发和唤醒的信息后，休眠状态将被切换到搜索状态，开始以100毫秒至500毫秒的间隔轮流搜索周边的NFC手机、ISO14443A、ISO14443B、Felica或ISO15693感应卡。

在搜索状态，如果点对点P2P协议模块发现有NFC手机出现在感应区域，数据分析与处理模块立刻切换到发送数据到NFC手机建立P2P通讯状态。进入该状态后，点对点P2P协议模块将数据分析与处理模块的查询NFC手机ID指令发送给NFC手机。NFC手机接收到查询指令后将自己的ID信号发出，点对点P2P协议模块将接收到NFC手机ID信号发送给数据分析与处理模块模块。接着，数据分析与处理模块模块读取EEPROM读写控制模块存储的NFC手机ID，并与点对点P2P协议模块接收到NFC手机ID进行比对，验证接收到的NFC手机ID与EEPROM读写控制模块存储的NFC手机ID相同后，数据分析与处理模块切换到开锁延迟状态。

在搜索状态，如果RFID读卡模块发现到ISO14443A、ISO14443B、Felica或ISO15693感应卡，数据分析与处理模块切换到读取ISO14443A、ISO14443B、Felica或ISO15693感应卡状态，感应卡的ID通过RFID读卡模块发送给数据分析与处理模块，数据分析与处理模块读取EEPROM读写控制模块存储的感应卡ID，将其与接收到的ID进行比对，验证接收到的感应卡ID与EEPROM读写控制模块存储的感应卡ID相同后，数据分析与处理模块切换到开锁延迟状态。

开锁延迟状态，数据分析与处理模块经外部输入与输出控制模块向第三方的电子锁控制模块发出开锁指令，同时通知时序控制模块开始计时，计时时间到后，时序控制模块告知数据分析与处理模块时间到，数据分析与处理模块被切换到休眠状态，同时通过外部输入与输出模块通知第三方的电子锁控制模块系统进入休眠状态。

点对点P2P协议模块是NFC手机与NFC手机电子锁控制系统通讯的桥梁，将数据分析与处理模块经通讯模块发送来的数据发送到NFC手机电子锁控制装置的NFC收发模块，同时将从NFC收发模块接收到的数据经通讯模块发送给数据分析与处理模块。

RFID读卡模块收到数据分析与处理模块经通讯模块发送的读卡指令后，以轮询方式，在100毫秒至500毫秒时间间隔内，开始轮流发出射频信号，查询NFC手机电子锁控制装置周围的感应卡。当感应卡接收到射频信号后，根据感应电流获得能量发射出存储在自身芯片中的ID信号，数据分析与处理模块经RFID读卡模块、通讯模块接收到感应区内感应卡发回的唯一ID信号，即查询成功。本实施例中RFID读卡模块识别ISO1443A协议、ISO1443B协议、Felica协议和ISO15693协议的感应卡。

EEPROM读写控制模块执行数据分析与处理模块的写指令，将NFC手机、ISO14443A、ISO14443B、Felica或ISO15693感应卡的ID数据存储在EEPROM中，包含ID数据和写入的地址，将写入成功或失败的信息返回给数据分析与处理模块。EEPROM读写控制模块执行数据分析与处理模块的读指令，将存储在EEPROM中的NFC手机、ISO14443A、ISO14443B、Felica或ISO15693感应卡的ID数据发送到数据分析与处理模块，与数据分析与处理模块接收到的NFC手机ID或感应卡ID进行比对。

外部输入与输出控制模块用于主逻辑控制模块与第三方的电子锁控制模块通信，进行串口通讯UART接收，接收第三方的电子锁控制模块发送来的唤醒信号，然后将其发送给数据分析与处理模块。进行串口通讯UART发送：从数据分析与处理模块接收开锁信号，然后将数据发送到第三方的电子锁控制模块。同时监控第三方的电子锁控制模块与数据分析与处理模块的通讯状态，通讯状态为发送完成、接收完成或通讯失败，外部输入与输出控制模块将通讯状态发送给数据分析与处理模块。

时序控制模块用于计时、计数或定时提醒，从数据分析与处理模块接受指令开始计数、计时或定时提醒，将计时、计数或定时提醒信息发送给数据分析与处理模块。

如图3所示，本发明的NFC手机电子锁控制装置（装置），设有控制单元，控制单元连接近距离无线通信NFC收发模块和外部接口，NFC收发模块经天线驱动模块接13.56MHz天线，外部接口接电源正极、电源负极、通用异步接收/发送装置UART。NFC手机电子锁控制装置与无线通信终端（NFC手机）无线联接，接收NFC手机发出的NFC手机ID和控制信号。

如图4所示，控制单元采用微芯公司的18F45K22单片机，18F45K22单片机的特点是：为低功耗，高性能RISC单片机，带有最大1024字节数据的电可擦可编程只读存储器EEPROM，其同步和异步收发器支持RS－485、RS－232或LIN线制接线，主同步串行口支持3线SPI，I²C主从模式。

