CN104680636A - 一种机电组合式智能门锁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机电组合式智能门锁，包括机械锁具、电控锁止机构、中控电路和供电接收单元；中控电路和电控锁止机构固定在机械锁具内部的空闲位置，供电接收单元固定在外把手面板内部，与内把手面板上设置的电池组电连接；电控锁止机构包括电机、凸轮、凸轮压板等；本发明是在传统机械门锁的基础上，增加了滚动码方式的无线遥控电控锁止机构，对机械门锁增加遥控控制功能，实现了门锁双保险，可大大降低非正常技术开锁的可能性。

Description

一种机电组合式智能门锁

技术领域

本发明涉及防盗安全门锁，是一种加装电控装置于普通内装式机械锁具内而构成的机电一体化电子智能门锁，可通过无线遥控的方式实现对机械门锁的加锁与解锁操作。

背景技术

居民入户防盗安全门一直以来都是社会公众关注的焦点问题，因防盗安全门安全性问题引发的住户失窃案件每天都在发生，极大地影响了人民生活和社会安定。人们在惋惜失主遭受损失的同时，对防盗安全门的安全性产生了越来越多的质疑。作为防盗安全门安全保障的核心部件——锁具一直以来都是人们关注的焦点。

针对这一状况，多年来市场上出现了各式各样的防盗门锁，如B级锁，超B级锁、C级锁、密码锁、指纹锁、遥控锁等等。归结起来，这些锁可以分为两类：机械锁和电子智能锁。机械锁作为传统的锁具形式，其研发和生产制造已形成一个庞大的行业领域，因其规模化生产价格低廉，普遍被广大用户所接受。随着加工技术的不断进步，机械锁具的防盗性能也逐渐提高，但在技术开锁方面始终存在一些空间，很难摆脱被破解的厄运或威胁。电子智能锁作为高新技术产品，较之机械锁具在安全性和便利性方面有了很大突破，代表了锁具发展的潮流，多年来有不少的电子智能锁产品在市场上出现。遥控锁是电子智能锁中的一种，根据指令传输方式的不同主要有(IC卡)、无线射频(315MHz和433MHz)、红外线、Wifi(如2.4G)、蓝牙等多种类型。目前近距离感应方式(IC卡)的遥控锁应用广泛，多出现于宾馆、饭店办和办公室之类的普通内门上。遥控距离较远的无线射频(315MHz和433MHz)方式目前较多应用于小型汽车上，其与各式各样的编解码方式相结合，为广大司机朋友带来了安全与便利。单就防盗安全门而言，由于受制造成本的影响，目前应用遥控锁方案的还比较鲜少，但庞大的入户防盗安全门市场始终期待着高性价比的电子智能门锁产品来配套。

本发明以低成本的机械锁具为基础，附加一套高安全性、高性价比的电子智能控制锁止机构，将传统机械锁和电子智能锁有机地结合在了一起，形成一款高性价比的电子智能锁产品。

发明内容

本发明将一款电子控制的门锁锁止机构直接加装于一种常用的内装式机械门锁内，用电控的方法对门锁的机械钥匙开关机构进行限制，为机械锁增加一道安全防线。

本发明的技术内容如下：

一种机电组合式智能门锁，包括机械锁具、电控锁止机构、中控电路和供电接收单元；中控电路和电控锁止机构固定在机械锁具内部的空闲位置，供电接收单元固定在外把手面板内部，与内把手面板上设置的电池组电连接。

传统机械锁具通过门锁中的机械钥匙机构拨动弹性卡片的上移，进而带动门锁中的锁舌滑板移动，使得门锁开合。

电控锁止机构包括电机、凸轮、凸轮压板、电机安装架、立柱套筒和弹簧；电机固定于电机安装架上，其带动固定于轴端的凸轮旋转；凸轮压板在弹簧作用下紧贴凸轮设置，凸轮压板的一端为弯头结构，另一端为孔环结构，凸轮压板的孔环以间隙配合套装于立柱套筒上端头，凸轮压板的弯头在凸轮旋转至不同位置时，可对机械锁具的弹性卡片进行阻挡或松开，从而对机械锁具的开合起到限制作用。

