CN106652142A - 一种即时无线供电的电子锁控制器及电子锁 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种即时无线供电的电子锁控制器及电子锁，属于电子锁领域，其包括无源电子锁控制器线圈、整流电路、微处理器、继电器及交流电磁铁，无源电子锁控制器线圈同时与整流电路输入端、继电器第一输入端以及微处理器第一输入端电连接，整流电路的输出端电连接微处理器的第二输入端，微处理器的输出端电连接继电器的第二输入端，继电器的输出端与交流电磁铁的输入端电连接，交流电磁铁的输出端连接外界的机械锁芯，交流电磁铁用于在继电器导通时获得交流电从而控制机械锁芯实现开锁。本发明的电子锁控制器设计成无源形式，且包括具有权鉴能力的微处理器以及加密信道，本发明电子锁克服了现有的无源电子锁供电不可靠并且安全风险高的问题。

Description

一种即时无线供电的电子锁控制器及电子锁
技术领域
本发明属于电子锁领域，更具体地，涉及一种利用即时无线供电技术的电子锁控制器及电子锁。
背景技术
传统的机械锁具历经千年的发展，其功能及性能已经达到其自身特性限制的极限，然而，仍不能满足现代人们对锁具高可靠性、高安全性、信息化、智能化的要求。
自50年代末，半导体(晶体管)技术问世后，人们便将该技术应用于锁具上，发明了形形色色、功能丰富的电子锁具。电子锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作(访问控制系统)从而控制机械开关的闭合、进而完成开锁、闭锁任务的电子产品。电子锁的种类很多，有包含简易电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。
有的电子锁还设计了防盗报警功能，广泛应用在安全技术防范领域。电子密码锁代替传统的机械式密码锁可以克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，电子锁无论在技术上还是在性能上都比机械锁大大提高。
无源电子锁是电子锁具领域中的一个新的重要分支，它与传统电子锁具(暂称之为有源电子锁具)的最大区别在于：采用了逆向思维的理念，将电子锁具必须的工作电源移置到了电子钥匙(称之为：有源电子钥匙)上，由此，彻底解决了传统有源电子锁具中一系列固有的难题，如：消耗大量电池，需经常维护，结构复杂、通用化、标准化程度低，故障率较高。无源电子锁具其外形、体积及安装方式与标准机械锁具相当，能直接取代(互换)一般机械锁具。无源电子锁控制器是无源电子锁具的核心部件。
一般的无源电子锁的有源电子钥匙都是利用金属的电子触点完成对无源电子锁的供电与秘钥传输。由于这些有源电子钥匙与无源电子锁控制器都需要外露金属的电子触点，在日常使用中不得不面对接插过程中的磨损和空气的氧化，容易造成无源电子锁控制器或有源电子钥匙的失效。这些问题可能带来无源电子锁无法开启或关闭的故障，同时加重无源电子锁的维护成本。
现有的非接触式无源电子锁，往往采用NFC卡片作为有源电子钥匙，其秘钥的传输采用非安全信道上的明文或密文传输。这种秘钥传输方式，其秘钥易于被空中侦听及伪造。这种无源电子锁具有明显的安全性风险。此外，现有的非接触无源电子锁，采用NFC智能终端作为电子锁的供电源，受限于NFC供电源的驱动能力，接收端获得的电压往往较低，且为脉冲电压，还需要设计整流电路与储能电路用于储蓄电能，才能在电能充足时利用电能转化为机械能控制机械锁的开启与关闭。这样无源电子锁的电路结构过于复杂，且受限于储能电路的使用寿命无源电子锁的寿命也可能降低或维护周期缩短
