CN104967202A - 一种智能锁及其供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种智能锁及其供电系统，该系统有两种方式可以给系统供电，其一通过手摇发电装置，经过能量转换单元形成电能后，把电能存储在电容C2上，可以给后续负载供电，另一种方式是电源控制单元通过控制晶体管开关Q1和Q2，从电池组中选择一组为负载供电；当发电装置输出的电压高于某一阀值时，所述供电系统会自动的优先使用发电装置提供的电能；所述智能锁把传统的键盘系统改为两键的键盘系统，在黑暗环境下可以不用照明电路而方便的输入密码，从而大幅以减小功耗。采用本发明，提高供电效率，延长供电时间，且在智能锁彻底没电的情况下，依然可通过发电装置可以让系统继续工作，解决了电子智能锁最大的使用不便，使其实用价值大大提高。

Description

一种智能锁及其供电系统

技术领域

本发明涉及一种智能锁，特别涉及一种在智能锁中能够自动切换供电状态的智能供电系统。

背景技术

智能锁是指区别于传统机械锁，在用户识别、安全性、管理性方面更加智能化的锁具。

智能锁在身份验证技术上大体分为两大类，第一大类是基于生物特征及图像识别技术的方案，如：指纹，脸部识别，此方案通常功耗较大，且由于涉及到图像识别，成功率不可能是100％。第二大类方案是采取数字的密钥方案，但需要开锁者持有含有相关密钥的凭证(通常为一些智能终端，比如手机，遥控，ic卡等)。

前面两类方案都有缺陷，导致一般都需要配备键盘作为密码输入以弥补上述方案的不足。然而，目前配备的键盘一般为12个按键(0-9及功能键)，或是通过复用(如：1和6复用一个按键)用6个按键，由于在这种方式下，按键较多，因此需要配备照明电路，以辅助在黑暗环境下的密码输入，此照明电路需要有一定亮度，且每次工作时间相对其它电路较长(照明一般都要持续5秒以上，而经过优化的程序，CPU的实际工作时间则是毫秒级别的，因此照明电路虽然看上去每次只照明几秒钟，却是耗电的主要单元)，因此总得功耗占到系统相当的百分比，经常可占到50％以上甚至更多，导致智能锁供电系统的电池电量很容易出现供电不足。

现有的技术方案中，针对电池电量不足采取的手段，主要采用如下两种方式：

一种是对电池的电量进行提示，当电量低于一定值时，比如低于20％的满额电量时，系统将会提示电池的电量余额有限，需要进行更换。该种方法虽然能够一定程度下减小由于电池电量耗光导致的不便的问题，但是依然解决的不够完美，比如，某次用户出差时间较长，当出现电量余额有限提示时，用户无法看到，无法获得此信息，或是客户虽看到电量余额有限信息，但是在当时一段时间内，用户特别忙，而没有及时更换电池，也会导致电量耗尽，由此增加了客户的忧虑，使得客户体验变差。即使用户一接到报警就更换电池，也会意味着白白损失掉20％的电能，浪费了资源；

另一种是外留出移动电源的接口，很多智能锁厂家留出9v的蓄电池接口，或者USB接口，一旦电池电源耗尽，设计者希望用户去超市购买符合规范的电池，然后通过预留接口给系统供电，或寄希望于用户随身携带充电宝。这种方案，依然不能良好的解决问题：第一，用户很不便利，试想，如果用户出差回来，或大晚上回来，发现锁没有电，需要跑到附近的超市买合适的蓄电池；第二，这种设计下，部分电路必须外露在外面，这对设备的可靠性会造成负面影响，比如接错电源极性或恶意破坏都会永久性的损坏电路。

综上所述，由于智能锁电池容易快速耗尽，及在耗尽时一直没有很好的解决供电方案，导致智能锁使用的便利性大大降低，从而大大减小了智能锁的市场价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能锁，该智能锁能够通过手摇发电或按压发电产生电能，并且具有能够自动选择电能来源的供电系统，旨在解决现有智能锁功耗较大、电池寿命较短、尤其是在电池电量用尽的情况下没有好的办法可以解决的技术问题。

