CN111258249B - 一种磁电耦合锁芯的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁电耦合锁芯的控制系统，包括锁芯装置和锁芯控制系统；所述锁芯装置包括具有等间距排列的多个密码识别孔的支架,还包括永磁铁、超磁致伸缩棒和压电陶瓷堆叠，所述锁芯装置还包括钥匙，所述钥匙上设置有与所述密码识别孔一一对应的导磁片；所述锁芯控制系统包括信号输入端子、变压器、滤波器、控制器、继电器和电磁开关执行机构。本发明具有可靠性高、难以破解的优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及密码锁的技术领域，特别是涉及一种磁电耦合锁芯的控制系统。
【背景技术】
在密码锁领域中，机械式和电子式是两种最常见的保密锁芯。机械式保密锁芯，具有可靠性高、免于维护的优点，其缺点是，机械摩擦力的变动会被解锁专家利用，对破解密码具有指引作用，所以机械式保密锁芯的安全性受到限制；电子式保密锁芯，具有操作简单、密码复杂度高的优点，其缺点是容易被恶意机械性损坏或恶意干扰，所以可靠性受到限制。现有技术中，尚未发现将机械式保密和电子式保密进行有效结合的锁芯，所以现在亟待开发一种能够将机械式和电子式锁芯有效结合的方法。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种磁电耦合锁芯的控制系统，具有可靠性高、难以破解的优点。
为实现上述目的，本发明提出了一种磁电耦合锁芯的控制系统，包括锁芯装置和锁芯控制模块；
所述锁芯装置包括具有等间距排列的多个密码识别孔的支架,每个所述密码识别孔包括由上至下依次且同轴分布的磁源孔、第一过渡孔、第二过渡孔和磁电耦合孔，所述第一过渡孔和第二过渡孔之间设置有贯通各个密码识别孔的钥匙槽,所述磁源孔内设置有永磁铁，所述磁电耦合孔的内端设置有超磁致伸缩棒，外端设置有压电陶瓷堆叠，所述压电陶瓷堆叠的上端面和所述超磁致伸缩棒的下端面相抵接触，所述磁电耦合孔的外端设置有第一压盖，所述第一压盖将所述超磁致伸缩棒和压电陶瓷堆叠压紧；所述磁源孔的外端设置有第二压盖，所述第二压盖将永磁铁压紧在磁源孔中；所述锁芯装置还包括钥匙，所述钥匙上设置有与所述密码识别孔一一对应的导磁片，所述导磁片的厚度为与密码直接相关的可调节量，当钥匙从钥匙槽中插入到底时，每个导磁片均与其对应的密码识别孔同轴分布；所述钥匙上设置有导磁片孔，所述导磁片通过过盈配合压入到所述导磁片孔中，所述钥匙上除了导磁片之外的实体均为无磁材料，所述导磁片的材料为高导磁材料；
所述锁芯控制模块包括用于接收压电陶瓷堆叠电压信号的信号输入端子，与信号输入端子通过导线依次相接的有变压器、滤波器、控制器、继电器和电磁开关执行机构；所述压电陶瓷堆叠的两极导线连接至所述信号输入端子；所述控制器包括依次导线连接的电压窗口比较器、单片机和三极管放大器，所述电压窗口比较器与所述滤波器导线连接，所述三极管放大器与所述继电器导线连接；所述变压器、控制器、滤波器、继电器和电磁开关执行机构还分别连接有电源；所述控制器内的单片机还通过导线连接有一个用以触发控制器进入密码识别状态的启动按钮。
一种磁电耦合锁芯的控制方法，包括如下步骤：
a.设密码识别孔有N个(N＞1)，每个密码识别孔对应一路单片机的输入接口，单片机对每个密码识别孔设置一个阈值电压，分别记为V1,V2，V3……VN，每个阈值电压的波动范围设为±V’；
b.按下启动键，控制器进入密码识别状态，此时所有的密码识别孔输入电压均为0；
c.控制器进入密码识别状态中的任意时刻，若所有密码识别孔对应的单片机输入接口均接收到对应的波动范围在±V’内的阈值电压，则控制器判定密码为有效；
d.若控制器判定密码为有效，则单片机的输出接口发送电信号经三极管放大器放大后启动继电器导通电磁开关执行机构，由电磁开关执行机构打开锁舌。
作为优选，所述步骤c中，输入接口收到对应的阈值电压的具体过程如下：任意输入接口接收到达到阈值的电压时，控制器启动对应此输入接口的延时指令，延时时间为T，延时结束后，若此输入接口在延时时间内未出现波动幅度超过±V’的阈值电压，则判定此输入接口接收到的实际电压与阈值电压相匹配，反之，若此输入接口在延时时间内出现超过阈值的电压，则判定此输入接口接收到的实际电压与阈值电压不匹配。
