CN109416850B - 无线供电数字锁 - Google Patents

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Abstract

提供了一种与移动装置交互的电子锁。根据一些实施例，电子锁包括：无线电力接收器，被配置为从移动装置接收电力；处理器，被耦合以从无线电力接收器接收电力；存储器，耦合到处理器并从无线电力接收器接收电力；通信单元，耦合到处理器并从无线电力接收器接收电力，该通信单元被配置为与移动装置通信；以及致动器，耦合到处理器并从无线电力接收器接收电力。处理器执行被存储在存储器中的指令，以对移动装置进行认证，并且一旦其被认证，则根据从移动装置接收的指令向致动器提供信号。移动装置向电子锁提供电力并指示其将锁定机构锁定或解锁。

Description

无线供电数字锁
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月26日递交的美国发明专利申请No.15/633,231和2016年6月30日递交的美国临时专利申请No.62/357,289的优先权，其全部内容以引用方式并入于此。
技术领域
本发明的实施例涉及一种无线电力接收器，并且具体而言，涉及一种无线供电数字锁。
背景技术
诸如智能电话和平板计算机之类的移动装置越来越多地使用无线充电系统。然而，存在多种不同的无线电力传送标准，其利用各种不同的传输频率。使用的频率可以广泛变化，例如从小于200KHz到超过6.78MHz。
更常见的无线电力传输标准包括无线充电联盟(A4WP)标准和无线充电协会(Wireless Power Consortium)标准(Qi标准)。例如，在A4WP标准下，可以以大约6.78MHz的电力传输频率将高达50瓦的功率感应地传输到线圈附近的多个充电装置。在无线充电协会(即，Qi规范)下，利用电感耦合系统以装置的谐振频率对单个装置进行充电。在Qi标准中，接收装置线圈被放置得靠近发射线圈，而在A4WP标准中，接收装置线圈放置在发射线圈附近，可能与属于其他充电装置的其他接收线圈一起。
可以利用无线电力传输的装置引发了与无线供电相关联的电力线圈和电路的成本和空间限制。因此，需要开发无线电力设备的用途。
发明内容
根据本发明的方面，提出了一种与移动装置交互的电子锁。根据一些实施例，一种电子锁，包括：无线电力接收器，被配置为从移动装置接收电力；处理器，被耦合以从所述无线电力接收器接收电力；存储器，耦合到所述处理器并从所述无线电力接收器接收电力；通信单元，耦合到所述处理器并从所述无线电力接收器接收电力，所述通信单元被配置为与所述移动装置进行通信；以及致动器，耦合到所述处理器并从所述无线电力接收器接收电力。所述处理器执行被存储在存储器中的指令，以对所述移动装置进行认证，并且一旦其被认证则根据从所述移动装置接收的指令向所述致动器提供信号。
在一些实施例中，对所述移动装置进行认证包括：生成伪随机数；向所述移动装置发送所述伪随机数；从所述移动装置接收装置会话密钥；以及确认所述装置会话密钥有效。
根据一些实施例的移动装置，包括：无线电力接收器/发射器；耦合到所述无线电力接收器/发射器的电力存储装置；耦合到所述无线电力接收器/发射器的处理器；耦合到所述处理器的通信；以及耦合到所述处理器的存储器，其中，所述处理器执行被存储在所述存储器中的指令以执行以下操作：为所述电子锁提供电力，从所述电子锁接收伪随机数，将所述伪随机数与配对密钥进行卷积以生成装置会话密钥，向所述电子锁发送所述装置会话密钥，以及一旦所述电子锁验证了所述移动装置，则向所述电子锁提供指令以打开或关闭锁定机构。
下面将参照附图进一步论述这些及其他实施例。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施例的无线电力传输系统。
图2示出了根据本发明的一些实施例的利用无线电力传输与数字电子锁进行通信的移动装置。
图3A示出了根据一些实施例的移动装置与电子锁之间的初始配置通信。