本发明实施例提供的一种智能锁供电系统，其特征在于，包括：能量转换单元，用于将机械能转换成直流电能；电池组单元，为负载提供电能；在能量转化单元的电压高于某一阀值时，所述供电系统优先使用能量转换单元提供的电能。

较佳地，该供电系统还包括：电池组供电切换单元，包括开关Q1、Q2，用以选择用不同电池组进行供电；

较佳地，该供电系统还包括：电子控制单元，电性连接所述电池组单元，在不同的电量阶段，以不同频率去检测所述电池组单元的电量，根据检测到的电量情况，控制所述开关Q1、Q2的导通或截止，以选择不同的电源供电。

较佳地，所述能量转换单元包括手摇发电装置或手拧发电装置或按压式发电装置。

较佳地，所述能量转换单元包括手摇发电装置或按压式发电装置及对应的整流电路。

较佳地，所述供电系统还包括充放电单元，电性连接所述能量转换单元，存储该能量转换单元产生的电能。

较佳地，所述电池组单元包括主电池组和备用电池组。

较佳地，该主电池组或/和备用电池组中包括至少一组电池，该至少一组电池中的每组又可以包括至少一个电池单元。

较佳地，所述在不同的电量阶段，以不同频率去检测所述电池组单元的电量包括：当电池电量充足时，检测的频率较低，而到后面快临近电池没电时，适当增加检测的频率，发现当电池的电量低于某阀值时，切换到另一电池组。

实施例中记载的供电系统工作流程如下：1)、经过能量转换单元形成电能后，把电能存储在电容C2上，准备为后续负载供电；2)、电源控制单元通过控制开关Q1和Q2，从主电池组或备用电池组中选择一组作为当前供电电池组，在被选择的电池组处于不同的电量阶段，以不同频率去检测电池的电量，即当电池电量充足时，检测的频率较低，而到后面快临近电池没电时，适当增加检测的频率，检测到当电池的电量低于某阀值时，切换到另一电池组，并在锁端和/或智能控制端提示需要更换上述电量低的电池；3)、同时，所述供电系统会自动的在能量转换单元传递过来的电能和电池组提供的电能之间做出选择，当能量转换单元提供的电压高于所述被选择的电池组提供的电压时，使用能量转换单元提供的电能；

本发明另一实施例提供的一种智能锁，包括：锁体：该锁体上设有：密码按键，该密码按键采用两键的键盘设置，用于输入系统密码；信息接收单元，用于将输入的信息解码为开锁需要的信息；无线信号发射单元，其中一个功能用于给智能控制端发送所述供电系统中包括的各个电池组的电量信息，提示更换。

较佳地，所述锁体上还设有：显示单元，用于显示智能锁的开关状态以及电池电量情况。

较佳地，所述锁体上还设有：蜂鸣器，用于当所述供电系统中包括的各个电池组的电量出现不足时，在锁体端发出报警。

较佳地，所述信息接收单元包括：面部识别装置、指纹识别装置、RFID标签阅读器、遥控接收器、基于蓝牙通信的协议处理和身份辨识模块，基于NFC通信的协议处理和身份辨识模块，基于WIFI通信的协议处理和身份辨识模块中的至少一种。

较佳地，所述锁体上还设有无线充电单元，用于给智能控制端供电，以及锁体通过此无线充电单元从外部通获得电能。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

第一、本发明是自发电的，利用发电组件产生电能，内有储能装置，电能储存在储能装置中，代替了单单利用普通电池供电的方式，节约普通电池，可以使电池的使用寿命更长，特别是在电池耗尽的情况下，依然可以为锁具提供备用供电方式使其可以继续工作。

第二、采用主电池组和备用电池组结合供电的方式，延长了供电时间，可以在其电量完全耗尽后才更换，没有电量的浪费，而传统供电系统中如果电量一旦用完，锁就会无法打开，因此必须在电池还有一定电量时，就要更换，从而一定会导致电量的浪费，而且需要用户花精力关注更换电池的时机。