供电接收单元用于向智能门锁提供电源并接收遥控钥匙的遥控信号；中控电路用于对遥控钥匙的遥控信号解码，并根据信号实现对电控锁止机构的控制。

上述机电组合式智能门锁中，电控锁止机构还包括位置检测环、位置检测开关和设置在凸轮上的凸轮挡销。所述的位置检测环为带有两只孔的刚性连片，一只孔以间隙配合套装于电机的输出轴上，另一只孔以间隙配合套装在位置检测开关的检测臂上，使得凸轮正传或反转至上限位置或下限位置时，凸轮上的凸轮挡销从上方或下方碰触位置检测环，导致检测臂动作，检测开关触发。

上述机电组合式智能门锁中，供电接收单元包括向智能门锁提供电源的智能供电单元和接收遥控器信号的无线接收单元；

所述的智能供电单元包括电池组、分压电阻、震动传感器、触发电路、延时电路和电源控制电路；分压电阻和震动传感器串接在电池组的两端，其中间接点为触发电路提供触发信号；触发电路输出端通过延时电路与电源控制电路相联；

所述的震动传感器感知到外部震动时瞬间断开，使得分压电阻和震动传感器的中间接点的电平发生瞬时翻转；该翻转信号依次进入触发电路、延时电路和电源控制电路，并促使电源控制电路向智能门锁的中控电路延时供电；中控电路在延时电路的延时时长内接收到正确的无线遥控信号并解码成功后，中控电路按信号指令向电机下达运行命令，同时向电源控制电路回发电源保持电平；

所述的无线接收单元为H3V3E型无线接收器。

上述机电组合式智能门锁中，延时电路为RC电路，延时时间为3-10s。

上述机电组合式智能门锁中，震动传感器为常闭型震动传感器。

上述机电组合式智能门锁中，分压电阻的阻值为1～10M欧姆。

上述机电组合式智能门锁中，电机安装架上设置有狭缝，用于扭簧对电机安装架的压接。

上述机电组合式智能门锁中，弹簧为扭簧、压簧或拉簧。

上述机电组合式智能门锁中，电机为减速电机。

上述机电组合式智能门锁中，立柱套筒的内孔套接在门锁内的连接柱上。

本发明具有的有益技术效果如下：

1、本发明是在传统机械门锁的基础上，增加了滚动码方式的无线遥控电控锁止机构，对机械门锁增加遥控控制功能，实现了门锁双保险，可大大降低非正常技术开锁的可能性。

2、本发明的电控锁止机构和中控板结构小巧紧凑，可安装在机械门锁的中空闲位置。利用原机械锁具上的连接柱，将立柱套筒套装于连接柱上，同时利用机械门锁上的扭簧对电控锁止机构进行压靠固定。除了增设一控制出线孔，原有的机械锁具结构基本无需改动，制造成本低。

3、本发明设计了凸轮电控锁止机构，通过电机带动凸轮旋转对凸轮压板的顶起或放下，实现了对机械锁具中弹性卡片的阻挡或松开，从而实现了对锁舌的限制，控制了门锁开合。与传统的电磁阀控制相比，电机驱动具有运行平稳、驱动电流小、节约能耗的特点。

4、本发明设计了电机凸轮旋转位置检测装置，采用凸轮档销触碰位置检测环，位置检测环的下孔触发位置检测开关，进而实现对凸轮正向和反向极限位置的感知。该位置检测装置结构简单紧凑，运行平稳，实现了对凸轮旋转位置的可靠检测。

5、本发明采用了震动传感器和MOS开关管实现系统的智能供电，降低能耗。系统采用干电池供电，待机时电池只给震动传感器和分压电阻组成的回路供电。当震动传感器检测到用户开关门意向时，触发后续电路向系统供电，在控制动作完成后，再断开供电电源，返回消耗电流为0.1uA水平的待机状态。正常情况下，3节普通7号碱性电池的使用寿命在4年以上。

6、本发明应用微功耗315MHz信号接收与解调技术，完成遥控信号无线传输，同时应用美国微芯公司的KEELOQ滚动码技术，实现遥控器身份识别，使发射码的重复概率降低至4.2亿分之一，基本上杜绝了技术盗码的可能性。

