CN114067460A - 一种基于nfc无线供电开锁的无源电子锁系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，是针对现有同类无源电子锁缺少NFC无线技术供电开锁，需要控制芯片软件才能开锁，成本较高，可靠性较低的技术问题而设计。其要点是该无源电子锁系统的NFC无源锁电路中NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路具备NFC天线及接口、密钥存储空间、密钥的比对算法能力和管理IO口输出的寄存器能力、电磁场能量的收集能力，NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路通过NFC天线及接口接收NFC智能设备发射的电磁场能量和信息，对NFC智能设备发送的密钥认证信息进行片内鉴权，IO输出寄存器来控制该芯片IO口的输出参数，IO口输出能力再经过驱动电路驱动锁机构。

Description

一种基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统
技术领域
本发明涉及无源电子锁系统，是一种基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统。
背景技术
NFC无线技术是在原RFID非接触刷卡技术基础上发展而来的一个新技术，NFC标签本身不带电，但通过NFC智能终端即可读取NFC标签内的信息。这种NFC标签技术本身已具备电磁场能量的收集和通讯能力，只是其收集的能量不足以驱动一个电子锁机构。目前，已有众多芯片厂家设计生产了多款用户接口型NFC标签芯片，让开发者通过用户主芯片MCU和NFC标签芯片通过IIC接口读写NFC标签芯片变为可能。也有厂家直接将NFC标签芯片和MCU组合封装在一个芯片里，对MCU的供电，厂家都建议外部供电。市面上也有通过双天线来能量采集供电MCU和锁驱动机构，但其使用的是MCU主控芯片加NFC标签芯片，充电过程也引入了MCU主控芯片管理，主芯片的管理和软件实现。此类电子锁如中国专利文献中披露的申请号201910654170.4，申请公布日2019.12.03，发明名称“基于NFC电磁场取电的无源智能电子锁”。从NFC标签技术本身来看，NFC智能终端可通过无线通讯供电方式和NFC标签进行通讯，获取ID号，也可密钥认证方式读取NFC标签内的加密信息。但上述产品和同类产品较难利用NFC标签芯片密钥认证技术来管理NFC标签芯片某个或几个管脚IO输出，控制电子锁的动作，并且使其电子锁动作的能量也来源于NFC智能终端发射的电磁场能量，同时无需锁端软件编程。
发明内容
为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，使其主要解决现有同类无源电子锁缺少NFC无线技术供电开锁，需要控制芯片软件才能开锁，成本较高，可靠性较低的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。
一种基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，该无源电子锁系统包括NFC无源锁电路和NFC智能终端，NFC智能终端通过NFC天线对NFC无源锁电路进行无线供电和通讯，NFC无源锁电路包括NFC能量收集电路、NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路、驱动电路、锁机构，NFC能量收集电路将收集的NFC电磁场能量转化成电能供电给NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路、驱动电路、锁机构，驱动锁机构。其结构设计要点是所述NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的IO输出分电路通过驱动电路与锁机构连接，NFC能量收集电路的匹配电路通过整流电路与储能电路、稳压电路连接，稳压电路分别与FC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的外接电源分电路，及所述驱动电路连接，NFC无源锁电路通过NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的NFC天线、匹配电路的NFC天线与NFC智能终端的NFC天线无线连接，NFC能量收集电路和NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路分别通过NFC天线接收NFC智能终端发射的电磁波；所述NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路具备NFC天线及接口、密钥存储空间、密钥的比对算法能力和管理IO口输出的寄存器能力、电磁场能量的收集能力，NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路通过NFC天线及接口接收NFC智能设备发射的电磁场能量和信息，对NFC智能设备发送的密钥认证信息进行片内鉴权，鉴权成功后NFC智能设备管理该专用标签芯片内IO输出寄存器来控制该芯片IO口的输出参数，IO口输出能力再经过驱动电路驱动锁机构，实现无源电子锁的开启和关闭。从而由于NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路具备电磁场能量收集能力，即使在没有外部电源基础上照样能与NFC智能设备通讯，读取NFC标签芯片内的内容和修改密钥、配置输出IO寄存器。上述NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路设有IO输出分电路和外接电源分电路，用于接收外部电源和IO口输出，该外接电源分电路的电源单独给IO输出分电路供电，与NFC标签芯片内部通讯电源无关。上述NFC智能终端为带NFC功能的智能手机、手持机、NFC读写器，用于读写NFC设备；NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路具备与NFC标签芯片通用功能，匹配电路的NFC天线匹配NFC智能终端发射的电磁场频率获取电磁场最佳能量，整流电路将匹配电路输入的电能转化成直流，储能电路将直流电能储存，稳压电路将直流电能稳压到某一电压值。
