CN105654585A - 一种智能锁及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种智能锁，包括电子锁体和与所述电子锁体配合使用的智能卡，所述电子锁体利用锁芯实现锁具开关功能，所述电子锁体具有控制系统，所述控制系统包括主控制单元，PKE系统控制单元，密码输入单元，和电源，所述电源为所述电子锁体、所述主控制单元、所述PKE系统控制单元以及密码输入单元供电，且所述主控制单元与所述PKE系统控制单元的电源相互独立。本发明同时公开了该智能锁的控制方法。本发明完善和发展了PKE？系统功能和应用范围，通过实时供电模式降低了功耗，系统集成化降低了材料成本和生产成本，通过双系统自动转换和独立工作提高了可靠性，通过卡密交互管理也提高了其安全性个方便性。

Description

一种智能锁及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能锁技术领域，具体为一种智能锁及其所使用的控制方法。

背景技术

目前，机械门锁通过技术手段很容易开启人所共知，智能锁依其安全方便的特性逐渐进入人们的生活。目前，遥控锁、密码锁、刷卡锁、指纹锁作为新一代识别技术优势逐渐取代机械锁成为锁具行业的新主角，然而，指纹、IC卡、遥控、密码等智能门锁都需要人为的操作和干预，加密信息易于破解和复制，而且都保留了备用机械锁孔，这为其安全性方便性大打了折扣。

PKE是英文（PassiveKeylessEntry）的缩写，中文含义为：被动式免钥匙进入系统。作为世界最先进的（PKE）双向通信认证技术和最安全的（KEELOQ）身份编码识别系统，已经成宝马、奔驰等高档汽车的标准配置。

目前，国际上流行的PKE技术方案有PIC、NEC和NXP，以上三种方案都是针对汽车的使用特点和功能而设计开发的，要将其应用到智能锁领域尚有很大差距。主要问题有：

1、功耗：以上3种方案静态电流在30-100mA，这点功耗对汽车而言是微不足道的，但对门锁是远远不能承受的，智能锁是用电池供电，而且要求使用时间最少1年以上，这就限制了他的静态功耗不大于50uA，两者相差甚远。

2、人机交互，卡密管理：PIC、NEC和NXP方案用于人机交互平台，不能方波的进行卡密管理，而智能锁需对这些要求显得尤为重要。

因此，设计一款安全可靠，简单易用的PKE智能锁。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种智能锁及其控制方法，从而解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种智能锁，包括电子锁体和与所述电子锁体配合使用的智能卡，

所述电子锁体利用锁芯实现锁具开关功能，所述电子锁体具有控制系统，所述控制系统包括

主控制单元，所述主控制器利用控制导线连接至所述电子锁体，用以实现密码认证和正常开锁功能；

PKE系统控制单元，所述PKE系统控制单元用以实现密码认证以及与智能卡交互通信功能，且所述PKE系统控制单元与所述主控制单元实现双向通信；

密码输入单元，所述密码输入单元分别与所述主控制单元和所述PKE系统控制单元连接；

和电源，所述电源为所述电子锁体、所述主控制单元、所述PKE系统控制单元以及密码输入单元供电，且所述主控制单元与所述PKE系统控制单元的电源相互独立。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述电子锁体还具有应急开锁机构，所述应急开锁机构与所述PKE系统控制单元相连。应急开锁机构启用时，能够将整个系统抛开，对电子锁体的锁芯部件进行直接操作。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述主控制单元以MSP430F1222单片机作为中央处理器，担负着密码认证和正常开锁功能。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述PKE系统控制单元以MSP430F1132单片机作为中央处理器，完成与智能卡的双向通信、相互认证，以及密码认证的功能，另外，所述PKE系统控制单元对应急开锁机构进行控制。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述PKE系统控制单元连接有与所述智能卡交互通信的2.4G接收模块和125K发射模块。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述2.4G接收模块采用A7125射频芯片，所述125K发射模块采用TC4222芯片。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述密码输入单元为触控密码键盘，所述触控密码键盘采用WTC6212触控芯片。

本发明采用了MSP430系列单片机作为密码锁的处理器。MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)生产的一种16位具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(MixedSignalProcessor)，它具有功耗低、处理能力强、运算速度快、片内资源丰富等特点。

