CN103726722A - 具有转动手感的手轮密码锁 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全新的电子密码锁技术方案，一反传统看着装置输入密码的设计定势，对增量编码器构成的手轮以旋转量和方向的变化输入密码，该手轮不设置刻度指示，设置转动手感机构，利用转动手感替代视觉进行分辨，其转动手感只能被操作者本人所感知，从根本上解决了密码锁的安全难题，提高了密码锁的安全性能。本发明的手轮密码锁无键、无匙、无屏，双向旋转手轮输入密码操作连贯顺手；可满足盲人用户使用；简化了结构便于防尘防水。在保险箱柜锁、汽车锁、电动车锁、酒店锁、防盗门锁、国防、保密设施的防盗等领域具有广阔的应用前景。

Description

具有转动手感的手轮密码锁

技术领域

本发明涉及防盗领域，尤其涉及一种电子密码锁。

背景技术

目前，密码锁主要分为机械和电子两类，机械密码锁以拨码盘式密码锁较为先进，输入密码的过程类似操作老式拨盘电话，外部一个拨码盘带动拨码机构转动，依次拨动多片环状密码盘转动到预定位，再逆时针转动旋钮开启锁舌实现开锁，机械密码锁具有结构简单、操作方便特点。但大多存在密码位数或密钥量不多；只能预置一个密码而且不易变换等不足，操作时拨码盘的密码刻度也容易被旁观或窥视，在安全等级要求较高或公共场合的使用受限。

电子密码锁可以克服机械密码锁的上述不足，但是普遍存在结构复杂、成本高、防尘防水性能差问题，尤其是带有明码键盘的密码锁操作时很容易被旁观或窥视造成泄密；此外还存在键盘表面会留下使用痕迹而造成泄密。

 CN1605702 转盘式密码锁密码输入和密码识别装置提出了一种解决方案，把转盘的机械转动角度和方向转换为电信息替代明码键盘输入密码，但不足之处是仍需要显示密码信息，密码信息显示的同时也可能被他人窥视而造成泄密。

作为防盗器具的密码锁其安全性至关重要，解决上述技术不足和防止窥视，进一步提高密码锁的安全性，已经成为防盗领域的一道难题。

发明内容

(1) 要解决的技术问题

以往的密码锁都是“看着”装置进行操作，没有脱离对视觉的依赖，不可避免地采用刻度指示、明码键盘或数字显示界面，用户依靠显示的信息来确认所输入的密码，在信息显示的同时也会被他人窥视而造成密码的泄露。

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种集机械和电子两类密码锁的优势，结构简单、操作方便、不怕窥视、密钥量大、容易变换预置密码尤其是安全性能高的密码锁技术方案。

 (2) 技术方案

手轮又称手动脉冲发生器，已广泛用于数控机床、印刷机械等领域，由增量式旋转光电编码器构成的手轮具有A、B两组脉冲输出，通过计数脉冲量可衡量其旋转量，通过检测相位差可判断其方向。

本发明提出一种基于这种光电增量编码原理输入密码，不依赖视觉的密码锁。 

一种具有转动手感的手轮密码锁，其包括：

用于设置和保存预置密码的存储单元；

用于指示工作状态的指示单元；

用于开锁和闭锁的执行单元；

用于提供工作电源的电源单元；

用于检测信息、数据处理、输出控制的处理单元；

其特点在于，还包括：

用于将手动旋转量N转换成脉冲信息的手轮；

所述的手轮主要由增量式旋转编码器构成，它将N和方向的变化转换为A、B两组脉冲的变化，A、B分别与处理单元连接；该手轮不设置刻度指示，设置转动手感机构，转动手感与N同步；

用户旋转手轮，按照输入规则输入密码，利用转动手感替代视觉进行分辨；

所述的处理单元通过对手轮的A、B计数来测量其N值，通过A、B相位差来判断其方向，按照上述输入规则翻译成密码，根据验证规则进行密码检验，当符合授权条件时向执行单元发出开锁指令；

不设置刻度指示的手轮具有密码输入的隐蔽性，旁观者即便目不转睛也难以对N进行分辨，无法识别和破解由此产生的密码。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述转动手感机构的设置，选择下列其一方案：