图3B示出了根据一些实施例的移动装置与电子锁之间的锁定/解锁会话。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了描述本发明的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员显然的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例意在说明而不是限制性的。本领域技术人员可以实现本公开的范围和精神内的其它元件，尽管这里没有具体描述。
说明本发明方案和实施例的描述和附图不应被理解为进行限制——由权利要求限定所保护的发明。在不脱离本描述和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在一些情况下，为了不使本发明变得模糊，没有详细地示出或描述已知的结构和技术。
参考一个实施例详细描述的元件及其相关联的方面可以在实际可行的情况下被包括在未具体示出或描述它们的其它实施例中。例如，如果一个元件是参考一个实施例详细描述的，而没有参考第二实施例进行描述，然而该元件可被声明为被包含在第二实施例中。
图1示出了用于无线电力传送的系统100。如图1所示，无线电力发射器110从电源104接收电力到电力发射器102中以驱动线圈106，从而产生磁场。电源104可以是例如基于电池的电源，或者可以由例如60Hz的120V交流电供电。无线电力发射器102通常根据无线供电标准之一通常以一定频率范围驱动线圈106。
图1还示出了可以用无线电力发射器110充电的移动装置120。由线圈106产生的磁场在线圈112中感应出电流，这导致在接收器116中接收电力。接收器116从线圈112接收电力并向移动装置120的其余部分提供电力。如图1所示，电力接收器112可以耦合到电荷存储装置130，该电荷存储装置130又为移动装置120的其余部分供电。
如图1中进一步所示，移动装置120可以包括处理器122、用户接口126、特定功能电路128(例如，蜂窝电话接收器或移动装置120使用的其他功能)、以及存储器124。存储器124可以包括易失性和非易失性存储器两者，以便存储由处理器122执行的编程指令和数据。
移动装置120还包括与处理器122耦合的通信器(communications)118。在一些实施例中，通信器118。在一些实施例中，通信器118耦合到接口132，该接口132提供与其他装置的通信。在一些实施例中，接口132使用无线传输协议(例如，蓝牙、Zigbee、WiFi或其他无线电链路)发送和接收数据。在一些实施例中，通信器118还可以耦合到电力接收器116，以便通过调制负载来通过无线电力耦合发送数据。在一些实施例中，通信器118可以以与发送电力(带内通信)相同的频率或以不同频率(带外通信)调制电力接收器116的负载。在通信器118耦合到电力接收器116的实施例中，例如，可以通过调制负载来实现数据的发送，并且可以通过监测接收到的无线电力的频率调制来实现数据的接收。
在一些实施例中，如图1所示，无线电力发射器包括通信器(communications)108，其允许无线发射器110通过负载调制从接收器接收通信。此外，发射器110可以通过例如对在线圈106与线圈112之间传输的无线电力进行频率调制来传输数据。
然后，如图1所示，移动装置120可以通过无线接口132和/或在一些实施例中通过电力接收器116发送和接收数据。然而，移动装置120还可以将电力接收器116用作电力发射器，由此将电力从电力存储装置130无线地传送到另一装置。
图2示出了移动装置120与电子锁202的使用。如图2所示，电子锁202包括从线圈216无线地接收电力的电力接收器206。电力接收器206向处理器212、存储器210、致动器214、通信器(communications)208和接口218提供电力。如图所示，电子锁202可以没有内部电源，并且完全由无线供电通过电力接收器206供电。如图2中进一步所示，移动装置120的电力接收器116可以用作无线电力发射器，以在移动装置120被放置在电子锁202附近时将存储在电力存储装置130中的电力传送到电子锁202。
处理器212耦合到存储器210，该存储器210包括易失性和非易失性存储器两者以存储编程指令和数据。处理器212还耦合到致动器214。致动器214接收来自处理器212的致动信号，并且作为响应，激活机电接口(例如，电枢)以接合或脱离锁202的锁定机构204。