本发明中，且所述主控制单元与所述PKE系统控制单元的电源相互独立，平时都处于休眠状态，功耗将至最低，静态功耗约2uA。触控密码键盘由WTC6212完成，平时处于休眠状态，静态功耗8uA，这样整机静态功耗10uA，达到了低功耗的目的。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述智能卡包括

三维低频天线单元，所述三维低频天线单元采用MCP2030三维模拟前端，用以接收并鉴别所述PKE系统控制单元发出的编码信号；

中央处理单元，所述中央处理单元采用MSP430F2011单片机，用以存储KEELOQ编码数据；

以及2.4G发射单元，所述2.4G发射单元用以将KEELOQ编码数据发出。

智能卡整机平时处于休眠状态，静态功耗6uA，低频信号处理有三维低频天线MCP2030完成，MCP2030接收到125K发射模块发射的125K编码信号并鉴别正确后，唤醒中央处理单元MSP430F2011，MSP430F2011将KEELOQ编码数据经2.4G发射单元发出，然后休眠。

本发明中，PKE系统采用了双向通信认证（PKE）、跳码加密（KEELOQ）技术，密码单元采用触控技术、虚位密码技术和三次错误输入报警并锁定功能，大大提高了其安全性。卡密交互管理也提高了其安全性个方便性，通过密码可以添加和删除智能卡，密码的初始化或修改必须有认证过的智能卡在身边才能完成。

本发明中，密码锁的控制方法，该方法如下：

触摸密码输入单元，密码输入单元同时唤醒主控制单元和PKE系统控制单元，所述主控制单元和PKE系统控制单元实现双向通信协调工作；

主控制单元给PKE系统控制单元发送搜卡指令，PKE系统控制单元发射125K编码信号，范围内（1米）的智能卡被唤醒应答，智能卡发射KEELOQ编码数据，PKE系统控制单元接收到数据，进行密码认定，判定正确时，发送开锁信号，通知主控制单元控制电子锁体开锁；

若500ms后，主控制单元没有收到PKE系统控制单元的开锁信号，则主控制单元自动转换为密码开锁状态，可通过密码输入单元输入正确的密码，并利用主控制单元控制电子锁体开锁；若10秒后，密码输入单元仍然没有密码输入，则密码锁转入休眠状态；

若主控制单元和PKE系统控制单元被唤醒初期50ms内，PKE系统控制单元没有收到主控制单元发送的搜卡指令，则PKE系统控制单元则自动转换为应急开锁状态，此时通过手动复位PKE系统控制单元控制应急开锁机构，完成应急开锁功能。

本发明中，应急开锁机构采用如下结构：将电子锁体的锁芯部件设置机械开锁口，利用该机械开锁口能够实现机械开锁，但是，该机械开锁口在正常工作状态下采用一挡片遮挡隐藏，当手动复位PKE系统控制单元时，PKE系统控制单元会控制挡片移动，并将机械开锁口暴露，从而实现了应急开锁功能。而实现挡片的方式多种多样，例如采用复位弹簧、电磁铁等等。

基于以上的描述，密码锁的各种状态自动转换，当任何一个器件或一个系统（仅限1种情况）损坏时，都能保证开锁。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明完善和发展了PKE系统功能和应用范围，通过实时供电模式降低了功耗，系统集成化降低了材料成本和生产成本，通过双系统自动转换和独立工作提高了可靠性，通过卡密交互管理也提高了其安全性个方便性，该技术的出现，为智能锁领域增添一个新的品种，填补了该领域的空白。