本发明的有益效果：本申请中磁电耦合锁芯的控制系统利用了超磁致伸缩棒的磁致伸缩效应，通过插入钥匙，使不同厚度的导磁片接入对应的第一过渡孔和第二过渡孔之间，从而改变超磁致伸缩棒接收到的来自于永磁铁的磁通量，进而使得超磁致伸缩棒的内应力发生变化，于是对应的压电陶瓷堆叠的压缩量发生变化，通过压电效应产生了一定的电压信号，由判断电压信号便可对钥匙上的导磁片厚度进行判断，从而完成密码识别的过程；相较于现有技术中的机械密码锁而言，本申请由于与传统的钥匙完全不同，克服了现有技术中的钥匙容易被复制的问题，综合来看，本申请提供了一种具有高安全性的锁芯控制系统。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明中锁芯的剖视图；
图2是本发明中支架的剖视图；
图3是本发明中钥匙的结构示意图；
图4是本发明中磁电耦合锁芯控制系统的连接结构框图。
图中：1-支架、101-磁源孔、102-第一过渡孔、103-第二过渡孔、104-磁电耦合孔、105-钥匙槽、2-第二压盖、3-超磁致伸缩棒、4-压电陶瓷堆叠、5-第一压盖、6-永磁铁、7-钥匙、701-第一导磁片、702-第二导磁片、703-第三导磁片、704-第四导磁片、A-第四密码识别孔、B-第三密码识别孔、C-第二密码识别孔、D-第一密码识别孔。
【具体实施方式】
实施例一、
参阅图1、图2、图3和图4，本发明一种磁电耦合锁芯的控制系统，包括锁芯装置和锁芯控制系统；
所述锁芯装置包括具有等间距排列的多个密码识别孔的支架1,在本实施例中，密码识别孔的数量为四个，如图1所示，分别为第一密码识别孔D、第二密码识别孔C、第三密码识别孔B和第四密码识别孔A，每个所述密码识别孔包括由上至下依次且同轴分布的磁源孔101、第一过渡孔102、第二过渡孔103和磁电耦合孔104，所述第一过渡孔和第二过渡孔之间设置有贯通各个密码识别孔的钥匙槽105,所述磁源孔内设置有永磁铁6，所述磁电耦合孔的内端设置有超磁致伸缩棒3，外端设置有压电陶瓷堆叠4，所述压电陶瓷堆叠的上端面和所述超磁致伸缩棒的下端面相抵接触，所述磁电耦合孔的外端设置有第一压盖5，所述第一压盖将所述超磁致伸缩棒和压电陶瓷堆叠压紧；所述磁源孔的外端设置有第二压盖2，所述第二压盖将永磁铁压紧在磁源孔中；所述锁芯装置还包括钥匙7，所述钥匙上设置有与所述密码识别孔一一对应的导磁片，在本实施例中，如图3所示，导磁片具有四个，分别为第一导磁片701、第二导磁片702、第三导磁片703和第四导磁片704，所述导磁片的厚度为与密码直接相关的可调节量，即根据不同的密码，每个导磁片加工的厚度不同，因此在导磁片的轴向上具有不同的磁导率，当钥匙从钥匙槽中插入到底时，每个导磁片均与其对应的密码识别孔同轴分布，在本实施例中，第一导磁片701、第二导磁片702、第三导磁片703和第四导磁片704分别与第一密码识别孔D、第二密码识别孔C、第三密码识别孔B和第四密码识别孔A同轴分布；所述钥匙上设置有导磁片孔，所述导磁片通过过盈配合压入到所述导磁片孔中，所述钥匙上除了导磁片之外的实体均为无磁材料，所述导磁片的材料为高导磁材料，在工业上常用的高导磁材料有纯铁、磁钢等；
所述锁芯控制系统包括用于接收压电陶瓷堆叠电压信号的信号输入端子，与信号输入端子通过导线依次相接的有变压器、滤波器、控制器、继电器和电磁开关执行机构；所述压电陶瓷堆叠的两极导线连接至所述信号输入端子；所述控制器包括依次导线连接的电压窗口比较器、单片机和三极管放大器，所述电压窗口比较器与所述滤波器导线连接，所述三极管放大器与所述继电器导线连接；所述变压器、控制器、滤波器、继电器和电磁开关执行机构还分别连接有电源；所述控制器内的单片机还通过导线连接有一个用以触发控制器进入密码识别状态的启动按钮。
一种磁电耦合锁芯的控制方法，包括如下步骤：
a.设密码识别孔有4个，每个密码识别孔对应一路单片机的输入接口，单片机内对每个密码识别孔设置一个阈值电压，分别记为V1,V2，V3和V4，每个阈值电压的波动范围设为±V’；
b.按下启动键，控制器进入密码识别状态，此时所有的密码识别孔输入电压均为0；