采用实心轴增量编码器，在其内部设置转动手感机构； 

采用空心轴增量编码器，在其外设的旋转轴上设置转动手感机构，该机构包括弹性元件，使手轮在旋转时的转矩产生弹力变化；

外设转动手感机构的优选方案：一个内圆构件，该构件的内壁上均匀设置柱状凸起物，凸起物的数量及分布使转动手感与N同步，一个转子，在转子中心向外对称地打孔至少两个，每个孔内安装一个弹簧，每个弹簧顶着一个滚珠作用于上述内圆构件的内壁上，手轮的外设旋转轴与转子连接；

转动手感与N同步是指转动手感机构与光电编码的频率匹配，其效果是：手轮的每一个旋转量产生一个转动手感，操作者的手被感到“咔挞”一下，同时被处理单元计数为一个N值；

转动手感只能被操作者本人所感知，恰好符合密码输入的安全要素，用户以此验证N的变化结果，消除因旋转幅度小可能带来的虚幻感，树立并强化对密码输入装置的信任，替代人们对直观视觉的依赖，这种“摸着”手轮默数着N值的操作方式，也满足盲人用户使用，产生了意想不到的效果。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述的输入规则采用单向输入方式，包括：

用户的输入，以顺时针旋转的N来对应所需要输入的密码，两者的对应关系由字符集约定，以反向旋转一个N来结束该位密码的输入；

处理单元的翻译，当N>0时表示用户输入密码，当N=N-1时表示该位密码输入的结束，此时提取N值，令N=N+1，按照上述字符集翻译成密码；

以上把顺时针方向的N值假设为正，是为了适应大多数人的操作习惯；

这种单向旋转手轮输入密码的操作方式优于老式拨盘电话，每次输入N值以后只需倒退一格，避免了返回初始位置所需要的对位操作，也节省了操作时间。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述的输入规则采用双向输入方式，包括：

用户的输入，以第一旋转方向输入奇数位密码，第二旋转方向输入偶数位密码，每次旋转使N对应所需要输入的密码，两者的对应关系由字符集约定，以转向来结束每一位密码的输入；

处理单元的翻译，以方向变化来判定该位密码输入的结束，此时提取方向变化前的N值，按照上述字符集翻译成密码；

该项规则，第一旋转方向是顺时针或是逆时针的选择是任意的，最后一位密码的输入亦以转向而告终；

双向输入方式又比单向输入方式更加节省了操作时间，往返旋转的行程中没有无效输入，用户也会因此感到操作连贯和顺手。

如上手轮密码锁输入规则的进一步方案是，

以上输入规则中所述的字符集，包括下列的其中一种：

由数字组成的字符集；由字母组成的字符集；由数字和字母混合组成的字符集，其中：

数字字符集的约定为：N值的1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，分别对应密码数字的1,2,3,4,5,6,7,8,9,0，N的有效值为1到10。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述的存储单元，包括：

用于带电擦写和保存密码的只读存储器EEPROM；

用于写入操作的设置开关；

用于在EEPROM的空间划分密码组别的拨码开关；

所述的密码设置方法，先将拨码开关拨置需要的密码组别，操作设置开关使EEPROM为写入状态，旋转手轮按照输入规则写入密码；

这种设置方法可供用户随时变换预置的密码，可以进行多组设置，同时生效。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述的电源单元，选择下列的其中一种类型：

电池组；

手摇发电的微型发电机、储能电容器及稳压电路；

手摇发电方案配合EEPROM存储方案，可避免密码锁更换电池的烦恼。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述的指示单元，包括下列的一种或组合：

一个发光二级管LED指示灯，响应处理单元的控制：待机状态为熄灭；输入和写入状态为闪亮；开锁状态为常亮；

一个蜂鸣器，响应处理单元的控制：在状态改变、输入密码时进行音响提示。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述的验证规则，包括：