处理器212还耦合到通信器208。通信器208耦合到接口218和/或电力接收器206。在一些实施例中，通信器208可以通过监测用于频率调制的无线电力并通过应用负载调制来通过无线电力接收器206发送和接收数据。在一些实施例中，通信器208可以通过接口218发送和接收数据，该接口218可以表示任何无线传输，例如蓝牙、Zigbee、WiFi或其他无线电链路。
因此，移动装置120提供电力以操作电子锁202。一旦在操作中，电子锁202可以对移动装置120进行认证并且可以对锁204进行锁定或解锁。电子锁202在该过程期间由移动装置120通过无线电力传输来进行供电，因此电子锁202可以不包括独立电源，例如单独的电池。这防止了这样的问题：当使用单独的电池为失效或放电的电子锁供电时，无法对用户进行认证或以电子方式对锁204进行锁定/解锁。
如图2中所示，移动装置120可以执行将电力接收器116操作为无线电力的发射器并与电子锁202对接的应用。应用的指令可以存储在存储器124中并由处理器122执行。执行这些指令，处理器122可以将电力接收器116操作为无线电力的发射器，并通过通信器118与电子锁202进行通信。类似地，存储器210可以包括指令，该指令将由处理器212执行，使得当通过在电力接收器206中接收无线电力来为电子锁202供电时，处理器212可以通过通信208与移动装置120进行通信并且通过致动器214对锁204进行解锁和/或锁定。
图3A示出了由移动装置120和电子锁202执行以用移动装置120初始化(initialize)锁202的启动过程300。如图3A所示，装置120在步骤308中通过发送电力而启动。在步骤302中接收电力。在步骤304和310中，在装置120与锁202之间协商密钥KeyO。在一些实施例中，装置120与锁202之间的初始配对可以通过与装置的蓝牙配对中使用的过程类似的过程来完成。在其他通信标准中，装置120与锁202之间的协商确定了装置120是锁202的授权用户并将密钥KeyO分配给装置120。在步骤306中，锁202将KeyO存储在存储器210的非易失性部分中。在步骤312中，装置120将KeyO存储在存储器124的非易失性部分中。将KeyO存储在非易失性存储器中确保了当电子锁202没有电力或者如果装置120的电力存储装置130放电时KeyO不会丢失。KeyO是当锁202首次与装置120配对时私下建立的初始配对密钥。装置120可以存储与锁202中的不同锁相对应的多个初始配对密钥。类似地，锁202可以包括与装置202中的不同装置相对应的多个初始配对密钥。
图3B中示出了装置120与锁202之间的后续交互的示例。此外，交互开始于步骤334，此时装置120向锁202发送电力，以及在步骤322中接收电力。当供电时，在步骤324中锁202可以生成伪随机数(PSN)，该PSN当与KeyO进行卷积时提供会话密钥KeyN。在步骤326中，锁202向步骤336处的装置120发送PSN。在一些实施例中，PSN在传输期间被加密。在步骤338，装置120通过将配对密钥KeyO与PSN卷积来计算会话密钥KeyN。KeyN是装置120必须正确地提供给锁102以便操作锁102(打开锁102或将锁102锁定)的会话密钥。KeyN是在步骤324中生成的解密PSN和先前建立的配对密钥KeyO的卷积，因此改变每个会话以阻止EM域拦截(filed interception)的未授权使用。
在步骤340中，装置120向步骤328处的锁202发送会话密钥KeyN。在锁320的步骤330中，锁202验证KeyN。如果KeyN无效，则锁202进行到步骤344并停止。如果KeyN有效，则锁202进行到步骤332以接收指令。在步骤342中，装置120向锁202发送指令以对锁202进行锁定或解锁。在步骤344中，锁202通过向致动器214提供信号来执行指令以将锁定机构204锁定或解锁。
提供以上详细描述是为了说明本发明的具体实施例，而不是限制性的。在本发明的范围内的许多变化和修改是可能的。在所附权利要求中阐述了本发明。

Claims (10)

1.一种电子锁，包括：
无线电力接收器，被配置为从移动装置接收电力；
处理器，被耦合以从所述无线电力接收器接收电力；
存储器，耦合到所述处理器并从所述无线电力接收器接收电力；
