CN112967429B - Nfc锁控系统、方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种NFC锁控系统，包括：NFC目标设备、NFC读卡器、ECU控制器、锁闭设备；所述NFC目标设备与所述NFC读卡器连接，所述ECU控制器同时与所述NFC读卡器、锁闭设备连接；所述NFC读卡器存储有密钥信息，所述NFC目标设备存储有密匙信息，所述NFC读卡器获取所述NFC目标设备内置的密匙信息，与配置的密钥信息匹配，生成密钥匹配信息，所述ECU控制器根据获取的密钥匹配信息控制所述锁闭设备的锁闭状态。该NFC锁控系统通过对NFC读卡器与NFC目标设备改进，延长了通信距离，提高了密钥信息与密匙信息的匹配准确度，实现NFC远程锁控，适用于电动车锁控。同时，本发明还提供了相应的控制方法。

Description

NFC锁控系统、方法
技术领域
本发明属于电子锁领域，尤其涉及一种NFC锁控系统、方法。
背景技术
NFC近距离无线通信技术包括NFC发起设备(即NFC读卡器，为主动卡)以及NFC目标设备(即NFC电子标签，为被动卡)。NFC分为两种工作模式，即NFC主动通信模式和NFC被动通信模式，在主动通信模式下，发起设备和目标设备都是产生自己的射频场即RF场，以便进行通信；在被动通信模式下，NFC发起设备在整个通信过程中提供射频场，NFC目标设备不必产生射频场，利用感应的电动势提供工作所需的电源，使用负载调制技术进行数据收发。
对于用于控车类的电子锁，其主要基于NFC无线通信技术，要求NFC控制在0～0.1m距离范围内通信，发射电路功率一般3V或5V供电，发射功率控制在33μW或200μW。其NFC读卡器与NFC目标设备主要设置为NFC芯片、NFC匹配网络及感应线圈几部分，但在实际NFC读卡器与NFC目标设备的通信匹配过程中，NFC芯片发射或接收的信号未经过放大降噪等处理，易造成失真，影响匹配结果。因此，有必要对现有的NFC读卡器及NFC目标设备结构进行改进，以改进电子锁。
发明内容
本发明针对上述现有基于NFC技术的电子锁控系统改进，提供了一种NFC锁控系统、方法，提高了NFC读卡器与NFC目标设备的通信质量，延长了通信距离。
为了实现上述目的，本申请提供了一种NFC锁控系统，包括：NFC目标设备、NFC读卡器、ECU控制器、锁闭设备；
所述NFC目标设备与所述NFC读卡器连接，所述ECU控制器同时与所述NFC读卡器、锁闭设备连接；
所述NFC读卡器存储有密钥信息，所述NFC目标设备存储有密匙信息，所述NFC读卡器获取所述NFC目标设备内置的密匙信息，与配置的密钥信息匹配，生成密钥匹配信息，所述ECU控制器根据获取的密钥匹配信息控制所述锁闭设备的锁闭状态。
优选的，第一NFC芯片、PA放大器、第一LNA放大器、第一NFC匹配网络、第一感应线圈；
所述第一NFC芯片发射端连接所述PA放大器，所述第一NFC芯片接收端连接所述第一LNA放大器，所述PA放大器、所述第一LNA放大器同时连接所述第一NFC匹配网络，所述第一NFC匹配网络连接所述第一感应线圈。
优选的，第二NFC芯片、第二LNA放大器、第二NFC匹配网络、第二感应线圈；
所述第二NFC芯片发射端连接所述第二NFC匹配网络，所述第二NFC芯片接收端连接所述第二LNA放大器，所述第二LNA放大器同时连接所述第二NFC匹配网络，所述第二NFC匹配网络连接所述第二感应线圈。