因此，需要开发一种供电可靠、完全性高、电路设计简单的电子锁。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种即时无线供电的电子锁控制器及电子锁，其目的在于，将控制器设计成无源形式，仅在工作时获电、并且设计了能进行权鉴的微处理器以及加密信道，由此解决现有技术中电子锁供电不可靠并且安全风险高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种即时无线供电的电子锁控制器，其包括无源电子锁控制器线圈、整流电路、微处理器、继电器以及交流电磁铁，其中，
所述无源电子锁控制器线圈同时与所述整流电路输入端、所述继电器第一输入端以及所述微处理器第一输入端电连接，所述无源电子锁控制器线圈用于在受外界激发后获取交流电并用于将所述交流电供给所述整流电路和所述继电器，同时还用于与所述微处理器间进行信息传输，
所述整流电路的输出端与所述微处理器的第二输入端电连接，所述整流电路用于将来自所述无源电子锁控制器线圈供给的交流电转换为直流电以供所述微处理器工作，
所述微处理器的输出端电连接继电器的第二输入端，所述微处理器用于在完成权鉴后对来自加密信道的开锁指令密文进行解密以获得开锁指令明文，还用于判断所述开锁指令明文是否与微处理器预存的开锁指令匹配，以在所述开锁指令明文与微处理器预存的开锁指令匹配时，向所述继电器输入许可电平从而控制所述继电器导通，或者在所述开锁指令明文与微处理器预存的开锁指令不匹配时默认继电器的断开状态，
所述继电器的输出端与所述交流电磁铁的输入端电连接，所述交流电磁铁的输出端连接外界的机械锁芯，所述交流电磁铁用于在所述继电器导通时获得交流电从而控制所述机械锁芯中的滑块滑动，进而开启机械锁芯。
进一步的，所述许可电平为1.5V～5V。
进一步的，所述微处理器用于与对来自无源电子锁控制器线圈传输的开锁指令密文进行解密以获得开锁指令明文。
按照本发明的另一个方面，还提供一种即时无线供电的电子锁，其包括锁本体和有源电子钥匙，所述锁本体中包括机械锁芯和无源电子锁控制器，所述无源电子锁控制器如上所述。
进一步的，所述有源电子钥匙与无源电子锁控制器物理分离，在需要开锁时，所述有源电子钥匙与无源电子锁控制器靠近以使有源电子钥匙激发所述无源电子锁控制器线圈使之生成交流电，同时使有源电子钥匙与所述无源电子锁控制器线圈之间能发生无线通信。
进一步的，所述有源电子钥匙包括电池、有源电子钥匙微处理器、放大器以及有源电子钥匙线圈，
所述电池同时与所述有源电子钥匙微处理器输入端和所述放大器第一输入端电连接，以用于给所述放大器和所述有源电子钥匙微处理器供电，
所述有源电子钥匙微处理器输出端与所述放大器的第二输入端电连接，所述放大器的输出端与所述有源电子钥匙线圈相电连接，所述有源电子钥匙微处理器、所述放大器以及所述有源电子钥匙线圈依次电连接而形成信息传输通道，所述放大器还用于将来自所述电池的电能放大并进而传输给所述有源电子钥匙线圈。
进一步的，所述有源电子钥匙线圈与所述无源电子锁控制器线圈相匹配，以用于在有源电子钥匙与无源电子锁控制器靠近时通过有源电子钥匙线圈激发无源电子锁控制器线圈而使无源电子锁控制器线圈生成交流电，同时所述有源电子钥匙线圈与所述无源电子锁控制器线圈还用于信息传输。
进一步的，所述有源电子钥匙微处理器、所述放大器以及所述有源电子钥匙线圈依次电连接而形成第一信道，
所述无源电子锁控制器线圈与所述微处理器电连接而形成第二信道，
所述第一信道与所述第二信道通过所述无源电子锁控制器线圈和所述有源电子钥匙线圈形成信息传输通道。
进一步的，所述有源电子锁微处理器还用于与所述微处理器间进行权鉴以相互确认对方身份，还用于在权鉴成功后与所述微处理间建立加密信道，所述有源电子钥匙微处理器还能生成开锁指令密文，所述微处理器还能用于解密开锁指令密文而获得开锁指令明文。
进一步的，所述电池输出电平大于4.5V。