附图说明

图1为本发明智能门锁的工作原理示意图；

图2为本发明智能门锁的内部结构示意图；

图3为本发明电控锁止机构的主视图；

图4为本发明电控锁止机构的俯视图；

图5为本发明电控锁止机构的侧视图；

图6为本发明凸轮旋转位置检测装置(凸轮上限位置)示意图；

图7为本发明凸轮旋转位置检测装置(凸轮下限位置)示意图；

图8为本发明中控电路控制原理示意图；

图9为本发明供电电路原理示意图；

图10为本发明遥控钥匙示意图。

附图标记如下：

1—机械门锁；2—电控锁止机构；3—机械门锁的连接柱；4—凸轮压板；5—机械门锁中的扭簧；6—机械门锁中的弹性卡片；7—机械门锁中的钥匙拨块；8—机械门锁中的锁舌滑板；9—电机；10—凸轮；11—位置检测环；12—电机安装架；13—中控电路；14—凸轮挡销；15—弹簧；16—位置检测开关；17—电机安装架上的狭缝；18—立柱套筒；19—位置检测开关检测臂；20—电池组；21—内把手面板；22—供电接收单元；23—外把手面板；24—遥控钥匙；25—遥控钥匙关锁键；26—遥控钥匙开锁键；27—机械钥匙；28—遥控器；31—分压电阻；32—震动传感器；33—触发电路；34—延时电路；35—电源控制电路；39—中间接点；40—供电电路单元。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的机电组合式智能门锁，包括机械锁具、电控锁止机构、中控板和供电接收单元，所述的中控板和电控锁止机构固定在机械锁具内部的空闲位置，所述的供电接收单元固定在外把手面板内部，与内把手面板设置的电池组电连接。

机械锁具1采用常规的结构，由钥匙插入机械钥匙拨块7后转动，机械钥匙拨块7拨动图2中弹性卡片6上移，进而带动门锁中的锁舌滑板8左右移动，使得门锁开合；

电控锁止机构包括电机9、凸轮10、凸轮压板4、电机安装架12、挡销14、立柱套筒18、弹簧15，如图3～6所示。

电控锁止机构利用门锁内闲余空间，并借用了门锁内现有的连接柱3和扭簧5，简单有效地进行固定。本发明的立柱套筒18直接套装于门锁内的连接柱3上，上下被夹紧。同时，机构的主体结构电机安装架12被扭簧5通过电机安装架上的狭缝17压贴于锁体后壁，电控锁止机构于此得以完全定位。

所述的电机9固定于电机安装架12上，可带动固定于轴端的凸轮10旋转；凸轮压板2的一端为弯头结构，另一端为孔环结构，凸轮压板2的孔环以间隙配合套装于立柱套筒18上端头，以保证凸轮压板弯头端可绕孔环上下摆动。凸轮压板2在弹簧15作用下紧贴凸轮10轮缘，在电机驱动下凸轮旋转至上、下限位时，凸轮压板弯头端将处于不同的高度。当弯头端下移至门锁内弹性卡片6上行通道中时，即对弹性卡片6造成堵塞，阻其上行，机械钥匙拨块不能向上拨动弹性卡片6，无法解锁锁舌滑板8，从而无法完成开锁。当凸轮压板弯头端上移，让开弹性卡片6上行通道时，以上限制即行解除，机械钥匙开锁机构7的功能被恢复。弹簧15可为扭簧，也可采用压簧或拉簧。

如图6、7所示，为检测凸轮转动的上、下限位置，电控锁止机构中设置了位置检测环11、凸轮挡销14和位置检测开关16。所述的位置检测环11是带有两只孔的刚性连片，上孔以间隙配合套装于电机9的输出轴上，下孔套在位置检测开关16的检测臂19上。当凸轮10分别旋转至上、下限位置时，固定于凸轮10上的凸轮挡销14将从上方或下方触碰位置检测环11，使其发生偏转，该偏转即刻被检测臂19和位置检测开关16感知，进而报告中控板13上的中央处理单元(CPU)。

如图8所示，本发明在电机安装架12上设置了中控板智能控制电路，以实现电控锁止机构的控制和智能检测。该电路是一套独立的控制系统，由中央处理单元CPU、电源电压检测、凸轮位置检测、对码触发、电机驱动单元和蜂鸣器等功能模块组成，控制原理如图8所示。中央处理单元CPU是控制系统的核心，其从供电接收单元22取得电源后开始运行，完成以下功能：①接收来自供电接收单元的编码信号，并对其进行解码和身份辨识。②如身份辨识通过，对供电接收单元输出电源保持信号，直至指令动作完成。③按照信号指令，在位置检测开关16的配合下，驱动电机9完成相应的凸轮旋转动作，直到上限位或下限位，之后通过蜂鸣器向用户发出“门已开”或“门已锁”提示信息。④检测电源静态电压，如欠压则在动作完成后发出欠压提示。⑤检测电源带载时电压，如欠压则取消“锁门”功能。⑥接收对码触发指令，完成遥控器的配对或清除。