第三、把传统键盘改为两键的键盘设置，由于减少了按键，因此不需要专门为键盘配备的辅助照明的电路，降低了功耗，大大延长了电池的寿命。

第四、传统方案中，系统要正常工作，通常锁具和遥控端都需要有电量，比如车钥匙系统，车和车遥控，有一方无电，系统均无法工作，而本专利提供的方案，当遥控端无电时，能通过无线充电方式获取必要的电源，使得遥控可以工作。

附图说明

图1是本发明供电系统的电路结构示意图；

图2是本发明智能锁的结构示意图；

附图标记：附图1中的标记说明，1-能量转换单元、2-充放电单元、3-电池组单元、4-电池组供电切换单元、5-电源控制单元、6，7-DC-DC转换单元、8-负载；附图2中的标记说明，1-锁体、2-显示单元、3-密码按键、4-信息接收单元、5-供电系统、6-无线充电单元、7-无线信号发射单元、8-蜂鸣器。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明实施例提供的技术方案做进一步详细的叙述。

实施例一：

参见附图1，本发明的智能锁供电系统，包括能量转换单元1、充放电单元2、电池组单元3、电池组供电切换单元4、电源控制单元5以及DC-DC转换装置7。

其中能量转换单元1为能够将机械能转换成直流电能的能量转换单元，在本实施例中采用手摇发电装置驱动电机，然后经过整流电路实现。具体地，该手摇发电装置在智能锁锁体把手(或转动机构)的转轴上安装一同心齿轮，该同心齿轮依次带动3个或四个齿轮，逐级放大齿轮边沿的线速度，最后驱动电机。电机可以采用三相交流电机，两相交流电机，或直流电机，本实施例中以三相交流电机MT1为例，该三相交流电机与整流电路电性连接，经由二极管D1-D3、D6-D8组成的整流电路整流后，与后续充放电单元2连接。而如果锁体上没有把手，则引入按压式发电装置替代上述手摇发电装置，通过按压动作，把按动按钮的过程转化为齿轮的转动，之后和手摇发电装置的过程相似。

充放电单元2包括电容C1、稳压二极管D4、DC-DC转换单元6、电容C2；三相交流发电机MT1发出的交流电经过整流后，把整流后的电能暂存在电容C1上，其中D4为稳压二极管，用来限制电容C1两端的电压，从而保护电容C1和DC-DC转换单元6的输入端具有稳定的电压，通过DC-DC转换单元6进行电压转换后，把该转换所得的电能存储在另一个电容C2上，以便给负载8供电，其中二极管D5用于控制所在线路上的电流只能单方向流动，使得C2上无电时，电池不会反向给能量转换单元1及充放电单元2供电而导致额外的电量损失。

电池组单元3包括主电池组A和备用电池组B，而在每个电池组中又可以包括多组电池，每组电池又可以包括多个电池单元，本实施例中以每组电池组中包括2组为例说明，本领域技术人员可以根据实际需要，合理添加需要的电池组数目。主电池组A中包括由电池单元BT1、BT3串联连接组成的A1组和由电池单元BT2、BT4串联连接组成的A2组，备用电池组B中包括由电池单元BT5、BT7串联连接组成的B1组和由电池单元BT6、BT8串联连接组成的B2组。电池组单元3中还包括二极管D9-D12，其中电池单元BT1的正极连接二极管D9的正极，二极管D9的负极连接电池组供电切换单元4中MOS管Q1的源极；电池单元BT2的正极连接二极管D10的正极，二极管D10的负极连接电池组供电切换单元4中MOS管Q1的源极，同时，二极管D10的正极也连接到电源控制单元5的一个端口，用以提供电源控制单元5采集主电池组A的电量；电池单元BT1的负极连接电池单元BT3的正极，电池单元BT3的负极接地；电池单元BT2的负极连接电池单元BT4的正极，电池单元BT4的负极接地；电池单元BT5的正极连接二极管D11的正极，二极管D11的负极连接电池组供电切换单元4中MOS管Q2的源极；电池单元BT6的正极连接二极管D12的正极，二极管D12的负极连接电池组供电切换单元4中MOS管Q2的源极，同时，二极管D12的正极也连接到电源控制单元5的另一个端口，用以提供电源控制单元5采集备用电池组B的电量；电池单元BT5的负极连接电池单元BT7的正极，电池单元BT7的负极接地；电池单元BT6的负极连接电池单元BT8的正极，电池单元BT8的负极接地。