优选的，所述PA放大器电路采用共基放大电路；所述第一LNA放大器电路或所述第二LNA放大器电路均采用对称式差分放大电路，采用双端输入、双端输出的对称式连接方式，两输入端与两输出端均设置有匹配网络。
优选的，所述第一NFC芯片接收端链路或所述第二NFC芯片接收端链路包括依次连接的包络解调电路、滤波电路、PGA放大电路、Σ-ΔADC电路、微处理器。
优选的，所述NFC目标设备采用设置有NFC电子标签的移动终端或独立NFC卡。
优选的，所述NFC锁控系统用于电动车的锁闭，所述锁闭设备包括用于锁闭车门的电门锁、用于锁闭车辆龙头的龙头锁。
本申请还提供了一种采用所述的NFC锁控系统的控制方法，系统采用被动通信方式，所述NFC读卡器作为主动卡，所述NFC目标设备作为被动卡通信，方法包括：
NFC目标设备对NFC读卡器刷卡得电后系统复位；
NFC读卡器发送密匙查询信号；
NFC目标设备接收NFC读卡器发出的密匙查询信号，将密匙查询信号与内置的密匙信息比对，密匙比对成功后，生成密匙匹配信息发送至NFC读卡器；
NFC读卡器接收NFC目标设备发送的密匙匹配信息后解析处理，与自身配置的密钥信息比对；
若密匙匹配信息与密钥信息比对成功，生成密钥匹配信息发送至ECU控制器；
ECU控制器上电复位，根据接收的密钥成功匹配信息，控制锁闭设备工作。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供了一种NFC锁闭系统，将传统的NFC电子锁进行改进，通过改进NFC读卡器与NFC目标设备，将NFC读卡器在原有设置的基础上增加了PA放大器、第一LNA放大器、将第一NFC芯片发射端连接PA放大器，第一NFC芯片接收端连接第一LNA放大器；将NFC目标设备在原有设置的基础上增加了第二LNA放大器，第二NFC芯片接收端连接第二LNA放大器后连接第二NFC匹配网络，同时将PA放大器电路选择采用具有高频特性好、低阻抗输入的共基放大电路，将LNA放大器选用共模信号具有较强抑制作用的对称式差分放大电路，增加了NFC读卡器与NFC目标设备的近场增益，延长了通信距离，提高了通信质量。该锁闭系统可具体设置为用于电动车的锁闭，包括电动汽车、电动两轮、电动三轮车等，适用范围广。
同时，本发明还针对NFC锁闭系统提供了相应的控制方法，系统采用被动通信方式，NFC读卡器作为主动卡，存储有密钥信息；NFC目标设备作为被动卡通信，存储有密匙信息。NFC目标设备对NFC读卡器刷卡得电后系统复位，NFC读卡器发送密匙查询信号；NFC目标设备接收NFC读卡器发出的密匙查询信号，将密匙查询信号与内置的密匙信息比对，生成密匙匹配信息发送至NFC读卡器；NFC读卡器接收NFC目标设备发送的密匙匹配信息，与自身配置的密钥信息比对，生成密钥匹配信息发送至ECU控制器；ECU控制器上根据接收的密钥成功匹配信息，控制锁闭设备工作。该方法可提高密钥信息与密匙信息的匹配准确度，实现NFC远程锁控。
附图说明
图1为本发明的NFC锁控系统整体结构框图；
图2为NFC目标设备结构框图；
图3为NFC目标设备IC芯片接收端链路原理；
图4为NFC读卡器原理图；
图5为PA放大器电路原理图；
图6为LNA放大器电路原理图；
图7为本发明的控制方法流程图；
其中，NFC读卡器1、第一NFC芯片11、PA放大器12、第一LNA放大器13、第一NFC匹配网络14、第一感应线圈15；NFC目标设备2、第二NFC芯片21、第二LNA放大器22、第二NFC匹配网络23、第二感应线圈24；ECU控制器3、锁闭设备4。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
