CN104047480B - 电子锁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子锁，所述电子锁包括一锁体机械单元以及电子控制系统，所述电子控制系统包括一电路控制单元、一电源管理单元以及一振动能量采集单元，所述锁体机械单元、所述电源管理单元、所述振动能量采集单元与所述电路控制单元电性连接，所述电路控制单元根据接收的指令控制所述锁体机械单元的开锁或上锁动作，所述电源管理单元包括至少一电池和一充电单元，所述电源管理单元为所述电路控制单元供电并在所述电池电压低于限值时切断电源，所述振动能量采集单元将机械能转换为电能并为所述电路控制单元提供工作电源。本发明的电子锁将振动机械能转换为电能为其电路控制单元供电，从而避免所述电子锁在长时间使用过程中出现供电不足的现象。
Description
技术领域
本发明涉及电子锁领域，尤其涉及一种应用于集装箱等运输工具上的电子锁。
背景技术
物流公司在货物运输过程中，为了运输货物的安全，一般地，在运输的集装箱上、槽车上或其他箱式车辆上安装电子锁。同时为了满足智能监控的需求，电子锁内部电路除了集成主控芯片和电机控制电路外，还加入了GPS模块，GPRS模块等，但更多功能模块的加入将增大电池电量的消耗，缩短电子锁的使用时间，另外，电子锁的体积有限，电池的容量是固定的，使得电池供电不足而不能完成整个运输途中的监控，货物安全无法得到保障。
发明内容
本发明的主要目的在于，解决现有技术中因电池供电不足导致电子锁不能完成整个运输途中的监控的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种电子锁，包括：一锁体机械单元以及电子控制系统，其特征在于，所述电子控制系统包括一电路控制单元、一电源管理单元以及一振动能量采集单元，所述锁体机械单元、所述电源管理单元、所述振动能量采集单元与所述电路控制单元电性连接，所述电路控制单元根据接收的指令控制所述锁体机械单元的开锁或上锁动作，所述电源管理单元包括至少一电池和一充电单元，所述电源管理单元为所述电路控制单元供电并在所述电池电压低于限值时切断电源，所述振动能量采集单元包括压电式传感器，所述压电式传感器包括基部和与所述基部一体成型的振动臂，所述振动臂随所述电子锁在运输过程中的移动而摆动，所述振动能量采集单元通过所述压电式传感器将所述振动臂产生的机械能转换为电能并为所述电路控制单元提供工作电源。
所述的电子锁，其中，所述振动能量采集单元包括发电单元、能量转换单元以及能量储存单元，所述发电单元和所述能量储存单元与所述能量转换单元电性连接，所述发电单元将振动机械能转换为交流电，所述能量转换单元将所述交流电转换为直流电，所述发电单元包括所述的压电式传感器。
所述的电子锁，其中，所述能量转换单元包括一全波桥式整流器和一降压型转换器，所述能量储存单元包括一储存电容。
所述的电子锁，其中，所述锁体机械单元包括一锁体、位于所述锁体上方且相对于所述锁体上下移动锁杆以及一动作执行部件，所述电路控制单元、所述电源管理单元和所述振动能量采集单元设置于所述锁体内。
所述的电子锁，其中，所述动作执行部件包括与所述电路控制单元电性连接的一控制电机、由所述控制电机驱动的一偏心轮及由所述偏心轮驱动的一钢珠。
所述的电子锁，其中，所述压电式传感器为长条状，所述压电式传感器相对于所述锁体横向设置并可在所述锁体内上下摆动。
所述的电子锁，其中，所述锁体具有一外部电源接入接口，所述电源管理单元通过所述接口接入外部电源以对所述至少一电池进行充电。
所述的电子锁，其中，所述电源管理单元与所述振动能量采集单元电性连接，所述振动能量采集单元为所述电源管理单元提供充电电源。
所述的电子锁，其中，所述电路控制单元包括一单片机、一存储芯片、一电机驱动电路、一GPS模块、一GPRS模块以及一射频模块。
本发明的电子锁通过设置振动能量采集单元将电子锁在运输途中产生的振动机械能转换为电能，为电子锁的电路控制单元提供电源，从而避免因电池使用时间过长而导致电子锁供电不足，无法完成整个运输过程的监控的缺陷。
附图说明
图1是本发明电子锁的结构示意图。
图2为本发明电子锁的结构框图。
图3为本发明电子锁的电子控制系统的电路原理图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
请参阅图1，其为本发明电子锁的结构示意图，本发明的电子锁包括一锁体机械单元10和一电子控制系统20，电子控制系统20包括一电路控制单元21、一电源管理单元22以及一振动能量采集单元23。
锁体机械单元10包括一锁体11、一锁杆12以及一动作执行部件13。锁杆12大致呈一倒U字形结构，位于锁体11上方且相对于锁体11可上下移动，锁杆12具有一第一端121和一第二端122，第一端121可拔出或插入锁体11，第二端122可相对于锁体11上下移动但不可拔出锁体11。动作执行部件13包括与电路控制单元21电性连接的一控制电机131、由控制电机131驱动的一偏心轮132及由偏心轮132驱动的一钢珠133，当电路控制单元21输出一上锁信号至控制电机131时，控制电机131逆时针旋转，驱动偏心轮132逆时针旋转，进而带动钢珠133向锁杆12的方向移动，并逐渐将钢珠133压入至第一端121的凹槽1211中，直至完成上锁动作；当电路控制单元21输出一开锁信号至控制电机131时，控制电机131顺时针旋转，驱动偏心轮132顺时针旋转，钢珠133在无外力的施压的情况下向远离锁杆12的方向滚动，钢珠133从锁杆12的凹槽1211中脱离，锁杆12克服阻碍，从锁体11中拔出，进而完成开锁动作。
