CN104033039A - 一种电子锁头、钥匙及开锁控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电子锁头、钥匙及开锁控制方法属于锁具设备技术领域，尤其涉及一种电子锁头、钥匙及开锁控制方法。本发明提供一种耗电量小、结构简单、稳定性好的电子锁头、钥匙及开锁控制方法。本发明电子锁头包括外围壳体，外围壳体内侧为锁芯，其结构要点锁芯前端设置有钥匙触点和钥匙插槽，锁芯中部为腔体，腔体内设置有锁芯电路板，腔体侧壁设置有第一开口，第一开口处设置有锁止永磁元件，与锁止永磁元件相对侧的腔体内设置有固定永磁元件，固定永磁元件和锁止永磁元件周围缠绕设置有电磁线圈，外围壳体内壁相应于锁止永磁元件设置有卡槽；锁芯电路板上设置有锁芯控制器，锁芯控制器的电源输入端口和信号传输端口均与钥匙触点相连。

Description

一种电子锁头、钥匙及开锁控制方法

技术领域

本发明属于锁具设备技术领域，尤其涉及一种电子锁头、钥匙及开锁控制方法。

背景技术

现在市场上称为电子锁的产品，采用的电子结构分为通信和供电两部分，电子锁芯的实现方式为3点以上，即：正、负电源、通信。电子锁芯与钥匙的触点至少在3个以上，最终实现电子锁的判断开锁。例如专利：200520092042.9

(4触点)、专利：ZL201110087490.X (3触点) ，这两个专利中锁芯的触点都在3点以上。触点的多少，很大程度上影响了开锁的质量，触点越多，需要开锁的人将电子钥匙与锁芯完全接触的精度越高。

市面上的无源电子锁共有两类1.执行机构为微电机或是步进电机。其不足：结构复杂，密封困难，工艺性不好，故障点较多。没有自复位机构，锁止时需人工重复操作一次，造成锁止（开、闭锁）麻烦或是遗漏，存在潜在的安全问题。

2.执行机构开、闭锁锁舌为铁芯。其不足：复位机构由于采用弹性元件复位，对弹性元件要求高，并且驱动电流大，需高容量电池驱动。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种耗电量小、结构简单、稳定性好的电子锁头、钥匙及开锁控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明电子锁头包括外围壳体，外围壳体内侧为锁芯，其结构要点锁芯前端设置有钥匙触点和钥匙插槽，锁芯中部为腔体，腔体内设置有锁芯电路板，腔体侧壁设置有第一开口，第一开口处设置有锁止永磁元件，与锁止永磁元件相对侧的腔体内设置有固定永磁元件， 固定永磁元件和锁止永磁元件周围缠绕设置有电磁线圈，外围壳体内壁相应于锁止永磁元件设置有卡槽；锁芯电路板上设置有锁芯控制器，锁芯控制器的电源输入端口和信号传输端口均与钥匙触点相连，钥匙触点通过锁芯开关控制器件与所述电磁线圈相连，锁芯控制器的控制信号输出端口与锁芯开关控制器件的控制端口相连。

作为一种优选方案，本发明所述钥匙触点的截面为T形，T形的大头端为钥匙接触端，钥匙触点外壁与所述腔体内壁之间设置有绝缘套。

作为另一种优选方案，本发明所述第一开口相对侧的腔体侧壁设置有第二开口，第一开口与第二开口之间设置有导向套管，所述固定永磁元件固定在导向套管内上端，锁止永磁元件活动置于导向套管内下部，所述电磁线圈采用电磁螺线管，电磁螺线管围绕在导向套管外侧。

作为另一种优选方案，本发明所述导向套管上端设置有通孔，导向套管内由上部第一圆柱腔体和下部第二圆柱腔体组成，第一圆柱腔体横截面小于第二圆柱腔体横截面。

作为另一种优选方案，本发明所述锁芯控制器采用单片机，锁芯开关控制器件采用三极管，单片机电源端分别与二极管D2阴极、电容一端、单片机充电检测端口相连，电容另一端接地，二极管D2阳极与所述钥匙触点相连；电磁线圈一端与三极管相连，另一端接地。

本发明电子钥匙内部设置有钥匙电路板和电池，钥匙电路板上设置有钥匙控制器，钥匙表面设置有控制钥匙控制器运行的开关，电池通过钥匙开关控制器件与钥匙插头相连，钥匙插头与钥匙控制器信号传输端口相连，钥匙控制器的控制信号输出端口与钥匙开关控制器件的控制端口相连。