通信单元，耦合到所述处理器并被耦合以从所述无线电力接收器接收电力，所述通信单元被配置为：通过监测对所述无线电力接收器处的接收器电力的频率调制以接收数据并对所述无线电力接收器处的接收器电力提供负载调制以发送数据，从而与所述移动装置进行通信；以及
致动器，耦合到所述处理器并从所述无线电力接收器接收电力，
其中，所述处理器执行被存储在存储器中的指令以进行以下操作：
对所述移动装置进行认证，其中，对所述移动装置进行认证包括：生成伪随机数；向所述移动装置发送所述伪随机数；从所述移动装置接收装置会话密钥；以及确认所述装置会话密钥有效，以及
根据从所述移动装置接收的指令向所述致动器提供信号，
其中，确认所述会话密钥有效包括：将所述伪随机数与配对密钥进行卷积以生成锁会话密钥；以及将所述锁会话密钥与所述装置会话密钥进行比较。
2.根据权利要求1所述的电子锁，其中，在所述电子锁与所述移动装置之间的初始配置过程中确定所述配对密钥。
3.根据权利要求1所述的电子锁，其中，发送所述伪随机数包括对所述伪随机数进行加密。
4.一种操作电子锁的方法，包括：
从移动装置无线地接收电力，从所述移动装置接收的电力向所述电子锁提供电力；
对所述移动装置进行认证；以及
执行由所述移动装置提供的指令以锁定或解锁所述电子锁的锁定机构，
其中，对所述移动装置进行认证包括：
生成伪随机数；
通过对从所述移动装置接收的电力应用负载调制，向所述移动装置发送所述伪随机数；
通过监测与从所述移动装置接收的电力有关的频率调制，从所述移动装置接收装置会话密钥；以及
确认所述装置会话密钥有效，其中，确认所述会话密钥有效包括：将所述伪随机数与配对密钥进行卷积以生成锁会话密钥；以及将所述锁会话密钥与所述装置会话密钥进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述电子锁与所述移动装置之间的初始配置过程中确定所述配对密钥。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，发送所述伪随机数包括对所述伪随机数进行加密。
7.一种被配置为与电子锁交互的移动装置，所述移动装置包括：
向所述电子锁发送无线电力的无线电力接收器/发射器；
耦合到所述无线电力接收器/发射器的电力存储装置；
耦合到所述无线电力接收器/发射器的处理器；
耦合到所述处理器的通信单元，所述通信单元通过对无线电力的频率进行调制来向所述电子锁发送数据，并且通过监测对无线电力的频率调制来从所述电子锁接收数据；以及
耦合到所述处理器的存储器，
其中，所述处理器执行被存储在所述存储器中的指令以执行以下操作：
为所述电子锁提供无线电力，
通过监测对无线电力的频率调制从所述电子锁接收伪随机数，
将所述伪随机数与配对密钥进行卷积以生成装置会话密钥，
通过对无线电力的频率进行调制向所述电子锁发送所述装置会话密钥，以及
一旦所述电子锁验证了所述移动装置，向所述电子锁提供指令以打开或关闭锁定机构，其中，通过将所述伪随机数与所述配对密钥进行卷积以生成锁会话密钥并将所述锁会话密钥与所述装置会话密钥进行比较，所述电子锁验证所述移动装置。
8.根据权利要求7所述的移动装置，其中，被存储在存储器中的指令还包括：用于将所述移动装置与所述电子锁配对以生成所述配对密钥的指令。
9.一种操作移动装置与电子锁交互的方法，包括：
为所述电子锁提供无线电力，
通过监测对无线电力的负载调制从所述电子锁接收伪随机数，
将所述伪随机数与配对密钥进行卷积以生成装置会话密钥，
通过对无线电力应用频率调制向所述电子锁发送所述装置会话密钥，以及
一旦所述电子锁验证了所述移动装置，则向所述电子锁提供指令以打开或关闭锁定机构，其中，所述指令通过对无线电力应用频率调制来提供，并且其中，通过将所述伪随机数与所述配对密钥进行卷积以生成锁会话密钥并将所述锁会话密钥与所述装置会话密钥进行比较，所述电子锁验证所述移动装置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，还包括：用于将所述移动装置与所述电子锁配对以生成所述配对密钥的指令。
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