处理单元对所输入的密码与预置密码进行逐位检验，从输入密码与预置密码的第一位相符算起，在规定的密码长度内连续相符则判定为授权，发出开锁指令；

如果预置密码不止一组，上述检验任务对于每组预置密码均有效，只要有一组符合授权条件，发出开锁指令；

期间，当发生输入超时，即在规定时间内没有手轮操作信息，处理单元结束检验任务，进入待机状态；

所述的密码位长度不限，可视安全等级划分级别，也可由用户指定，密码位长度由处理单元的编程确定；

该验证规则给用户提供的输入次数不限，在输入有效密码之前容许先输入一些假码，以迷惑旁观者。

如上手轮密码锁的进一步方案是，

所述的执行单元采用磁保持电磁铁，其开锁动作响应处理单元发出的开锁指令，闭锁动作选择下列的其中一种：

手动闭锁，机械力使磁保持电磁铁回到闭锁状态；

延时闭锁，处理单元开锁后延时自动发出闭锁指令；

操作手轮，用户任意转动手轮，处理单元输出闭锁指令；

所述的开锁和闭锁指令是脉冲信号，磁保持电磁铁只需一定宽度的脉冲信号触发完成开锁和闭锁，因此非常节约电能。

 (3) 有益效果：

本发明提供一种全新的电子密码锁技术方案，一反传统看着装置输入密码的设计定势，对增量编码器构成的手轮以旋转量和方向的变化输入密码，该手轮不设置刻度指示，设置转动手感机构，利用转动手感替代视觉进行分辨，其转动手感只能被操作者本人所感知，因此从根本上解决了密码锁的安全难题。

本发明并非仅仅是对CN1605702的改良，利用转动手感替代视觉彻底改变了现有密码锁的操作方式，该项技术创新具有显著的积极效果，它摆脱了密码输入对于视觉的依赖，完全避免了刻度指示、明码键盘或数字显示界面；简化了产品结构；提高了密码锁的安全性能，该项技术具有广阔的应用前景。

本发明设计的具有转动手感的手轮密码锁，成功地将机械转动与电子数据处理相结合，同时兼备了机械锁结构简单和电子锁数据处理灵活的特点，与现有技术相比具有如下明显优势：

无键、无匙、无屏，不怕窥视也不会留下使用痕迹；

密码位长度不限由编程确定，可划分不同的安全等级；

用户可随时变换预置密码，可多组设置，同时生效；

双向旋转手轮输入密码，操作连贯、顺手、简单、方便；

凭借转动手感输入密码，同时满足盲人用户使用；

手轮兼做门的执手，简化了结构，便于防尘防水。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是手轮密码锁原理框图；

图2是第一实施例 实心轴手轮密码锁示意图；

图3是第二实施例 空心轴手轮密码锁示意图；

图4是第二实施例 空心轴手轮密码锁的转动手感机构示意图。

图中 1.指示单元，包括 101. LED指示灯，102. 蜂鸣器，2.处理单元，3.手轮，4.存储单元，包括401. EEPROM，402.设置开关，403.拨码开关，5.执行单元，6.电源单元，7.转动手感机构，包括：701内圆构件，702柱状凸起物，703转子，704弹簧，705滚珠，8.旋转轴，9.手轮旋钮。

在图1中，指示单元1与处理单元2连接；手轮3的两组脉冲输出A、B分别与处理单元2连接；存储单元4与处理单元2连接；处理单元2连接执行单元5；电源单元6向各个单元供电。

根据本发明构思和原理，可设计出不同的转动手感机构、输入规则、电源类型、闭锁方式以及不同的外形构造组合的手轮密码锁，以适用不同的应用场合，下面就其中二种典型应用，分别举例具体实施方式。

具体实施方式

本发明第一实施例是实心轴手轮密码锁，采用双向输入规则、6位验证规则、电池组电源、手轮闭锁如图2所示，在图中，指示单元包括LED指示灯101和蜂鸣器102，分别与处理单元2连接；手轮3由增量式旋转编码器构成，选用实心轴和内部具有转动手感功能配置的现有产品，输出A、B两组脉冲，分别与处理单元2连接，手轮旋钮9兼做门的执手；处理单元2主要由单片机及外围电路构成，安装在一块电路板上；电路板上还有存储单元4，包括 EEPROM 401，设置开关402，拨码开关403；执行单元5采用磁保持电磁铁，与处理单元2连接；电源单元6采用电池组，向各个单元供电。