本发明中，在开锁指令传输前，在无源电子锁与有源电子钥匙(密匙也即开锁指令)之间建立一条经过加密的安全的信道，秘钥再以密文的形式在这条安全信道中传输，这样有效降低了秘钥在无线传输中被空中侦听的风险。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明方法采用非接触式无线供电与开锁指令传输方式，解决了接触式有源电子钥匙在接驳无源电子锁具过程中，金属接触点的磨损与空气氧化，提高了无源电子锁的使用寿命，也提高了供电的安全可靠性。
2、本发明无源电子锁采用大功率非接触式无线供电，采用继电器以及交流电磁铁来提供控制机械锁的电能，其结构上简化了电路结构，避免了储能电路电子器件失效的风险，从而提高了无源电子锁控制器的可靠性，延长了维护周期或寿命。
附图说明
图1是本发明实施例中包括即时无线供电的电子锁控制器的电子锁结果示意图，其中，即时无线供电的电子锁控制器又被称为无源电子门锁控制器；
图2是本发明实施例中即时无线供电的电子锁工作方法流程图中。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明实施例中包括即时无线供电的电子锁控制器的电子锁结果示意图，其中，即时无线供电的电子锁控制器又被称为无源电子门锁控制器，由图可知，本发明中的一种即时无线供电的电子锁包括无源电子锁本体和有源电子钥匙，所述锁本体中包括机械锁芯和无源电子锁控制器。
其中，有源电子钥匙与无源电子锁控制器物理分离，在需要开锁时，所述有源电子钥匙与无源电子锁控制器靠近以使有源电子钥匙激发所述无源电子锁控制器线圈使之生成交流电，同时使有源电子钥匙与所述无源电子锁控制器线圈之间能发生无线通信。
详细的，所述有源电子钥匙包括电池、有源电子钥匙微处理器、放大器以及有源电子钥匙线圈，所述电池同时与所述有源电子钥匙微处理器输入端和所述放大器第一输入端电连接，以用于给所述放大器和所述有源电子钥匙微处理器供电，所述电池为大容量电池，其输出电平大于4.5V。所述有源电子钥匙微处理器输出端与所述放大器的第二输入端电连接，所述放大器的输出端与所述有源电子钥匙线圈相电连接，所述有源电子钥匙微处理器、所述放大器以及所述有源电子钥匙线圈依次电连接而形成信息传输通道，所述放大器还用于将来自所述电池的电能放大并进而传输给所述有源电子钥匙线圈。
所述有源电子钥匙线圈与所述无源电子锁控制器线圈相匹配，以用于在有源电子钥匙与无源电子锁控制器靠近时通过有源电子钥匙线圈激发无源电子锁控制器线圈而使无源电子锁控制器线圈生成交流电，同时所述有源电子钥匙线圈与所述无源电子锁控制器线圈还用于信息传输。
更详细的，所述有源电子钥匙微处理器、所述放大器以及所述有源电子钥匙线圈依次电连接而形成第一信道，所述无源电子锁控制器线圈与所述微处理器电连接而形成第二信道，所述第一信道与所述第二信道通过所述无源电子锁控制器线圈和所述有源电子钥匙线圈形成信息传输通道。
进一步的，所述有源电子锁微处理器还用于与所述微处理器间进行权鉴以相互确认对方身份，还用于在权鉴成功后与所述微处理间建立加密信道，所述有源电子钥匙微处理器还能生成开锁指令密文，所述微处理器还能用于解密开锁指令密文而获得开锁指令明文。
本发明中，在开锁指令传输前，在无源电子锁与有源电子钥匙之间建立一条经过加密的安全的信道，秘钥(又称为开锁指令)再以密文的形式在这条安全信道中传输，这样有效降低了秘钥在无线传输中被空中侦听的风险。