作为一种优选方案，本发明所述钥匙插头包括插头外壳和中部触杆，插头外壳与中部触杆之间设置有触头绝缘套，触杆与所述钥匙控制器信号传输端口相连。

作为另一种优选方案，本发明所述钥匙表面设置有指示灯和蜂鸣器，指示灯端口、蜂鸣器端口分别与所述钥匙控制器控制信号输出端口相连。

本发明开锁控制方法包括以下步骤。

按控制钥匙控制器运行的开关启动钥匙控制器单片机IC1运行，钥匙控制器单片机IC1首先打开钥匙开关控制器件三极管N1，将电源VCC加载至钥匙插头R/T点，使R/T点成为电源线为锁头电路供电。

当锁头电路储能电容充电完成后，钥匙控制器单片机IC1断开钥匙开关控制器件三极管N1，释放R/T点，使之成为传递数据的通讯线，并通过信号传输端口PD0、PD1将协议规定的数据加载至R/T点，加载完成后等待锁头电路应答，锁头电路接受到数据后，根据协议规定进行数据格式、数据位数、开锁权限、开锁时效的验证；验证成功则驱动开锁机构电磁线圈开锁，回传开锁成功信号，保存开锁记录；验证失败则回传相应的错误信号，钥匙控制器单片机IC1若接收到开锁成功信号则保存开锁记录并打开钥匙开关控制器件三极管N1为锁头驱动机构持续提供电源直至钥匙与锁头分离，若接受到开锁失败信号则从新开始。

电子钥匙经由钥匙触点power点通过二极管D2为电容C1充电，当电容C1的电压达到锁芯控制器单片机IC1的工作电压时，锁芯控制器单片机IC1开始运行，锁芯控制器单片机IC1运行后不断检测power点状态，当power点出现物理层通讯协议定义的特定脉宽的低电平信号时，单片机IC1以相应的物理层通讯协议定义的特定脉宽的低电平信号应答，无信号时，即为电容C1充电；如此反复完成电子钥匙和锁芯的数据传递；当数据传递完毕，锁芯控制器单片机IC1进行权限、时效等验证，若验证通过，则控制锁芯开关控制器件三极管N1来驱动执行机构电磁线圈完成开锁。

作为一种优选方案，本发明所述按钥匙上的按键触发单片机运行，单片机运行后30秒内无按键操作及数据传递，则自动停机；钥匙和锁头内的单片机进行双向开锁权限的认证。

本发明有益效果。

本发明锁止机构运用一对极性相反的永磁元件，一方面使得整体结构非常简单，工艺性好，大大减少了执行元件的数量，使得工作更加可靠。另一方面由于永磁元件在驱动电流很小的情况下就能可靠工作，从而降低了对电池容量的较高要求，使得开门次数大大提高。

本发明锁芯控制器的电源输入端口和信号传输端口均与钥匙触点相连，钥匙触点通过锁芯开关控制器件与所述电磁线圈相连；这样供电及信号传输均通过钥匙触点，即采用两点通讯（其中一点为地），在简化了结构的同时，提高了产品的工艺性和稳定性，减少了故障点，从而降低了产品的成本，适合产品批量生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明电子锁头结构示意图。

图2是本发明电子锁头分解图。

图3是本发明电子锁头锁止状态示意图。

图4是本发明电子锁头开锁状态示意图。

图5是本发明电子钥匙结构示意图。

图6本发明电子钥匙分解图。

图7是本发明电子锁头电路原理图。

图8是本发明电子钥匙电路原理图。

图中，1. 外围壳体、2.锁芯、3.电磁线圈、4.固定永磁元件、5.锁止永磁元件、6.导向套管、7.接地片、8.锁芯电路板、9.绝缘套、10.钥匙接触端、11.插头外壳、12.触头绝缘套、13.中部触杆、14.上盖、15.下盖、16.骨架、17.开关、18.电池盖、19.钥匙电路板、20.电池、21.卡槽。

具体实施方式

如图所示，本发明电子锁头包括外围壳体，外围壳体内侧为锁芯，其结构要点锁芯前端设置有钥匙触点和钥匙插槽，锁芯中部为腔体，腔体内设置有锁芯电路板，腔体侧壁设置有第一开口，第一开口处设置有锁止永磁元件，与锁止永磁元件相对侧的腔体内设置有固定永磁元件， 固定永磁元件和锁止永磁元件周围缠绕设置有电磁线圈，外围壳体内壁相应于锁止永磁元件设置有卡槽；锁芯电路板上设置有锁芯控制器，锁芯控制器的电源输入端口和信号传输端口均与钥匙触点相连，钥匙触点通过锁芯开关控制器件与所述电磁线圈相连，锁芯控制器的控制信号输出端口与锁芯开关控制器件的控制端口相连。