该密码锁的工作过程，结合图1、图2说明如下：

唤醒：密码锁的待机为低功耗状态，用户随意转动手轮3，处理单元2检测到脉冲后启动唤醒程序，使电源单元6向各个单元正常供电；

指示：处理单元2控制指示单元，指示灯101由待机的熄灭状态变成闪动，蜂鸣器102嘀的一声，以指示用户输入；

输入：用户旋转手轮3，按照双向输入规则以N和方向的变化输入密码，利用转动手感替代视觉进行分辨，每输入一位密码蜂鸣器102嘀的一声；

翻译：手轮3将其N和方向的变化转换为A、B两组脉冲的变化；处理单元2通过对A、B计数来测量其N值，通过A、B相位差判断其方向，按照双向输入规则翻译成密码；

验证：处理单元2对所输入的密码与预置密码进行逐位检验，从输入密码与预置密码的第一位相符算起，连续6位相符时则判定为授权，发出开锁指令，6位检验过程中只要有一位不符则中断检验任务；如果预置密码不止一组，上述的检验任务对于每组预置密码均有效，只要有一组符合授权条件，发出开锁指令；期间，当发生输入超时，即在规定时间60秒内没有手轮操作信息，处理单元2结束检验任务，指示灯101熄灭，进入待机状态；

开锁：开锁指令向磁保持电磁铁5输出一个脉冲信号，磁保持电磁铁5动作开锁，指示灯101常亮10秒钟，蜂鸣器102嘀的一声，提示用户开门；

闭锁：本实施例选择用户操作手轮的闭锁方式，在开锁状态下，用户任意转动手轮3，处理单元2收到脉冲后输出闭锁指令，磁保持电磁铁5闭锁，整机进入待机状态；

写入：用户设置或修改预置密码，先将拨码开关403拨置需要的密码组别，4位的拨码开关可以划分16个密码组别，合上设置开关402使EEPROM 401为写入状态，指示灯101闪动表示可以写入，用户旋转手轮3按照双向输入规则以N和方向的变化写入密码，每输入一位蜂鸣器102嘀的一声，六位全部完成后将设置开关402断开。

本发明第二实施例是空心轴手轮密码锁，采用单向输入规则、6位验证规则、手摇发电、手动闭锁如图3所示，在图中，手轮3采用空心轴增量编码器，与旋转轴8连接，轴上设置转动手感机构7，电源单元6采用手摇微型发电机、储能电容器及稳压电路，发电机的轴与旋转轴8通过齿轮传动，此为公知技术其图略，其他单元同第一实施例；

转动手感机构7如图4示意，一个内圆构件701，该构件的内壁上均匀设置柱状凸起物702，凸起物的数量及分布使转动手感与N同步，一个转子703，在其中心向外对称地打孔两个，每个孔内安装一个弹簧704，每个弹簧顶着一个滚珠705作用于上述内圆构件701的内壁上，手轮的外设旋转轴8与转子703连接，该机构使手轮3旋转时的转矩产生弹力变化。

该密码输入装置的工作过程，结合图1、图3说明如下：

发电：转动手轮旋钮9通过齿轮传动使手摇微型发电机6发电；

指示：当发电达到工作电压时，处理单元2控制指示灯101由待机的熄灭状态变成闪动，蜂鸣器102嘀的一声，以指示用户输入；

输入：用户旋转手轮3，按照单向输入规则以N和方向的变化输入密码，利用转动手感替代视觉进行分辨，每输入一位密码蜂鸣器102嘀的一声；

翻译：手轮3将其N和方向的变化转换为A、B两组脉冲的变化；处理单元2通过对A、B计数来测量其N值，通过A、B相位差判断其方向，按照单向输入规则翻译成密码；

验证：同第一实施例；

开锁：同第一实施例；

闭锁：本实施例选择手动机构闭锁，机械力使磁保持电磁铁回到闭锁状态；

写入：同第一实施例。

上述两个实施例密码锁的用户体验是：密码锁无键、无匙、无屏，利用转动手感替代视觉输入密码简单易学，稍加练习就可熟悉上手，旋转手轮时采用双向方式操作，操作过程连贯、顺手、简单，也能够满足盲人用户使用。

上述密码锁的旁观者体验是：手轮旋钮兼做门的执手结构简单，单灯单轮的面板简化了密码锁的构造，不怕窥视也不会留下使用痕迹，便于防尘防水。

需要指出，本发明并不限于上述列举的实施例，鉴于本发明的技术贡献，在保险箱柜锁、汽车锁、电动车锁、酒店门禁、防盗门锁、以及国防、保密设施的防盗等领域具有广阔的应用前景。