附图说明

图1为本发明电子锁体及其控制系统的电路原理示意图；

图2为本发明智能卡的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

参见图1，一种智能锁，包括电子锁体和与所述电子锁体配合使用的智能卡，所述电子锁体利用锁芯实现锁具开关功能，所述电子锁体具有控制系统，所述控制系统包括主控制单元（图中示为主控系统MSP430F1222）、PKE系统控制单元（图中示为PKE系统MSP430F1132）、密码输入单元（图中示为触控密码键盘WTC6212）和电源，所述主控制器利用控制导线连接至所述电子锁体，用以实现密码认证和正常开锁功能，所述主控制单元以MSP430F1222单片机作为中央处理器，担负着密码认证和正常开锁功能，所述PKE系统控制单元用以实现密码认证以及与智能卡交互通信功能，且所述PKE系统控制单元与所述主控制单元实现双向通信，所述PKE系统控制单元以MSP430F1132单片机作为中央处理器，完成与智能卡的双向通信、相互认证，以及密码认证的功能，另外，所述PKE系统控制单元对应急开锁机构进行控制，所述PKE系统控制单元连接有与所述智能卡交互通信的2.4G接收模块和125K发射模块（图中示为2.4G接收A7125125K发射TC4222），PKE系统控制单元与智能卡的交互通信功能就是通过2.4G接收模块和125K发射模块共同实现的，其中，2.4G接收模块采用A7125射频芯片，所述125K发射模块采用TC4222芯片；所述密码输入单元分别与所述主控制单元和所述PKE系统控制单元连接，所述密码输入单元为触控密码键盘，所述触控密码键盘采用WTC6212触控芯片，本领域的技术人员应该知晓，触控密码键盘上应该设置一个开锁按键以及数字符号按键；

所述电源为所述电子锁体、所述主控制单元、所述PKE系统控制单元以及密码输入单元供电，且所述主控制单元与所述PKE系统控制单元的电源相互独立（图中示出为PKE系统电源和主控系统电源），所述主控制单元与所述PKE系统控制单元的电源相互独立的好处在于：两个单元平时都处于休眠状态，功耗将至最低，静态功耗约2uA。另外，触控密码键盘由WTC6212完成，平时也处于休眠状态，静态功耗8uA，这样整机静态功耗10uA，达到了低功耗的目的。

为了避免某一部件出现问题，所述电子锁体还具有应急开锁机构，所述应急开锁机构与所述PKE系统控制单元相连。应急开锁机构启用时，能够将整个系统抛开，对电子锁体的锁芯部件进行直接操作。

本发明采用了MSP430系列单片机作为密码锁的处理器。MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)生产的一种16位具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(MixedSignalProcessor)，它具有功耗低、处理能力强、运算速度快、片内资源丰富等特点。

本实施例中，所述智能卡包括三维低频天线单元（图中示为三维模拟前端信号处理MCP2030），所述三维低频天线单元采用MCP2030三维模拟前端，用以接收并鉴别所述PKE系统控制单元发出的编码信号；中央处理单元（图中示为中央处理单元滚码编码器MSP430F2011），所述中央处理单元采用MSP430F2011单片机，用以存储KEELOQ编码数据；以及2.4G发射单元（图中示出为2.4G发射A7235），所述2.4G发射单元用以将KEELOQ编码数据发出，所述2.4G发射单元采用A7235射频芯片。

智能卡整机平时处于休眠状态，静态功耗6uA，低频信号处理由三维低频天线单元MCP2030完成，MCP2030接收到PKE系统控制单元发出的125K编码信并鉴别正确后，唤醒中央处理单元MSP430F2011，MSP430F2011将KEELOQ编码数据经2.4G发射单元发出，然后休眠。

本发明中，PKE系统采用了双向通信认证（PKE）、跳码加密（KEELOQ）技术，密码单元采用触控技术、虚位密码技术和三次错误输入报警并锁定功能，大大提高了其安全性。卡密交互管理也提高了其安全性个方便性，通过密码可以添加和删除智能卡，密码的初始化或修改必须有认证过的智能卡在身边才能完成。

密码锁的控制方法，该方法如下：

触摸密码输入单元，密码输入单元同时唤醒主控制单元和PKE系统控制单元，所述主控制单元和PKE系统控制单元实现双向通信协调工作；

正常情况下，主控制单元给PKE系统控制单元发送搜卡指令，PKE系统控制单元发射125K编码信号，范围内（1米）的智能卡被唤醒应答，智能卡发射KEELOQ编码数据，PKE系统控制单元接收到数据，进行密码认定，判定正确时，发送开锁信号，通知主控制单元控制电子锁体开锁；

若500ms后，主控制单元没有收到PKE系统控制单元的开锁信号，则主控制单元自动转换为密码开锁状态，可通过密码输入单元输入正确的密码，并利用主控制单元控制电子锁体开锁；若10秒后，密码输入单元仍然没有密码输入，则密码锁转入休眠状态；