NFC收发模块采用德州仪器公司TRF7970A芯片，它是一片多协议完全集成13.56MHz射频识别RFID和近距离无线通信NFC收发器集成电路。TRF7970A芯片的特点是：支持近距离无线通信NFC标准NFCIP-1(ISO/IEC18092)和NFCIP-2(ISO/IEC21481)，针对ISO15693,ISO18000-3,ISO14443A/B和Felica的完全集成协议处理，针对所有三位速率(106kbps,212kbps,424kbps)和卡仿真的集成编码器,解码器和数据组帧NFC发送方,有源和无缘目标方操作，针对NFC无源应当机仿真操作的带有可编程唤醒电平的RF场检测器，针对NFC物理层冲突避免的射频RF场，针对ISO14443A防冲突（不完整字节）操作（应答器模拟或者NFC无源目标方）的集成状态机，输入电源范围：2.7VDC至5.5VDC。NFC收发模块也可采用恩智蒲NXP公司的CLRC663芯片，实现所述功能。

外部接口采用DS-1021-4针脚，用于外部连接。脚距为2.54毫米。UART使用串口UART，波特率为9600bps，8位数据，1个停止位，无校验位。

电源由外部直流电源3VDC～5.5VDC经提外部接口给控制单元、NFC收发模块、天线驱动模块供电。开锁控制信号由手机发出。关锁控制信号是电子锁控制模块在延迟一段时间后自动产生的，延迟时间可由用户自定义设置。

天线驱动模块由电源稳压滤波电路、模拟收发电路、天线匹配电路组成。电源稳压滤波电路由串接在5V直流电源与地之间的并联连接的第十五电容C15与第十六电容C16、串接在TRF7970A芯片第3、4脚与地之间的并联连接的第十七电容C17和第十八电容C18、串接在TRF7970A芯片第1脚与地之间的并联连接的第十九电容C19和第二十电容C20构成。模拟收发电路由TRF7970A芯片第5脚，经并联连接的第二电容C2和第三电容C3，第一电感L1、并联连接的第六电容C6和第二电感L2、第二电阻R2、并联连接的第十二电容C12和第十三电容C13连接构成。天线匹配电路连接在模拟收发电路的第十二电容C12和第十三电容C13与地之间，由第十四电容C14、第二十八电容C28和第一电阻R1并联连接构成连接成。天线匹配电路与天线匹配电路并联连接。

13.56MHz天线为蚀刻在印刷线路板PCB板上的环形天线，工作在13.56MHz时阻抗为50欧姆，带宽为1.3MHz。

NFC手机为现有技术的手机，其内设有NFC通信芯片或电路，具有近距离无线通信NFC通讯功能，称为NFC手机。

主逻辑控制模块、点对点P2P协议模块、RFID读卡模块、EEPROM读写控制模块、外部输入与输出控制模块、时序控制模块构成的系统设置在NFC手机电子锁控制装置的控制单元。

系统用C程序语言实现，由MPLAB C18版本号：3.41编译完成。

中断处理模块侦听点对点P2P协议模块向NFC手机电子锁控制装置的NFC收发模块发送信息是否结束与成功的指令:

中断处理模块接收NFC收发模块的信息成功，将侦听到的工作状态反馈给数据分析与处理模块的指令:

通讯模块将点对点P2P协议模块接收到的手机身份标识号码ID发送给数据分析与处理模块的指令:

数据分析与处理模块从外部输入与输出控制模块接收到外部触发和唤醒的信息后，休眠状态将被切换到搜索状态的指令:

数据分析与处理模块以100毫秒至500毫秒的间隔轮流搜索周边的NFC手机、ISO14443A、ISO14443B、Felica或ISO15693感应卡的指令:

数据分析与处理模块发送数据到NFC手机建立P2P通讯的指令:

数据分析与处理模块模块读取EEPROM读写控制模块存储的NFC手机ID，与点对点P2P协议模块接收到NFC手机ID进行比对的指令:

数据分析与处理模块发给开锁延迟状态的指令:

如图5和图6所示，本发明的NFC手机电子锁控制系统工作时，其与第三方提供的电子锁控制模块通过通用异步接收与发送装置UART连接，电子锁控制模块控制锁机械结构，工作步骤如下：

一、系统在不工作的正常情况下，为低功耗休眠状态。在收到外部输入与输出控制模块传来的触发信号后，开始进入搜索状态。系统按200毫秒的间隔频率不停探测周围有没有NFC手机通讯请求或感应卡在本系统的射频范围内。外部输入与输出控制模块传来的触发信号可以是红外线、微波、某个频率的震动或开关信号，由电子锁控制模块通过通用异步接收与发送装置UART将上述的触发信号发送给NFC手机电子锁控制系统。

二、系统进入搜索状态后，当NFC手机靠近装置的环形天线5cm感应范围内时，天线驱动模块探测到有NFC手机通讯请求。天线驱动模块配合NFC收发模块将NFC手机通讯的请求告知控制单元，并等待控制单元的指令。系统进入搜索状态后，发现ISO14443A、ISO14443B、ISO15693或Felica感应卡在射频范围内，将读取卡的ID号。当超过12秒没有发现NFC手机的通讯请求或感应卡在本系统的射频范围内，系统返回到休眠状态，等待下一次通讯。