在本发明的一个实施例中，一种即时无线供电的电子锁控制器包括无源电子锁控制器线圈、整流电路、微处理器、继电器以及交流电磁铁，其中，所述无源电子锁控制器线圈同时与所述整流电路输入端、所述继电器第一输入端以及所述微处理器第一输入端电连接，所述无源电子锁控制器线圈用于在受外界激发后获取交流电并用于将所述交流电供给所述整流电路和所述继电器，同时还用于与所述微处理器间进行信息传输，所述整流电路的输出端电连接所述微处理器的第二输入端，所述整流电路用于将来自所述无源电子锁控制器线圈供给的交流电转换为直流电以供所述微处理器工作，所述微处理器的输出端电连接继电器的第二输入端，所述微处理器用于对来自外界的开锁指令密文进行解密以获得开锁指令明文，还用于判断所述开锁指令明文是否与微处理器预存的开锁指令匹配，以在所述开锁指令明文与微处理器预存的开锁指令匹配时，向所述继电器输入许可电平从而控制所述继电器导通，或者在所述开锁指令明文与微处理器预存的开锁指令不匹配时不向所述继电器输入许可电平从而控制所述继电器断开，所述继电器的输出端与所述交流电磁铁的输入端电连接，所述交流电磁铁的输出端连接外界的机械锁芯，所述交流电磁铁用于在所述继电器导通时获得交流电从而控制所述机械锁芯中的滑块滑动，进而开启机械锁芯。
进一步的，所述许可电平为1.5V～5V，许可电平优选为3.3V。
图2是本发明实施例中即时无线供电的电子锁工作方法流程图中，由图可知，本发明中的即时无线供电的电子锁的工作方法，其包括如下步骤：
S1：将有源电子钥匙与无源电子锁控制器相靠近，通过有源电子钥匙线圈激发电子锁控制器线圈而使电子锁控制器线圈获取交流电能，所述交流电经过转换后成为直流电，该直流电用于提供给电子锁控制器中的微处理器。所述有源电子钥匙线圈受经放大器放大的电池电能作用而激发电子锁控制器线圈。
S2：无源电子锁控制器的微处理器在获电后启动，自动与有源电子钥匙微处理器进行无线通信，进行权鉴以相互确认对方身份确认，
S3：若权鉴成功，则无源电子锁控制器的微处理器与有源电子钥匙微处理器建立加密安全信道，并进入S4；
若权鉴失败，自动跳转至S10步骤，结束开锁，
S4：有源电子钥匙微处理器加密开锁指令并生成开锁指令密文，
S5：开锁指令密文通过加密安全信道传输给无源电子锁控制器中的微处理器，
S6：无源电子锁控制器中的微处理器接受开锁指令密文并解密，获得开锁指令明文，
S7：无源电子锁控制器的微处理器判断开锁指令明文是否与无源电子锁控制器的微处理器中预存储的开锁指令相匹配，若匹配成功，则进入S8；
若匹配失败，则自动跳转至S10步骤，结束开锁，
S8：无源电子锁控制器的微处理器向继电器发送导通信号，交流电磁体获电，
S9：交流电磁铁将交流电能转换为作用至机械锁芯中滑块的机械能，使滑块移动，实现解锁，
S10：结束开锁。
本发明中方法采用经过加密的安全信道传输开锁指令(也称为密匙)，改变了一般近场通信中直接明文或密文传输秘钥的方式，降低了秘钥在无线传输过程中被空中侦听的风险，同时进一步降低了伪造秘钥开启无源电子锁的风险。
本发明中的无源电子锁控制器去除了无源电子锁控制器的金属电子触点，解决了接触式有源电子钥匙在接驳无源电子锁具过程中金属接触点的磨损与空气氧化问题，提高了无源电子锁的使用寿命，也提高了供电的安全可靠性。此外，有源电子钥匙利用无线线圈以无线方式向无源电子锁供应电能和传输用于开启电子锁具的秘钥，其采用大功率非接触式无线供电，采用继电器以及交流电磁铁来提供控制机械锁的电能，其结构上简化了电路结构，避免了储能电路电子器件失效的风险，从而提高了无源电子锁控制器的可靠性，延长了维护周期或寿命。而且，利用无线线圈以无线方式传输用于开启电子锁具的秘钥，降低了秘钥在无线传输过程中被空中侦听的风险，也降低了伪造秘钥开启无源电子锁的风险。
在本发明电子锁的开启过程中，有源电子钥匙靠近无源电子锁控制器的时间需要达到设定值，以保证有源电子钥匙微处理器和无源电子锁控制器中的微处理器有足够时间进行计算运行，若有源电子钥匙靠近无源电子锁控制器的时间没有达到设定值，就将两者分开，则当前次的开锁失败。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种即时无线供电的电子锁控制器，其特征在于，其包括无源电子锁控制器线圈、整流电路、微处理器、继电器以及交流电磁铁，其中，