c.控制器进入密码识别状态中的任意时刻，若所有密码识别孔对应的单片机输入接口均接收到对应的波动范围在±V’内的阈值电压，则控制器判定密码为有效；
d.若控制器判定密码为有效，则单片机的输出接口发送电信号经三极管放大器放大后启动继电器导通电磁开关执行机构，由电磁开关执行机构打开锁舌。
所述步骤c中，输入接口收到对应的阈值电压的具体过程如下：任意输入接口接收到达到阈值的电压时，控制器启动对应此输入接口的延时指令，延时时间为T，延时结束后，若此输入接口在延时时间内未出现波动幅度超过±V’的阈值电压，则判定此输入接口接收到的实际电压与阈值电压相匹配，反之，若此输入接口在延时时间内出现超过阈值的电压，则判定此输入接口接收到的实际电压与阈值电压不匹配。延时时间T的选取需要综合考虑实际的密码识别孔位数、相邻密码识别孔的间距、钥匙插入到钥匙槽中的实际阻力因素，其主要逻辑如下：由于钥匙进入到钥匙槽的过程中，一个导磁片的轴线与一个密码识别孔的轴线从开始接近到完全重合的过程中，导磁片对第一过渡孔和第二过渡孔之间的覆盖面积逐渐增大，当覆盖面积达到一定值时，该路的压电陶瓷堆叠产生的电压信号可能恰巧达到该路的阈值电压，而实际上，该导磁片最终并不对应该导磁片，当该导磁片的轴线与该密码识别孔重合时，该路的压电陶瓷堆叠产生的最终的电压信号已经超出了该路阈值电压的波动范围±V’，所以当任意一个密码识别孔对应的单片机输入接口接收到属于阈值电压的电压信号时，都需要通过延时指令来确定一段时间内，是否此路的电压信号超差，从而确定此电压信号是否为有效的阈值电压信号，显然延时时间T的设定与上述因素均有关系，需要在实际工程中进行调校。
作为本发明实施例，下面描述其工作过程：
如图1所示，密码识别孔具有四个，分别为第一密码识别孔D、第二密码识别孔C、第三密码识别孔B和第四密码识别孔A，对应如图3所示的钥匙上具有四个导磁片，分别为第一导磁片701、第二导磁片702、第三导磁片703和第四导磁片704；首先按下启动按钮，控制器进入密码识别状态，该状态中，单片机的四路输入接口均首先置于低电平；将钥匙7从钥匙槽105中插入，在插入的过程中，第四导磁片704首先与第一密码识别孔D的第一过渡孔102和第二过渡孔103之间在竖直方向投影的重合面积逐渐增大，第一密码识别孔D的永磁铁6传递到同轴分布的超磁致伸缩棒3的磁通量逐渐减小，在磁致伸缩效应的作用下，第一密码识别孔D内的超磁致伸缩棒3的轴向应力减小，从而对同轴分布的压电陶瓷堆叠4的压力减小，在压电效应的作用下，第一密码识别孔D内的压电陶瓷堆叠产生一个电压信号V，该电压信号经信号输入端子输入到变压器进行变压放大后，再经滤波器滤波整形，然后进入到控制器的电压窗口比较器，电压窗口比较器具有两个限值电压，即V4-V’和V4+V’，若此电压信号V满足V4-V’≤V≤V4+V’，则电压窗口比较器输出高电平，单片机执行延时指令，延时时间T执行过程中，控制器的电压窗口比较器实时接收电压信号V并通过两个限值电压决定输出电平，若延时完成后，电压窗口比较器均没有再输出低电平，则单片机的所有输入接口判断是否均为高电平，实际上，由于只有第四导磁片704首先与第一密码识别孔D进行一次交汇，而其他三个密码识别孔均没有导磁片经过，所以另外三路对应的单片机输入接口均没有信号输入，所以密码识别过程还要继续执行；随着钥匙的不断插入，当钥匙最后完全插入时，按照上述工作过程，单片机的四个输入接口将会全部置于高电平，此时单片机的输出接口发送高电平信号经三极管放大器放大后，对继电器发送指令，使得电磁开关执行机构执行开锁动作。电磁开关执行机构与继电器的具体工作过程与现有技术中的电子密码锁相同，此处不再赘述。
本发明中磁电耦合锁芯的控制系统利用了超磁致伸缩棒的磁致伸缩效应，通过插入钥匙，使不同厚度的导磁片接入对应的第一过渡孔和第二过渡孔之间，从而改变超磁致伸缩棒接收到的来自于永磁铁的磁通量，进而使得超磁致伸缩棒的内应力发生变化，于是对应的压电陶瓷堆叠的压缩量发生变化，通过压电效应产生了一定的电压信号，由判断电压信号便可对钥匙上的导磁片厚度进行判断，从而完成密码识别的过程；相较于现有技术中的机械密码锁而言，本申请由于与传统的钥匙完全不同，克服了现有技术中的钥匙容易被复制的问题，综合来看，本申请提供了一种具有高安全性的锁芯控制系统和方法。