请参阅图2和图3，图2为本发明电子锁的结构框图，图3为本发明电子锁的电子控制系统的电路原理图。并合并参考图1，电子控制系统20置于锁体11内，电子控制系统20包括电路控制单元21、电源管理单元22以及振动能量采集单元23。锁体机械单元10、电源管理单元22、振动能量采集单元23与电路控制单元21电性相连，振动能量采集单元23与电源管理单元22电性相连。
电路控制单元21与控制电机131电性相连，其包括一单片机、一存储芯片、一电机驱动电路、一GPS模块、一GPRS模块以及一射频模块。
电源管理单元22为电路控制单元21提供工作电源，其包括至少一电池和一充电单元，如图3所示，在本实施例中电池可为锂电池，充电单元可由一充电芯片U2、一充电芯片U3以及其外围电路(包括电容C5等)组成。充电芯片U2、U3可通过锁体11上设置的接口(未图示)外接电源对锂电池进行充电或由振动能量采集单元23采集的电源对锂电池进行充电。当锂电池的电压低于3.2伏的限值时，充电芯片U2、U3切断与供电电路的连接，以保护锂电池。
振动能量采集单元23包括发电单元、能量转换单元以及能量储存单元。
发电单元可为一压电式传感器，如图1所示，压电式传感器231为长条状，置于锁体11内且相对于锁体11横向设置，其包括基部2311和与基部2311一体成型的振动臂2312，基部2311固定在锁体11内，振动臂2312可按箭头A的指向向上摆动或按箭头B的指向向下摆动，压电式传感器231将该振动机械能转换为电能，其在单位时间内采集电量的大小取决于振动强度与频率的大小。
能量转换单元包括一全波桥式整流器和一降压型转换器。在本实施例中，如图3所示，能量转换单元可通过一集成芯片实现，即能量转换单元由一内部集成一全波桥式整流器和一降压型转换器的集成芯片U1及其外围电路(包括电容C1、C2、C3以及电感L1等)组成。
能量储存单元包括一储存电容C4。
请参阅图3，压电式传感器P1连接在集成芯片U1的PZ1、PZ2管脚上，压电式传感器P1将振动机械能转换交流电，该交流电经集成芯片U1内的全波桥式整流器整流变成直流电源，并将直流电源电量存储于储存电容C4中和电源管理单元22的锂电池中。集成芯片U1中的降压型转换器将转换的电能转换成电路控制单元21工作电压，即3.3V直流电压，并从集成芯片U1的Vout的管脚输出直接为电路控制单元21供电。
本发明的电子锁在正常情况下，由电源管理单元22中的锂电池为电路控制单元21供电，当电源管理单元22供电不足的时候，由振动能量采集单元23为电路控制单元21供电，并为电源管理单元22提供充电电源。
本发明的电子锁在使用中通过压电式传感器将振动机械能吸收转换为电能为电路控制单元提供电源或存储在能量储存单元和电池中，保证电子锁在货物运输过程中能正常工作，为电子锁的使用提供可持续电源，延长了电子锁的使用时间。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种电子锁，包括：一锁体机械单元以及电子控制系统，其特征在于，所述电子控制系统包括一电路控制单元、一电源管理单元以及一振动能量采集单元，所述锁体机械单元、所述电源管理单元、所述振动能量采集单元与所述电路控制单元电性连接，所述电路控制单元根据接收的指令控制所述锁体机械单元的开锁或上锁动作，所述电源管理单元包括至少一电池和一充电单元，所述电源管理单元为所述电路控制单元供电并在所述电池电压低于限值时切断电源，所述振动能量采集单元包括压电式传感器，所述压电式传感器包括基部和与所述基部一体成型的振动臂，所述振动臂随所述电子锁在运输过程中的移动而摆动，所述振动能量采集单元通过所述压电式传感器将所述振动臂产生的机械能转换为电能并为所述电路控制单元提供工作电源。
2.如权利要求1所述的电子锁，其特征在于，所述振动能量采集单元包括发电单元、能量转换单元以及能量储存单元，所述发电单元和所述能量储存单元与所述能量转换单元电性连接，所述发电单元将振动机械能转换为交流电，所述能量转换单元将所述交流电转换为直流电，所述发电单元为所述的压电式传感器。
3.如权利要求2所述的电子锁，其特征在于，所述能量转换单元包括一全波桥式整流器和一降压型转换器，所述能量储存单元包括一储存电容。
4.如权利要求3所述的电子锁，其特征在于，所述锁体机械单元包括一锁体、位于所述锁体上方且相对于所述锁体上下移动锁杆以及一动作执行部件，所述电路控制单元、所述电源管理单元和所述振动能量采集单元设置于所述锁体内。
5.如权利要求4所述的电子锁，其特征在于，所述动作执行部件包括与所述电路控制单元电性连接的一控制电机、由所述控制电机驱动的一偏心轮及由所述偏心轮驱动的一钢珠。
6.如权利要求4所述的电子锁，其特征在于，所述压电式传感器为长条状，所述压电式传感器相对于所述锁体横向设置并可在所述锁体内上下摆动。
7.如权利要求4所述的电子锁，其特征在于，所述锁体具有一外部电源接入接口，所述电源管理单元通过所述接口接入外部电源以对所述至少一电池进行充电。
8.如权利要求1所述的电子锁，其特征在于，所述电源管理单元与所述振动能量采集单元电性连接，所述振动能量采集单元为所述电源管理单元提供充电电源。
9.如权利要求1所述的电子锁，其特征在于，所述电路控制单元包括一单片机、一存储芯片、一电机驱动电路、一GPS模块、一GPRS模块以及一射频模块。
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