所述钥匙触点的截面的T形，T形的大头端为钥匙接触端，钥匙触点外壁与所述腔体内壁之间设置有绝缘套。

所述第一开口相对侧的腔体侧壁设置有第二开口，第一开口与第二开口之间设置有导向套管，所述固定永磁元件固定在导向套管内上端，锁止永磁元件活动置于导向套管内下部，所述电磁线圈采用电磁螺线管，电磁螺线管围绕在导向套管外侧。

所述导向套管上端设置有通孔，导向套管内由上部第一圆柱腔体和下部第二圆柱腔体组成，第一圆柱腔体横截面小于第二圆柱腔体横截面。如此设置，便于调整永磁元件相互的排斥力，电磁线圈在耗电量小的情况下产生的磁力能够克服永磁元件间的相互排斥力。

所述锁芯控制器采用单片机，锁芯开关控制器件采用三极管，单片机电源端分别与二极管D2阴极、电容一端、单片机充电检测端口相连，电容另一端接地，二极管D2阳极与所述钥匙触点相连；电磁线圈一端与三极管相连，另一端接地。

本发明电子钥匙内部设置有钥匙电路板和电池，钥匙电路板上设置有钥匙控制器，钥匙表面设置有控制钥匙控制器运行的开关，电池通过钥匙开关控制器件与钥匙插头相连，钥匙插头与钥匙控制器信号传输端口相连，钥匙控制器的控制信号输出端口与钥匙开关控制器件的控制端口相连。

所述钥匙插头包括插头外壳和中部触杆，插头外壳与中部触杆之间设置有触头绝缘套，触杆与所述钥匙控制器信号传输端口相连。

所述钥匙表面设置有指示灯和蜂鸣器，指示灯端口、蜂鸣器端口分别与所述钥匙控制器控制信号输出端口相连。指示灯用于指示当前的操作状态，开锁时，钥匙控制器控制指示灯快速闪烁；通讯时，钥匙控制器可控制指示灯慢速闪烁。蜂鸣器用于提示操作结果，可设置按键操作响一声，开锁成功响两声，电池欠压快响5声，触点短路慢响5声。

所述钥匙控制器采用单片机，钥匙开关控制器件采用三极管，指示灯采用LED。

本发明开锁控制方法包括以下步骤。

按控制钥匙控制器运行的开关启动钥匙控制器单片机IC1运行，钥匙控制器单片机IC1首先打开钥匙开关控制器件三极管N1，将电源VCC加载至钥匙插头R/T点，使R/T点成为电源线为锁头电路供电。

当锁头电路储能电容充电完成后，开关启动钥匙控制器单片机IC1再断开钥匙开关控制器件三极管N1，释放R/T点，使之成为传递数据的通讯线，并通过信号传输端口PD0、PD1将协议规定的数据加载至R/T点，加载完成后等待锁头电路应答，锁头电路接受到数据后，根据协议规定进行数据格式、数据位数、开锁权限、开锁时效的验证；验证成功则驱动开锁机构电磁线圈开锁，回传开锁成功信号，保存开锁记录；验证失败则回传相应的错误信号，钥匙控制器单片机IC1若接收到开锁成功信号则保存开锁记录并打开钥匙开关控制器件三极管N1为锁头驱动机构持续提供电源直至钥匙与锁头分离，若接受到开锁失败信号则从新开始。

电子钥匙经由钥匙触点power点通过二极管D2为电容C1充电，当电容C1的电压达到锁芯控制器单片机IC1的工作电压时，锁芯控制器单片机IC1开始运行，锁芯控制器单片机IC1运行后不断检测power点状态，当power点出现物理层通讯协议定义的特定脉宽的低电平信号时，单片机IC1以相应的物理层通讯协议定义的特定脉宽的低电平信号应答，无信号时，即为电容C1充电；如此反复完成电子钥匙和锁芯的数据传递；当数据传递完毕，锁芯控制器单片机IC1进行权限、时效等验证，若验证通过，则控制锁芯开关控制器件三极管N1来驱动执行机构电磁线圈完成开锁。

所述按钥匙上的按键触发单片机运行，单片机运行后30秒内无按键操作及数据传递则自动停机；钥匙和锁头内的单片机进行双向开锁权限的认证。

图8中IC2为时钟芯片，为系统提供实时时钟，用于记录操作时间。

下面结合附图说明本发明的工作过程。

1.锁止状态：固定永磁元件与锁止永磁元件极性相反，互相排斥（与弹簧作用相同），使得锁止永磁元件始终进入锁体卡槽，锁芯部分不能转动，达到锁止状态。

2.开锁状态：一旦授权成功，控制电路给电磁螺线管供电，使其产生磁场，锁止永磁元件在磁场作用下向固定永磁元件运动，脱离锁体卡槽，此时可转动锁芯部分并带动执行机构动作，达到开锁状态。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电子锁头，包括外围壳体，外围壳体内侧为锁芯，其特征在于锁芯前端设置有钥匙触点和钥匙插槽，锁芯中部为腔体，腔体内设置有锁芯电路板，腔体侧壁设置有第一开口，第一开口处设置有锁止永磁元件，与锁止永磁元件相对侧的腔体内设置有固定永磁元件， 固定永磁元件和锁止永磁元件周围缠绕设置有电磁线圈，外围壳体内壁相应于锁止永磁元件设置有卡槽；锁芯电路板上设置有锁芯控制器，锁芯控制器的电源输入端口和信号传输端口均与钥匙触点相连，钥匙触点通过锁芯开关控制器件与所述电磁线圈相连，锁芯控制器的控制信号输出端口与锁芯开关控制器件的控制端口相连。