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种磁电耦合锁芯的控制系统，其特征在于：包括锁芯装置和锁芯控制系统；所述锁芯装置包括具有等间距排列的多个密码识别孔的支架,每个所述密码识别孔包括由上至下依次且同轴分布的磁源孔、第一过渡孔、第二过渡孔和磁电耦合孔，所述第一过渡孔和第二过渡孔之间设置有贯通各个密码识别孔的钥匙槽,所述磁源孔内设置有永磁铁，所述磁电耦合孔的内端设置有超磁致伸缩棒，外端设置有压电陶瓷堆叠，所述压电陶瓷堆叠的上端面和所述超磁致伸缩棒的下端面相抵接触，所述磁电耦合孔的外端设置有第一压盖，所述第一压盖将所述超磁致伸缩棒和压电陶瓷堆叠压紧；所述磁源孔的外端设置有第二压盖，所述第二压盖将永磁铁压紧在磁源孔中；所述锁芯装置还包括钥匙，所述钥匙上设置有与所述密码识别孔一一对应的导磁片，所述导磁片的厚度为与密码直接相关的可调节量，当钥匙从钥匙槽中插入到底时，每个导磁片均与其对应的密码识别孔同轴分布；所述钥匙上设置有导磁片孔，所述导磁片通过过盈配合压入到所述导磁片孔中，所述钥匙上除了导磁片之外的实体均为无磁材料，所述导磁片的材料为高导磁材料；所述锁芯控制系统包括用于接收压电陶瓷堆叠电压信号的信号输入端子，与信号输入端子通过导线依次相接的有变压器、滤波器、控制器、继电器和电磁开关执行机构；所述压电陶瓷堆叠的两极导线连接至所述信号输入端子；所述控制器包括依次导线连接的电压窗口比较器、单片机和三极管放大器，所述电压窗口比较器与所述滤波器导线连接，所述三极管放大器与所述继电器导线连接；所述变压器、控制器、滤波器、继电器和电磁开关执行机构还分别连接有电源；所述控制器内的单片机还通过导线连接有一个用以触发控制器进入密码识别状态的启动按钮。
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20220519 Address after: 323000 building 3, Green Valley Information Industry Park, 368 Chengbei street, Liandu District, Lishui City, Zhejiang Province Patentee after: LISHUI ZHIYUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 310000 Binjiang District binwen Road, Hangzhou, Hangzhou, Zhejiang Patentee before: ZHEJIANG INSTITUTE OF MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A Control System of Magnetoelectric Coupling Lock Cylinder Effective date of registration: 20221006 Granted publication date: 20210226 Pledgee: Zhejiang Lishui Liandu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Zhongshan Sub branch Pledgor: LISHUI ZHIYUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980017551 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20230308 Granted publication date: 20210226 Pledgee: Zhejiang Lishui Liandu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Zhongshan Sub branch Pledgor: LISHUI ZHIYUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980017551 |