所述NFC能量收集电路通过NFC天线及匹配电路接收NFC智能设备发射的电磁波能量，经过整流电路对储能电路充电，稳压电路对所获取的电能进行稳压输出到NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路和驱动电路，提供IO输出、控制锁机构所需要的电能。
所述NFC智能终端通过密钥认证并配置开锁指令完成对无源电子锁的开启和关闭。上述整个过程没有额外控制芯片干预，无需开发人员编制控制芯片软件。
所述IO输出分电路在NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路内外接电源管脚的电压达到一定的工作电压输出。即该外接电源分电路电压达到一定的工作电压时才对IO输出分电路供电，从而方便NFC能量收集电路的应用。
所述IO输出分电路内置配置寄存器，从而进一步便于保存IO口输出参数。
本发明通过NFC无线技术供电开锁，无需控制芯片软件，生产成本低，可靠性好；其适合作为NFC无线供电开锁的无源电子锁使用，以及同类产品的结构改进。
附图说明
图1是本发明的功能示意图。
附图序号及名称：1、NFC无源锁电路，2、NFC智能终端，3、NFC能量收集电路，4、NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路，5、IO输出分电路，6、外接电源分电路，7、驱动电路，8、锁机构，9、匹配电路，10、整流电路，11、储能电路，12、稳压电路。
具体实施方式
现结合附图，对本发明结构和使用作进一步描述。现结合附图，如图1所示，对本发明作进一步描述，附图中的数字标识代表某块功能模块。众所周知的组件与过程并未描述于实施方式中，以避免对本发明造成不必要的限制。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的元件在附图中将以简单示意的方式绘示。该无源电子锁系统包括NFC无源锁电路1和NFC智能终端2，NFC智能终端通过NFC天线对NFC无源锁电路进行无线供电和通讯，NFC无源锁电路包括NFC能量收集电路3、NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4、驱动电路7、锁机构8，NFC能量收集电路将收集的NFC电磁场能量转化成电能供电给NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路、驱动电路、锁机构，驱动锁机构。NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的IO输出分电路5通过驱动电路与锁机构连接，NFC能量收集电路的匹配电路9通过整流电路10与储能电路11稳压电路12连接，稳压电路分别与FC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的外接电源分电路6，及所述驱动电路连接，NFC无源锁电路通过NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的NFC天线、匹配电路的NFC天线与NFC智能终端的NFC天线无线连接，NFC能量收集电路和NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路分别通过NFC天线接收NFC智能终端发射的电磁波，IO输出分电路内置配置寄存器。
该无源电子锁系统的开锁过程包括如下步骤：1）、NFC智能终端2靠近NFC无源锁电路1的两个附属于NFC能量收集电路3和NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4的NFC天线时，NFC能量收集电路3、NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4同时开始工作；2）、NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4接收NFC智能终端2提供的电磁场能量，激活NFC标签芯片的通用功能，密钥认证后NFC智能终端2发送开锁指令到NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4，NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4对其内部IO输出分电路5的寄存器进行IO输出配置；3）、NFC能量收集电路3收集NFC智能终端2提供的电磁场能量，匹配电路9带NFC天线，匹配NFC智能终端2发射的电磁场频率，获取电磁场最佳能量，整流电路10将匹配电路9输入的电能转化成直流，储能电路11将直流电能储存，同时稳压电路12将直流电能稳压到某一电压值；4）、NFC能量收集电路3收集的电能达到一定的工作电压时，NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4的外接电源分电路6得到足够的工作电压，NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路4在步骤2基础上根据其对IO输出分电路5的寄存器配置情况决定IO输出状态，IO输出分电路5输出的高低电平在驱动电路7和NFC能量收集电路3的电能共同作用下开启和关闭锁机构8。