对于相关技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下做出的替换；或把本发明技术特征的可选要素进行不同的组合，基于本发明技术原理方案设计的应用产品，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有转动手感的手轮密码锁，其包括：

用于设置和保存预置密码的存储单元；

用于指示工作状态的指示单元；

用于开锁和闭锁的执行单元；

用于提供工作电源的电源单元；

用于检测信息、数据处理、输出控制的处理单元；

其特征在于，还包括：

用于将手动旋转量N转换成脉冲信息的手轮；

所述的手轮主要由增量式旋转编码器构成，它将N和方向的变化转换为A、B两组脉冲的变化，A、B分别与处理单元连接；该手轮不设置刻度指示，设置转动手感机构，转动手感与N同步；

用户旋转手轮，按照输入规则输入密码，利用转动手感替代视觉进行分辨；

所述的处理单元通过对手轮的A、B计数来测量其N值，通过A、B相位差来判断其方向，按照上述输入规则翻译成密码，根据验证规则进行密码检验，当符合授权条件时向执行单元发出开锁指令。

2.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述转动手感机构的设置，选择下列其一方案：

采用实心轴增量编码器，在其内部设置转动手感机构； 

采用空心轴增量编码器，在其外设的旋转轴上设置转动手感机构，该机构包括弹性元件，使手轮在旋转时的转矩产生弹力变化。

3.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述的输入规则采用单向输入方式，包括：

用户的输入，以顺时针旋转的N来对应所需要输入的密码，两者的对应关系由字符集约定，以反向旋转一个N来结束该位密码的输入；

处理单元的翻译，当N>0时表示用户输入密码，当N=N-1时表示该位密码输入的结束，此时提取N值，令N=N+1，按照上述字符集翻译成密码。

4.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述的输入规则采用双向输入方式，包括：

用户的输入，以第一旋转方向输入奇数位密码，第二旋转方向输入偶数位密码，每次旋转使N对应所需要输入的密码，两者的对应关系由字符集约定，以转向来结束每一位密码的输入；

处理单元的翻译，以方向变化来判定该位密码输入的结束，此时提取方向变化前的N值，按照上述字符集翻译成密码。

5.根据权利要求3或4所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

以上输入规则中所述的字符集，包括下列的其中一种：

由数字组成的字符集；由字母组成的字符集；由数字和字母混合组成的字符集，其中：

数字字符集的约定为：N值的1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，分别对应密码数字的1,2,3,4,5,6,7,8,9,0，N的有效值为1到10。

6.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述的存储单元，包括：

用于带电擦写和保存密码的只读存储器EEPROM；

用于写入操作的设置开关；

用于在EEPROM的空间划分密码组别的拨码开关；

所述的密码设置方法，先将拨码开关拨置需要的密码组别，操作设置开关使EEPROM为写入状态，旋转手轮按照输入规则写入密码。

7.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述的电源单元，选择下列的其中一种类型：

电池组；

手摇发电的微型发电机、储能电容器及稳压电路。

8.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述的指示单元，包括下列的一种或组合：

一个发光二级管LED指示灯，响应处理单元的控制：待机状态为熄灭；输入和写入状态为闪亮；开锁状态为常亮；

一个蜂鸣器，响应处理单元的控制：在状态改变、输入密码时进行音响提示。

9.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述的验证规则，包括：

处理单元对所输入的密码与预置密码进行逐位检验，从输入密码与预置密码的第一位相符算起，在规定的密码长度内连续相符则判定为授权，发出开锁指令；

如果预置密码不止一组，上述检验任务对于每组预置密码均有效，只要有一组符合授权条件，发出开锁指令；

期间，当发生输入超时，即在规定时间内没有手轮操作信息，处理单元结束检验任务，进入待机状态。

10.根据权利要求1所述的具有转动手感的手轮密码锁，其特征在于，

所述的执行单元采用磁保持电磁铁，其开锁动作响应处理单元发出的开锁指令，闭锁动作选择下列的其中一种：

手动闭锁，机械力使磁保持电磁铁回到闭锁状态；

延时闭锁，处理单元开锁后延时自动发出闭锁指令；

操作手轮，用户任意转动手轮，处理单元输出闭锁指令。

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