电池组供电切换单元4包括MOS管Q1、Q2，用以切换不同电池组的供电情况，MOS管Q1的栅极连接电源控制单元5的一个端口，漏极连接DC-DC转换单元7的输入端；MOS管Q2的栅极连接电源控制单元5的另一个端口，漏极连接DC-DC转换单元7的输入端；电子控制单元5在不同的电量阶段，以不同频率去检测电池组A，B的电量，根据检测到的电池组的电量情况，控制MOS管Q1、Q2的导通或截止来切换不同电源的供电。

根据电池电量的不同而采用不同的检测频率，克服了采用单一的检测频率进行检测的弊端，极大的节约了电能。该MOS管Q1、Q2起到开关的作用，可以采用本领域常用的电子开关，如三极管、继电器，来等效替代。

上述智能锁供电系统的工作过程如下：

1)、经过手摇或按压装置驱动后，三相交流电机MT1发出的交流电经过由D1-D3、D6-D8组成的整流电路整流后，把电能暂存在电容C1上，通过DC-DC转换单元6转换后，把电能存储在另一个电容C2上，准备为后续电路供电；

2)、电源控制单元5通过控制MOS管Q1和Q2，从两组电池供电中选择一组作为当前供电电池组，假设当前主电池组A作为供电电池组。处理如下：电源控制单元5选择该主电池组A中的某一组电池供电后，在不同的电量阶段，以不同频率去检测电池的电量，即当电池电量充足时，检测的频率较低，而到后面快临近电池没电时，适当增加检测的频率，发现当电池的电量低于某阀值时(该阈值可以根据实际设计需要选择)，切换到另一备用电池组B，并在锁端和/或智能控制端(比如手机，遥控器等)提示需要更换上述电量低的电池。

3)、同时该供电系统会自动的从发电机传递过来的电能和电池组的电能之间做出选择，这里以主电池组A中的A1组供电为例(A组分为A1组和A2组，实际实施时可以只用其中一组)，此时MOS管Q1处于导通状态，MOS管Q2处于截止状态，当V_C2-V_D5＞V_A1-V_D9-V_Q1(其中V_C2表示电容C2两端的电压，V_D5表示二极管D5两端的压降电压，V_A1表示A1组电池(电池单元BT1和BT3)串联得到的电压，V_D9表示二极管D9两端的压降电压，V_Q1表示MOS管Q1两端的压降)时，则表示电容C2上的电压足够高，则自动选择从电容C2供电，此时二极管D9-D12反向截止；否则，从电池组A1上供电。备用电池组B的切换过程类似，当主电池组A和备用电池组B被检测到均出现电量不足后，上述供电系统自动切换到采用从发电机传递过来的电能供电。

4)、选择好给后续电路供电的电源后，该电源提供的电压再通过DC-DC转换单元7后，给后续整个电路供电。

下面结合附图2对本发明的另一实施例进一步详细的叙述。

实施例二：

参加附图2，本发明的另一实施例为一种带手动发电的智能锁，包括锁体1，锁体1上设有显示单元2，用以显示智能锁的开关状态以及电池电量情况；设有密码按键3，用以输入开锁密码，将输入的密码信号经过分析处理，控制锁芯驱动机构进行控制锁芯的打开与否，该密码按键3与传统的0-9按键设置不同，采用两键的键盘设置，即：先把各类密码通过某类算法对应到二进制序列，这样的输入方式精简了按键数目。同时，本领与技术人员可以根据实际设计需要在密码按键3上设置*，#等功能键，以便扩展需要的功能。

设有信息接收单元4，该信息接收单元4能够将输入的信息解码为开锁需要的信息，本领域技术人员根据实际设计需要可以将该信息接收单元4设置为面部识别装置、指纹识别装置、RFID标签阅读器、遥控接收器、基于蓝牙通信的协议处理和身份辨识模块，基于NFC通信的协议处理和身份辨识模块，基于WIFI通信的协议处理和身份辨识模块等常用的智能锁身份验证手段。