所述无源电子锁控制器线圈同时与所述整流电路输入端、所述继电器第一输入端以及所述微处理器第一输入端电连接，所述无源电子锁控制器线圈用于在受外界激发后获取交流电并用于将所述交流电供给所述整流电路和所述继电器，同时还用于与所述微处理器间进行信息传输，
所述整流电路的输出端与所述微处理器的第二输入端电连接，所述整流电路用于将来自所述无源电子锁控制器线圈供给的交流电转换为直流电以供所述微处理器工作，
所述微处理器的输出端电连接继电器的第二输入端，所述微处理器用于在完成权鉴后对来自加密信道的开锁指令密文进行解密以获得开锁指令明文，还用于判断所述开锁指令明文是否与微处理器预存的开锁指令匹配，以在所述开锁指令明文与微处理器预存的开锁指令匹配时，向所述继电器输入许可电平从而控制所述继电器导通，或者在所述开锁指令明文与微处理器预存的开锁指令不匹配时默认继电器的断开状态，
所述继电器的输出端与所述交流电磁铁的输入端电连接，所述交流电磁铁的输出端连接外界的机械锁芯，所述交流电磁铁用于在所述继电器导通时获得交流电从而控制所述机械锁芯中的滑块滑动，进而开启机械锁芯。
2.如权利要求1所述的一种即时无线供电的电子锁控制器，其特征在于，所述许可电平为1.5V～5V。
3.如权利要求1或2所述的一种即时无线供电的电子锁控制器，其特征在于，所述微处理器用于与对来自无源电子锁控制器线圈传输的开锁指令密文进行解密以获得开锁指令明文。
4.一种即时无线供电的电子锁，其特征在于，其包括锁本体和有源电子钥匙，所述锁本体中包括机械锁芯和无源电子锁控制器，所述无源电子锁控制器如权利要求1-3之一所述。
5.如权利要求4所述的一种即时无线供电的电子锁，其特征在于，所述有源电子钥匙与无源电子锁控制器物理分离，在需要开锁时，所述有源电子钥匙与无源电子锁控制器靠近以使有源电子钥匙激发所述无源电子锁控制器线圈使之生成交流电，同时使有源电子钥匙与所述无源电子锁控制器线圈之间能发生无线通信。
6.如权利要求5所述的一种即时无线供电的电子锁，其特征在于，所述有源电子钥匙包括电池、有源电子钥匙微处理器、放大器以及有源电子钥匙线圈，
所述电池同时与所述有源电子钥匙微处理器输入端和所述放大器第一输入端电连接，以用于给所述放大器和所述有源电子钥匙微处理器供电，
所述有源电子钥匙微处理器输出端与所述放大器的第二输入端电连接，所述放大器的输出端与所述有源电子钥匙线圈相电连接，所述有源电子钥匙微处理器、所述放大器以及所述有源电子钥匙线圈依次电连接而形成信息传输通道，所述放大器还用于将来自所述电池的电能放大并进而传输给所述有源电子钥匙线圈。
7.如权利要求6所述的一种即时无线供电的电子锁，其特征在于，所述有源电子钥匙线圈与所述无源电子锁控制器线圈相匹配，以用于在有源电子钥匙与无源电子锁控制器靠近时通过有源电子钥匙线圈激发无源电子锁控制器线圈而使无源电子锁控制器线圈生成交流电，同时所述有源电子钥匙线圈与所述无源电子锁控制器线圈还用于信息传输。
8.如权利要求7所述的一种即时无线供电的电子锁，其特征在于，所述有源电子钥匙微处理器、所述放大器以及所述有源电子钥匙线圈依次电连接而形成第一信道，
所述无源电子锁控制器线圈与所述微处理器电连接而形成第二信道，
所述第一信道与所述第二信道通过所述无源电子锁控制器线圈和所述有源电子钥匙线圈形成完整的信息传输通道。
9.如权利要求8所述的一种即时无线供电的电子锁，其特征在于，所述有源电子锁微处理器还用于与所述微处理器间进行权鉴以相互确认对方身份，还用于在权鉴成功后与所述微处理间建立加密信道，所述有源电子钥匙微处理器还能生成开锁指令密文。
10.如权利要求4-9之一所述的一种即时无线供电的电子锁，其特征在于，所述电池输出电平大于4.5V。
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