如图1所示，本申请实施例提供了NFC锁控系统，包括NFC读卡器1、NFC目标设备2、ECU控制器3、锁闭设备4，NFC目标设备2与NFC读卡器1连接，ECU控制器3同时与NFC读卡器1、锁闭设备4连接。本实施例中NFC读卡器1配置有密钥信息，NFC目标设备2配置有密匙信息，NFC读卡器1获取NFC目标设备2内置的密匙信息后与配置的密钥信息匹配后将密钥匹配信息发送至ECU控制器以控制锁闭设备4的锁闭状态。
参考图2所示，对于NFC目标设备2，其包括第二NFC芯片21、第二LNA放大器22、第二NFC匹配网络23、第二感应线圈24；其中，第二NFC芯片21发射端(TX)连接第二NFC匹配网络23，第二NFC芯片21接收端(RX)连接第二LNA放大器22，第二LNA放大器22同时连接第二NFC匹配网络23，第二NFC匹配网络23连接第二感应线圈24。
本实施例中，NFC目标设备2可以采用设置有NFC电子标签的移动终端，或者独立的NFC卡。本实施例中NFC目标设备2作为被动卡，NFC读卡器1作为主动卡，NFC目标设备2对NFC读卡器刷卡后，产生磁场，NFC目标设备2得电后系统复位，第二感应线圈24接收到NFC读卡器1发出的密匙查询信号，经第二NFC匹配网络23将密匙查询信号传送至第二LNA放大器22放大至满足要求后，馈入第二NFC芯片21接收脚RX_IN1\RX_IN2差分脚，第二NFC芯片21将密匙查询信号与已存的密匙信息比对。参考图3所示，对于第二NFC芯片接收端链路，其具体包括依次连接的包络解调电路、滤波电路、PGA放大电路、Σ-ΔADC电路、微处理器，密匙查询信号馈入第二NFC芯片21接收脚RX_IN1\RX_IN2差分脚后，依次经过包络解调电路包络解调、滤波电路滤波、PGA放大电路放大后，由Σ-ΔADC电路解调转换后，传输至微处理器处理，与已存的密匙信息比对。密匙比对成功后，第二NFC芯片21经TX脚输出发射信号，经第二NFC匹配网络23馈入第二感应线圈24发射密匙匹配信号至NFC读卡器1。
参考图4所示，对于NFC读卡器1，NFC读卡器1作为主动卡，其包括：第一NFC芯片11、PA放大器12、第一LNA放大器13、第一NFC匹配网络14、第一感应线圈15；其中，第一NFC芯片11发射端(TX)连接PA放大器12，第一NFC芯片11接收端(RX)连接第一LNA放大器13，PA放大器12、第一LNA放大器13同时连接第一NFC匹配网络14，第一NFC匹配网络14连接第一感应线圈15。NFC读卡器1接收NFC目标设备发送的密匙匹配信号经第一感应线圈15谐振后，通过第一NFC匹配网络14传输后由第一LNA放大器13放大，输出至第一NFC芯片11接收端(RX)，由第一NFC芯片11解析识别NFC目标设备发射来的密匙匹配信息，与自身配置的密钥信息比对，生成密钥匹配信息；第一NFC芯片11将密钥匹配信息通过PA放大器12放大至满足要求，通过第一NFC匹配网络14传输后经天线发射至ECU控制器3。
进一步参考图5所示，本实施例中PA放大器12电路选择采用具有高频特性好、低阻抗输入的共基放大电路，包括电容C1、C2、C3、C4，电阻R1、R2，晶体管Q1；其中，电容C1、C2组成L型输入匹配网络与电阻R1串联后接至晶体管Q1基极，晶体管Q1基极下拉电阻R2后接地；电容C3、C4组成L型输出匹配网络接至晶体管Q1集电极。