包括供电系统5，用来给该锁体1中包括的各个电路单元提供电能，该供电系统采用上述实施例1中的供电系统，其结构和使用方式在此不再赘述；

包括无线充电单元6，可以给智能控制端供电，或/和，锁体通过此无线充电单元6从外部通过无线充电获得电能；

包括无线信号发射单元7，用来给智能控制端发送该供电系统中包括的各个电池组的电量信息，提示更换；

蜂鸣器8，用来当该供电系统中包括的各个电池组的电量出现不足时，在锁体端发出报警。

当输入的密码匹配后(采用面部识别装置、指纹识别装置、RFID标签阅读器、遥控接收器、基于蓝牙通信的协议处理和身份辨识模块、基于NFC通信的协议处理和身份辨识模块，基于WIFI通信的协议处理和身份辨识模块等常用的智能锁身份验证手段进行身份识别匹配时，其开锁原理与采用密码按键开锁一样，本领域技术人员可以以此类推)，所述锁芯驱动机构控制锁芯打开，此时转动锁体把手，可把门锁的锁舌缩回，便可开门。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能锁供电系统，其特征在于，包括：

能量转换单元，用于将机械能转换成直流电能；

电池组单元，为负载提供电能；

在能量转换单元的电压高于某一阀值时，所述供电系统自动优先的使用能量转换单元提供的电能。

2.根据权利要求1所述的智能锁供电系统，其特征在于，还包括：

电池组供电切换单元，包括开关Q1、Q2，用以切换不同电池组的供电；

电子控制单元，电性连接所述电池组单元，在不同的电量阶段，以不同频率去检测所述电池组单元的电量，根据检测到的电量情况，控制所述开关Q1、Q2的导通或截止，以选择不同的电池组进行供电。

3.根据权利要求1所述的智能锁供电系统，其特征在于，所述能量转换单元包括手摇发电装置或手拧发电装置或按压式发电装置。

4.根据权利要求1所述的智能锁供电系统，其特征在于，所述电池组单元包括主电池组和备用电池组。

5.根据权利要求4所述的智能锁供电系统，其特征在于，该主电池组或/和备用电池组中包括至少一组电池，该至少一组电池中的每组又可以包括至少一个电池单元。

6.一种智能锁供电系统的电源切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、经过能量转换单元形成电能后，把电能存储在电容C2上，准备为后续负载供电；

2)、电源控制单元通过控制开关Q1和Q2，从主电池组或备用电池组中选择一组作为当前供电电池组，在被选择的电池组处于不同的电量阶段，以不同频率去检测电池的电量，即当电池电量充足时，检测的频率较低，而到后面快 临近电池没电时，适当增加检测的频率，检测到当电池的电量低于某阀值时，切换到另一电池组，并在锁端和/或智能控制端提示需要更换上述电量低的电池；

3)、同时，所述供电系统会自动的在能量转换单元传递过来的电能和电池组提供的电能之间做出选择，当能量转换单元提供的电压高于所述被选择的电池组提供的电压时，使用能量转换单元提供的电能。

7.一种利用权利要求1所述供电系统的智能锁，其特征在于，包括锁体，该锁体上设有：

密码按键，该密码按键采用两键的键盘设置，用于输入系统密码；

信息接收单元，用于将输入的信息解码为开锁需要的信息；

无线信号发射单元，用于给智能控制端发送所述供电系统中包括的各个电池组的电量信息，提示更换。

8.根据权利要求7所述的智能锁，其特征在于，所述锁体上还设有：显示单元，用于显示智能锁的开关状态以及电池电量情况；或者，还设有蜂鸣器，用于当所述供电系统中包括的各个电池组的电量出现不足时，在锁体端发出报警。

9.根据权利要求7所述的智能锁，其特征在于，所述信息接收单元包括：面部识别装置、指纹识别装置、RFID标签阅读器、遥控接收器、基于蓝牙通信的协议处理和身份辨识模块，基于NFC通信的协议处理和身份辨识模块，基于WIFI通信的协议处理和身份辨识模块中的至少一种。

10.根据权利要求7、8或9所述的智能锁，其特征在于，所述锁体上还设有无线充电单元，用于给智能控制端供电，以及锁体通过此无线充电单元从外部通获得电能。