三、控制单元收到NFC手机通讯请求，通过NFC收发模块、天线驱动模块、环形天线发送给NFC手机查询信息,进入发送数据到手机建立P2P通讯状态。如果控制单元发现发送的查询信息没有得到NFC手机的应答，则说明通讯传输失败，系统返回到休眠状态，等待下一次通讯。

四、NFC手机接收查询信息后，验证收到的查询信息是否合法，然后将NFC手机唯一的ID加上开锁指令控制数据发送给系统。如果NFC手机发现收到的ID加上开锁指令控制数据不完整，则说明通讯传输失败，系统返回到休眠状态，等待下一次通讯。

五、控制单元收到NFC手机的ID后，系统进入从手机接收数据状态。控制单元将收到的手机ID与EEPROM内保存的ID进行比较验证，或系统将读取到的感应卡ID与EEPROM保存的ID比较验证，若一致发送开锁指令经外部接口、通用异步接收与发送装置UART至第三方提供的电子锁控制模块。如果控制单元收到的ID和与EEPROM保存的ID不一致，则说明该手机不是所授权的手机，不能开锁，系统返回到休眠状态，等待下一次通讯。控制单元也可将收到的ID通过外部接口发送到第三方的开锁装置，由第三方的开锁装置进行ID比对，并由第三方的开锁装置来决定是否开锁。

六、电子锁控制模块为电磁锁机构，收到开锁指令后，控制锁机械结构开锁，此时系统进入开始延迟状态。开锁延迟时间结束后，电磁锁机构发出关锁信号控制锁机械结构关锁，系统返回休眠状态。延迟时间用户可以设定，比如：设定开锁6秒后，自动关锁。延迟时间内装置也可以主动发出关锁指令给电磁锁机构，控制锁机械结构关锁。延迟时间结束后，系统返回到休眠状态，等待下一次通讯。

本发明的NFC手机电子锁控制装置可以在成本增加很少的情况下,完全替代并兼容现有技术的近距离感应卡锁控制装置，方便使用，环保，符合国家提出的物联网构思。可以推广到门锁,汽车锁或电梯楼层控制锁。同时，本发明也兼容当前市面已经在广泛使用的多种感应卡，如：ISO14443A、ISO14443B、ISO15693或Felica感应卡。这样也给用户一个人性化的选择，也使过渡到NFC手机完全替代感应卡不会显得非常生硬，这样对市场的推广也更加有利。

Claims

1.一种NFC手机电子锁控制系统，其特征在于：所述NFC手机电子锁控制系统设有主逻辑控制模块，主逻辑控制模块连接有与外部终端进行通信的模块、电可擦可编程只读存储器读写控制模块、外部输入与输出控制模块；

主逻辑控制模块用于状态转换、运算和发出开锁指令；

2.根据权利要求1所述的NFC手机电子锁控制系统，其特征在于：所述主逻辑控制模块连接有时序控制模块，用于计时、计数或定时提醒。

3.根据权利要求2所述的NFC手机电子锁控制系统，其特征在于：所述外部终端进行通信的模块是点对点协议模块和射频识别读卡模块。

4.根据权利要求3所述的NFC手机电子锁控制系统，其特征在于：所述主逻辑控制模块设有数据分析与处理模块、中断处理模块和通讯模块；

5.根据权利要求4所述的NFC手机电子锁控制系统，其特征在于：所述运算为数据分析与处理模块将手机或感应卡身份标识号码与电可擦可编程只读存储器内保存的身份标识号码进行比较验证，一致发送开锁指令。

6.根据权利要求4所述的NFC手机电子锁控制系统，其特征在于：所述运算为数据分析与处理模块将手机或感应卡身份标识号码与电可擦可编程只读存储器内保存的身份标识号码进行比较验证，不一致，等待下一次通讯。

7.根据权利要求5或6所述的NFC手机电子锁控制系统，其特征在于：所述感应卡为ISO14443A、ISO14443B、Felica和ISO15693感应卡。

8.一种NFC手机电子锁控制装置，其特征在于：所述NFC手机电子锁控制装置设有控制单元，控制单元连接近距离无线通信收发模块和外部接口，近距离无线通信收发模块经天线驱动模块接13.56MHz天线。

9.根据权利要求8所述的NFC手机电子锁控制装置，其特征在于：所述控制单元采用18F45K22单片机，近距离无线通信收发模块采用TRF7970A芯片，外部接口采用DS-1021-4针脚。

10.根据权利要求9所述的NFC手机电子锁控制装置，其特征在于：所述天线驱动模块由电源稳压滤波电路、模拟收发电路、天线匹配电路组成；

所述天线匹配电路连接在模拟收发电路的第十二电容和第十三电容与地之间，由第十四电容、第二十八电容和第一电阻并联连接构成连接成；

所述13.56MHz天线为蚀刻在印刷线路板板上的环形天线。