进一步参考图6所示，本实施例中第一LNA放大器13电路与第二LNA放大器22电路均选择采用对共模信号具有较强抑制作用的对称式差分放大电路，采用双端输入、双端输出的对称式连接方式，两输入端与两输出端均设置有匹配网络。
同时，对于第一NFC芯片接收端链路，也可以同第二NFC芯片接收端链路一样设置包络解调电路、滤波电路、PGA放大电路、Σ-ΔADC电路、微处理器等，对信号进行滤波放大等处理，具体过程不再赘述。
本实施例中通过在NFC读卡器1设置第一PA放大器12、第一LNA放大器13，在NFC目标设备2设置第二LNA放大器22，增加了NFC读卡器1与NFC目标设备2的近场增益，将通讯距离可以原先0.1米增加到0.5米至3米范围。同时，可以将第一PA放大器12、第一LNA放大器13作为单独电路置于NFC读卡器的第一NFC芯片内，或者作为独立外部电路设置；同时可以将第二LNA放大器22置于NFC目标设备2的第一NFC芯片内部，或者作为独立外部电路设置。
同时，本申请中提供了一种控制方法，锁控系统采用被动通信方式，NFC读卡器作为主动卡，存储有密钥信息；NFC目标设备作为被动卡通信，存储有密匙信息；系统控制流程如图7所示：
NFC目标设备对NFC读卡器刷卡得电后系统复位；
NFC读卡器发送密匙查询信号；
NFC目标设备接收NFC读卡器发出的密匙查询信号，将密匙查询信号与内置的密匙信息比对，密匙比对成功后，生成密匙匹配信息发送至NFC读卡器；
NFC读卡器接收NFC目标设备发送的密匙匹配信息后解析处理，与自身配置的密钥信息比对；
若密匙匹配信息与密钥信息比对成功，生成密钥匹配信息发送至ECU控制器；
ECU控制器上电复位，根据接收的密钥成功匹配信息，控制锁闭设备工作。
本实施例中锁闭系统具体设置为用于电动车的锁闭，包括电动汽车、电动两轮、电动三轮车等。锁闭设备4包括用于锁闭车门的电门锁、用于锁闭车辆龙头的龙头锁。ECU控制器3上电启动接收到密钥匹配信息后，控制电动车的电机、大灯、转向灯、刹车、油门等设备准备就绪，控制锁闭车门的电门锁解锁、用于锁闭车辆龙头的龙头锁解锁，同时解锁信息反馈至ECU控制器，ECU控制器进行锁闭设备解锁成功提示。
综上，本申请的锁闭系统将传统的NFC电子锁进行改进，通过改进NFC读卡器与NFC目标设备，将NFC读卡器1在原有设置的基础上增加了PA放大器12、第一LNA放大器13、将第一NFC芯片11发射端连接PA放大器12，第一NFC芯片11接收端连接第一LNA放大器13；将NFC目标设备2在原有设置的基础上增加了第二LNA放大器22，第二NFC芯片21接收端连接第二LNA放大器22后连接第二NFC匹配网络23，同时将PA放大器电路选择采用具有高频特性好、低阻抗输入的共基放大电路，将LNA放大器选用共模信号具有较强抑制作用的对称式差分放大电路，增加了NFC读卡器1与NFC目标设备2的近场增益，将通讯距离由原先0.1m增加至0.5m-3m范围。同时，将NFC目标设备、NFC读卡器接收端链路增加了包络解调电路、滤波电路、PGA放大电路、Σ-ΔADC电路等，经过放大降噪等处理，提高了NFC目标设备与NFC读卡器通信质量，降低了失真度，提高了密匙、密钥信息匹配结果的准确性。该锁闭系统可具体设置为用于电动车的锁闭，包括电动汽车、电动两轮、电动三轮车等，适用范围广。