本发明应用了美国微芯公司的KEELOQ滚动码技术，完成传输信号的编解码。信号编码由遥控器上的专用芯片HCS300(或HCS301)完成，信号解码则由中控板上的CPU完成。KEELOQ滚动码技术美国Microchip公司开发的一种主要应用于遥控开锁系统的数据加密算法，该算法可使每次发送的数据码以无规律方式变化，且都是唯一的、几乎不重复的、滚动变化的，具有极高的保密性。

本发明在中控板上设置了专用的对码触发按钮，以实现遥控器的配对或清除功能。用户瞬时按下该按钮时，控制系统在一短声提示后进入遥控器配对流程，此时按下需要配对的遥控器任一按钮，系统应答一长声提示音，即可完成遥控器配对。依此方法，系统最多可以配对15只遥控器。如果用户持续按下对码触发按钮8秒钟，系统将清除配对过的所有遥控器，并发出一长声提示。

上述供电接收单元包括向智能门锁提供电源的智能供电单元和接收遥控器信号的无线接收单元。如图9所示，智能供电单元包括电池组20、分压电阻31、震动传感器32、触发电路33、延时电路34和电源控制电路35。其中电池组20安装于内把手面板21内，其它电路及组件安装于外把手面板23内，中间通过电源线相连接。

分压电阻31和震动传感器32串接在电池组的两端，为触发电路33提供感应信号；震动传感器32为常闭型传感器，电池组20可以两种顺序与分压电阻31和震动传感器32构成串联回路，为触发电路提供感应信号；震动传感器在闭合时相当于一个阻值为零的电阻，如其串接M欧级分压电阻31后接至电源正极+V(或负极-V)，中间接点39电平将为低电平-V(或高电平+V)。

当震动传感器32感知到钥匙插进锁孔或者门把手动作等震动信号时，会瞬间断开，阻值变为无穷大，中间接点39的电平将发生瞬时翻转。该翻转信号依次进入触发电路33、延时电路34和电源控制电路35，促使电源控制电路35向智能门锁的中控电路13短时供电(延时电路34使供电延时)，使其启动运行。

如果中控电路13在延时范围内接收到正确的无线遥控信号并解码成功后，中控电路13将按信号指令要求，向电机9下达运行命令，同时向电源控制电路35回发一个电源保持电平，以保证中控电路运行期间电源供给的连续性。

其中延时电路34为RC电路，也可以采用其他器件组成延时电路，其目的是将震动传感器32的瞬间导通信号做短时延续，使电源控制电路35向中控电路短时(而不是瞬时)供电，以保证震动感知到遥控器操作之间具有足够的反应时间。延时时间内接收到正确的无线遥控信号则进行下一步动作，否则又恢复至待机状态，以避免其它非正常开锁信号带来的电能损失。通常延时时间为3-10s，优选5s。

触发电路33和电源控制电路35均采用MOS管和外围器件组成。Mos管具有高输入阻抗和低导通电阻特性，是低待机能耗条件下电源通断控制的理想元件。

以上震动感应技术的应用，使得系统待机时只有分压电阻31和震动传感器32等少量元件有电流流过，将系统的待机电流降低至亚微安级水平，很大程度上延长了电池的使用寿命。正常情况下，3节普通7号碱性电池的续航时间将超过4年。

无线接收单元为市售成品电路，型号为H3V3E。该模块接收来自遥控器的315MHz ASK无线调制信号，进行解调并以CMOS电平输出。

为了方便用户携带和使用，本发明将遥控器和机械钥匙集成在一起组成遥控钥匙24，如图10所示。遥控钥匙24由机械钥匙27和遥控器28组合而成，机械钥匙27为可配套机械门具1的B级、超B级和C级锁芯用钥匙；遥控器28上设置有关锁键25和开锁键26和一个指示灯，以实现对电控锁止机构的控制。机械钥匙27与遥控器28之间为可拆结构，采用螺钉连接紧固。根据实验测定数据，在距离常规防盗门锁孔0.5米范围内，遥控钥匙可有效实现遥控开关锁操作。