综上所述，该无源电子锁系统通过NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路和NFC能量收集电路完美结合，并利用NFC密钥认证技术，内部无需外部电源，通过密钥认证直接驱动电子锁动作，节省了成本，减少了器件数量，整个过程没有额外控制芯片干预，无需开发人员编制控制芯片软件，提高了产品的可靠性，为产品的快速推广奠定基础。同时，为适应NFC无源电子锁无需电池的趋势，该无源电子锁系统提供了一个NFC能量收集电路，用于收集NFC智能设备所发射的电磁场能量，对电机驱动电路提供较高的驱动电能，无外接电源和电池，，无功耗，减少了污染和使用电池所带来的安全隐患，使用面更广，特别是在一些低温高温环境和电池限用领域推广前景很大。
对所公开的实施方法的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施方法的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本说明书中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施方法中实现。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，该无源电子锁系统包括NFC无源锁电路（1）和NFC智能终端（2），NFC智能终端通过NFC天线对NFC无源锁电路进行无线供电和通讯，NFC无源锁电路包括NFC能量收集电路（3）、NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路（4）、驱动电路（7）、锁机构（8），NFC能量收集电路将收集的NFC电磁场能量转化成电能供电给NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路、驱动电路、锁机构，驱动锁机构；其特征在于所述NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路（4）的IO输出分电路（5）通过驱动电路（7）与锁机构（8）连接，NFC能量收集电路（3）的匹配电路（9）通过整流电路（10）与储能电路（11）、稳压电路（12）连接，稳压电路分别与FC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的外接电源分电路（6），及所述驱动电路连接，NFC无源锁电路通过NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路的NFC天线、匹配电路的NFC天线与NFC智能终端的NFC天线无线连接，NFC能量收集电路和NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路分别通过NFC天线接收NFC智能终端发射的电磁波；所述NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路（4）具备NFC天线及接口、密钥存储空间、密钥的比对算法能力和管理IO口输出的寄存器能力、电磁场能量的收集能力，NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路通过NFC天线及接口接收NFC智能设备发射的电磁场能量和信息，对NFC智能设备发送的密钥认证信息进行片内鉴权，鉴权成功后NFC智能设备管理该专用标签芯片内IO输出寄存器来控制该芯片IO口的输出参数，IO口输出能力再经过驱动电路（7）驱动锁机构（8），实现无源电子锁的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，其特征在于所述NFC能量收集电路（3）通过NFC天线及匹配电路（9）接收NFC智能设备发射的电磁波能量，经过整流电路（10）对储能电路（11）充电，稳压电路（12）对所获取的电能进行稳压输出到NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路（4）和驱动电路（7），提供IO输出、控制锁机构（8）所需要的电能。
3.根据权利要求1所述的基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，其特征在于所述NFC智能终端（2）通过密钥认证并配置开锁指令完成对无源电子锁的开启和关闭。
4.根据权利要求1所述的基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，其特征在于所述IO输出分电路（5）在NFC带密钥认证IO输出专用标签芯片电路（4）内外接电源管脚的电压达到一定的工作电压输出。
5.根据权利要求1所述的基于NFC无线供电开锁的无源电子锁系统，其特征在于所述IO输出分电路（5）内置配置寄存器。
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