同时，本申请还针对NFC锁闭系统提供了相应的控制方法，系统采用被动通信方式，NFC读卡器作为主动卡，存储有密钥信息；NFC目标设备作为被动卡通信，存储有密匙信息。NFC目标设备对NFC读卡器刷卡得电后系统复位，NFC读卡器发送密匙查询信号；NFC目标设备接收NFC读卡器发出的密匙查询信号，将密匙查询信号与内置的密匙信息比对，生成密匙匹配信息发送至NFC读卡器；NFC读卡器接收NFC目标设备发送的密匙匹配信息，与自身配置的密钥信息成功比对后，生成密钥匹配信息发送至ECU控制器；ECU控制器上根据接收的密钥成功匹配信息，控制锁闭设备工作。该方法可提高密钥信息与密匙信息的匹配准确度，实现NFC远程锁控。

Claims (5)

1.一种NFC锁控系统，其特征在于，包括：NFC目标设备、NFC读卡器、ECU控制器、锁闭设备；
所述NFC目标设备与所述NFC读卡器连接，所述ECU控制器同时与所述NFC读卡器、锁闭设备连接；
所述NFC读卡器存储有密钥信息，所述NFC目标设备存储有密匙信息，所述NFC读卡器获取所述NFC目标设备内置的密匙信息，与配置的密钥信息匹配，生成密钥匹配信息，所述ECU控制器根据获取的密钥匹配信息控制所述锁闭设备的锁闭状态；
其中，所述NFC读卡器包括：PA放大器、第一LNA放大器、第一NFC芯片、第一NFC匹配网络及第一感应线圈；PA放大器用于放大所述密钥匹配信息；第一LNA放大器用于放大所述NFC目标设备发送的密匙匹配信号；所述第一NFC芯片的发射端连接所述PA放大器，所述第一NFC芯片的接收端连接所述第一LNA放大器；所述PA放大器、所述第一LNA放大器同时连接所述第一NFC匹配网络；所述第一NFC匹配网络连接所述第一感应线圈；
所述NFC目标设备包括：第二LNA放大器、第二感应线圈、第二NFC匹配网络、第二NFC芯片，第二LNA放大器用于放大所述NFC读卡器发出的密匙查询信号；所述第二NFC芯片发射端连接所述第二NFC匹配网络，所述第二NFC芯片接收端连接所述第二LNA放大器；所述第二LNA放大器连接所述第二NFC匹配网络，所述第二NFC匹配网络连接所述第二感应线圈；所述第一NFC芯片接收端链路或所述第二NFC芯片接收端链路包括依次连接的包络解调电路、滤波电路、PGA放大电路、Σ-ΔADC电路、微处理器。
2.根据权利要求1所述的NFC锁控系统，其特征在于，所述PA放大器电路采用共基放大电路；所述第一LNA放大器电路或所述第二LNA放大器电路均采用对称式差分放大电路，采用双端输入、双端输出的对称式连接方式，两输入端与两输出端均设置有匹配网络。
3.根据权利要求1所述的NFC锁控系统，其特征在于，所述NFC目标设备采用设置有NFC电子标签的移动终端或独立NFC卡。
4.根据权利要求1所述的NFC锁控系统，其特征在于，所述NFC锁控系统用于电动车的锁闭，所述锁闭设备包括用于锁闭车门的电门锁、用于锁闭车辆龙头的龙头锁。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的NFC锁控系统的控制方法，其特征在于：系统采用被动通信方式，所述NFC读卡器作为主动卡，所述NFC目标设备作为被动卡通信，方法包括：
NFC目标设备对NFC读卡器刷卡得电后系统复位；
NFC读卡器发送密匙查询信号；
NFC目标设备接收NFC读卡器发出的密匙查询信号，将密匙查询信号与内置的密匙信息比对，密匙比对成功后，生成密匙匹配信息发送至NFC读卡器；
NFC读卡器接收NFC目标设备发送的密匙匹配信息后解析处理，与自身配置的密钥信息比对；
若密匙匹配信息与密钥信息比对成功，生成密钥匹配信息发送至ECU控制器；
ECU控制器上电复位，根据接收的密钥成功匹配信息，控制锁闭设备工作。
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