2.根据权利要求1所述电子锁头，其特征在于所述钥匙触点的截面为T形，T形的大头端为钥匙接触端，钥匙触点外壁与所述腔体内壁之间设置有绝缘套。

3.根据权利要求1所述电子锁头，其特征在于所述第一开口相对侧的腔体侧壁设置有第二开口，第一开口与第二开口之间设置有导向套管，所述固定永磁元件固定在导向套管内上端，锁止永磁元件活动置于导向套管内下部，所述电磁线圈采用电磁螺线管，电磁螺线管围绕在导向套管外侧。

4.根据权利要求3所述电子锁头，其特征在于所述导向套管上端设置有通孔，导向套管内由上部第一圆柱腔体和下部第二圆柱腔体组成，第一圆柱腔体横截面小于第二圆柱腔体横截面。

5.根据权利要求1所述电子锁头，其特征在于所述锁芯控制器采用单片机，锁芯开关控制器件采用三极管，单片机电源端分别与二极管D2阴极、电容一端、单片机充电检测端口相连，电容另一端接地，二极管D2阳极与所述钥匙触点相连；电磁线圈一端与三极管相连，另一端接地。

6.电子钥匙,其特征在于内部设置有钥匙电路板和电池，钥匙电路板上设置有钥匙控制器，钥匙表面设置有控制钥匙控制器运行的开关，电池通过钥匙开关控制器件与钥匙插头相连，钥匙插头与钥匙控制器信号传输端口相连，钥匙控制器的控制信号输出端口与钥匙开关控制器件的控制端口相连。

7.根据权利要求6所述电子钥匙，其特征在于所述钥匙插头包括插头外壳和中部触杆，插头外壳与中部触杆之间设置有触头绝缘套，触杆与所述钥匙控制器信号传输端口相连。

8.根据权利要求6所述电子钥匙，其特征在于所述钥匙表面设置有指示灯和蜂鸣器，指示灯端口、蜂鸣器端口分别与所述钥匙控制器控制信号输出端口相连。

9.开锁控制方法，其特征在于包括以下步骤：

按控制钥匙控制器运行的开关启动钥匙控制器单片机IC1运行，钥匙控制器单片机IC1首先打开钥匙开关控制器件三极管N1，将电源VCC加载至钥匙插头R/T点，使R/T点成为电源线为锁头电路供电；

当锁头电路储能电容充电完成后，钥匙控制器单片机IC1断开钥匙开关控制器件三极管N1，释放R/T点，使之成为传递数据的通讯线，并通过信号传输端口PD0、PD1将协议规定的数据加载至R/T点，加载完成后等待锁头电路应答，锁头电路接受到数据后，根据协议规定进行数据格式、数据位数、开锁权限、开锁时效的验证；验证成功则驱动开锁机构电磁线圈开锁，回传开锁成功信号，保存开锁记录；验证失败则回传相应的错误信号，钥匙控制器单片机IC1若接收到开锁成功信号则保存开锁记录并打开钥匙开关控制器件三极管N1为锁头驱动机构持续提供电源直至钥匙与锁头分离，若接受到开锁失败信号则从新开始；

电子钥匙经由钥匙触点power点通过二极管D2为电容C1充电，当电容C1的电压达到锁芯控制器单片机IC1的工作电压时，锁芯控制器单片机IC1开始运行，锁芯控制器单片机IC1运行后不断检测power点状态，当power点出现物理层通讯协议定义的特定脉宽的低电平信号时，单片机IC1以相应的物理层通讯协议定义的特定脉宽的低电平信号应答，无信号时，即为电容C1充电；如此反复完成电子钥匙和锁芯的数据传递；当数据传递完毕，锁芯控制器单片机IC1进行权限、时效等验证，若验证通过，则控制锁芯开关控制器件三极管N1来驱动执行机构电磁线圈完成开锁。

10.根据权利要求9所述开锁控制方法，其特征在于所述按钥匙上的按键触发单片机运行，单片机运行后30秒内无按键操作及数据传递，则自动停机；钥匙和锁头内的单片机进行双向开锁权限的认证。