若主控制单元和PKE系统控制单元被唤醒初期50ms内，PKE系统控制单元没有收到主控制单元发送的搜卡指令，则PKE系统控制单元则自动转换为应急开锁状态，此时通过手动复位PKE系统控制单元控制应急开锁机构，完成应急开锁功能。应急开锁机构可以选择采用如下结构：将电子锁体的锁芯部件设置机械开锁口，利用该机械开锁口能够实现机械开锁，但是，该机械开锁口在正常工作状态下采用一挡片遮挡隐藏，当手动复位PKE系统控制单元时，PKE系统控制单元会控制挡片移动，并将机械开锁口暴露，从而实现了应急开锁功能。而实现挡片的方式多种多样，例如采用复位弹簧、电磁铁等等。

基于以上的描述，密码锁的各种状态自动转换，当任何一个器件或一个系统（仅限1种情况）损坏时，都能保证开锁。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种智能锁，包括电子锁体和与所述电子锁体配合使用的智能卡，其特征在于：

所述电子锁体利用锁芯实现锁具开关功能，所述电子锁体具有控制系统，所述控制系统包括

主控制单元，所述主控制器利用控制导线连接至所述电子锁体，用以实现密码认证和正常开锁功能；

PKE系统控制单元，所述PKE系统控制单元用以实现密码认证以及与智能卡交互通信功能，且所述PKE系统控制单元与所述主控制单元实现双向通信；

密码输入单元，所述密码输入单元分别与所述主控制单元和所述PKE系统控制单元连接；

和电源，所述电源为所述电子锁体、所述主控制单元、所述PKE系统控制单元以及密码输入单元供电，且所述主控制单元与所述PKE系统控制单元的电源相互独立。

2.根据权利要求1所述的一种智能锁，其特征在于：所述主控制单元以MSP430F1222单片机作为中央处理器。

3.根据权利要求2所述的一种智能锁，其特征在于：所述PKE系统控制单元以MSP430F1132单片机作为中央处理器。

4.根据权利要求3所述的一种智能锁，其特征在于：所述PKE系统控制单元连接有与所述智能卡交互通信的2.4G接收模块和125K发射模块。

5.根据权利要求4所述的一种智能锁，其特征在于：所述2.4G接收模块采用A7125射频芯片，所述125K发射模块采用TC4222芯片。

6.根据权利要求5所述的一种智能锁，其特征在于：所述密码输入单元为触控密码键盘，所述触控密码键盘采用WTC6212触控芯片。

7.根据权利要求6所述的一种智能锁，其特征在于：所述电子锁体还具有应急开锁机构，所述应急开锁机构与所述PKE系统控制单元相连，应急开锁机构启用时，能够将整个系统抛开，对电子锁体的锁芯部件进行直接操作。

8.根据权利要求7所述的一种智能锁，其特征在于：所述智能卡包括

三维低频天线单元，所述三维低频天线单元采用MCP2030三维模拟前端，用以接收并鉴别所述PKE系统控制单元发出的编码信号；

中央处理单元，所述中央处理单元采用MSP430F2011单片机，用以存储KEELOQ编码数据；

以及2.4G发射单元，所述2.4G发射单元用以将KEELOQ编码数据发出。

9.根据权利要求8所述的一种智能锁，其特征在于：所述2.4G发射单元采用A7235射频芯片。

10.如权利要求9所述的智能锁的控制方法，其特征在于：方法如下：

触摸密码输入单元，密码输入单元同时唤醒主控制单元和PKE系统控制单元，所述主控制单元和PKE系统控制单元实现双向通信协调工作；

主控制单元给PKE系统控制单元发送搜卡指令，PKE系统控制单元发射125K编码信号，范围内的智能卡被唤醒应答，智能卡发射KEELOQ编码数据，PKE系统控制单元接收到数据，进行密码认定，判定正确时，发送开锁信号，通知主控制单元控制电子锁体开锁；

若500ms后，主控制单元没有收到PKE系统控制单元的开锁信号，则主控制单元自动转换为密码开锁状态，可通过密码输入单元输入正确的密码，并利用主控制单元控制电子锁体开锁；若10秒后，密码输入单元仍然没有密码输入，则密码锁转入休眠状态；

若主控制单元和PKE系统控制单元被唤醒初期50ms内，PKE系统控制单元没有收到主控制单元发送的搜卡指令，则PKE系统控制单元则自动转换为应急开锁状态，此时通过手动复位PKE系统控制单元控制应急开锁机构，完成应急开锁功能。