本发明在传统机械门锁的基础上，增加了无线遥控的电控锁止机构，对机械门锁进行二次加固，实现了门锁双保险，大大降低了非正常技术开锁的可能性。本发明具有结构简单可靠，制造成本低廉等优点，具有极高的推广价值。

Claims (10)

1.一种机电组合式智能门锁，其特征在于：包括机械锁具(1)、电控锁止机构(2)、供电接收单元(22)和中控电路(13)；

所述的机械锁具(1)通过门锁中的机械钥匙机构(7)拨动弹性卡片(6)的上移，进而带动门锁中的锁舌滑板(8)移动，使得门锁开合；

所述的电控锁止机构包括电机(9)、凸轮(10)、凸轮压板(4)、电机安装架(12)、立柱套筒(18)和弹簧(15)；所述的电机(9)固定于电机安装架(12)上，其带动固定于轴端的凸轮(10)旋转；凸轮压板(4)在弹簧(15)作用下紧贴凸轮(10)设置，凸轮压板(4)的一端为弯头结构，另一端为孔环结构，凸轮压板(2)的孔环以间隙配合套装于立柱套筒(18)上端头，凸轮压板(4)的弯头在凸轮(10)旋转至不同位置时，对机械锁具(1)的弹性卡片(6)进行阻挡或松开，从而对机械锁具的开合起到限制作用；

所述的供电接收单元(22)用于向智能门锁提供电源并接收遥控钥匙(24)的遥控信号；

所述的中控电路(13)用于对遥控钥匙(24)的遥控信号解码，并根据信号实现对电控锁止机构(2)的控制。

2.根据权利要求1所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的电控锁止机构还包括位置检测环(11)、位置检测开关(16)和设置在凸轮(10)上的凸轮挡销(14)；所述的位置检测环(11)为带有两只孔的刚性连片，一只孔以间隙配合套装于电机(9)的输出轴上，另一只孔以间隙配合套装在位置检测开关(16)的检测臂(19)上，使得凸轮(10)正传或反转至上限位置或下限位置时，凸轮挡销(14)从上方或下方碰触位置检测环(11)，导致检测臂(19)动作，触发检测开关(16)。

3.根据权利要求1所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的供电接收单元包括向智能门锁提供电源的智能供电单元和接收遥控器信号的无线接收单元；

所述的智能供电单元包括电池组(20)、分压电阻(31)、震动传感器(32)、触发电路(33)、延时电路(34)和电源控制电路(35)；所述的分压电阻(31)和震动传感器(32)串接在电池组(20)的两端，为触发电路(33)提供触发信号；所述的触发电路(33)输入端与分压电阻(31)和震动传感器(32)的公共端(39)相联，输出端通过延时电路(34)与电源控制电路(35)相联；

所述的震动传感器(32)感知到外部震动时瞬间断开，使得分压电阻(31)和震动传感器(32)的中间接点(39)的电平发生瞬时翻转，该翻转信号依次进入触发电路(33)、延时电路(34)和电源控制电路(35)，并促使电源控制电路(35)向智能门锁的中控电路(13)延时供电；所述的中控电路(13)在延时电路(34)的延时时长内接收到正确的无线遥控信号并解码成功后，中控电路(13)按信号指令向电机(9)下达运行命令，同时向电源控制电路(35)回发电源保持电平；

所述的无线接收单元为H3V3E型无线接收器。

4.根据权利要求3所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的延时电路(34)为RC电路，所述延时电路(34)的延时时间为3-10s。

5.根据权利要求3所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的震动传感器(32)为常闭型震动传感器；所述的分压电阻(31)的阻值为1～10M欧姆。

6.根据权利要求1所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的中控电路(13)和电控锁止机构(2)固定在机械锁具(1)内部的空闲位置，所述的供电接收单元(22)固定在外把手面板(23)内部，与内把手面板(21)上设置的电池组(20)电连接。

7.根据权利要求1所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的立柱套筒(18)依靠内孔套接在门锁内的连接柱(3)上。

8.根据权利要求1或2所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的电机安装架(12)上设置有狭缝(17)，用于扭簧(5)将电机安装架(12)压靠在锁体内壁上。

9.根据权利要求1或2所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的弹簧(15)为扭簧、压簧或拉簧。

10.根据权利要求1或2所述的机电组合式智能门锁，其特征在于：所述的遥控钥匙(24)由机械钥匙(27)和遥控器(28)组合而成；所述的遥控器(28)上设置有关锁键(25)和开锁键(26)。