CN1303459A - 遥控门锁系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种遥控门锁系统(10),包括:射频发射器(12),用于发射编码序列(14);电池供电的控制器(16),包括接受编码序列的射频接收器(20);和锁定机构(22),其包括致动机构(24)和连接到所述致动机构的门闩(26)。如果编码序列正确,控制器在唤醒模式期间对编码序列解码并且产生致动信号。控制器具有与唤醒模式交替的休眠模式,以降低总的功耗。锁定机构(10)的致动机构响应于致动信号操作以便对门闩施加力来锁定或开启门(34)。控制器最好包括低功率LED驱动电路(112),该驱动电路包括向逆向变换器供电以控制LED输出的脉冲发生器。

Description

遥控门锁系统和方法
技术领域
本发明通常涉及门锁系统，并且更具体地涉及无线遥控门锁系统。
背景技术
汽车的无线遥控(或“遥控”或“远距离控制”)门锁已经广为人知。车主携带有小的发射器，通常是门钥匙的一部分，或以小“表链”的形式附着在钥匙链上。按下发射器上的按钮，使得汽车的各种车门锁住或开锁。它通常在汽车内由与门机械锁系统连接的许多小螺旋线圈来完成，并通过响应于遥控发射器的无线接收器来控制。
还有其他类型的无线遥控门操作系统。例如，遥控类型的车库开门装置。这些系统包括与开门电动机连接的无线接收器。遥控单元(通常是手持式)发出编码射频(r.f.)信号，以使得车库门打开和关断。
虽然这些现有技术系统方便和有效，它们不能很好用于居民住宅和商业建筑中的传统的门。这是因为通常的门不包括电源，并且仅提供非常小的区域以供可以安置接收器、致动机构和控制电路。通常，从实用的观点看，整个遥控锁系统必须包含在锁组件外壳中。
上述无线遥控汽车锁系统和无线电遥控车库门系统通常不受电源和尺寸约束。在汽车锁系统的情况下，遥控无线发射器可以置于汽车的非乘客区域中的许多地方。此外，由较大的铅酸电池向汽车锁系统供电，从电池中吸取相对小的功率。利用无线遥控车库开门装置，电源是通常的家用交流电，并且接收器可以置于任何方便的位置，例如沿墙壁或接近车库的天花板。因此，汽车门和车库门技术领域中的无线遥控系统不能解决要求低功耗和紧凑空间的问题。
在现有技术中已经有许多创建遥控门锁系统的尝试。例如，Kenneth等人的美国专利No.4,907,429，提出了带有螺旋线圈的用于远距离锁住和接通门的遥控门锁装置。另外，在Alexander的美国专利No.5,678,436中，提供了一种遥控门锁系统，用于远距离开启或锁住一锁舌。在Alexander的装置中，使用电动机来在开启和关断位置之间移动锁舌。
虽然存在许多公开的现有技术遥控门锁系统，它们都不能充分地解决功耗问题。由于锁定机构的外形尺寸必须相当小，实际设计需要相当小的电池，例如AA号的电池。但是，适当数目，例如四个AA号电池不能提供足够的动力以在足够的时间内操作这些现有技术系统。
对于遥控门锁系统来说是一个非常需要的特征在于，具有一个或多个发光二极管(LED)显示器，以指示锁的状态。但是，LED电功耗大。例如，单个LED的连续点亮会消耗大多数遥控门锁系统的预定总功率的大部分。也就是说，当然不能接受的原因是锁的致动机构(例如螺旋线圈、电动机等)和电子控制器也需要相当的功率。
Check的美国专利No.4,866,430提出了低电压LED驱动电路，其使用与非稳态多谐振荡器结合的小量级电感器来提供足够的电压，以点亮来自电源电压源的LED，该电源电压小于LED的标准操作电压。通过使用与小量级电感器结合的多谐振荡器的高脉冲速率，使得LED以一定的速率接通和关断，由此对于人眼呈现为连续点亮。
虽然Check电路在利用减少的电流值点亮LED方面是有益处的，但它是相当复杂的电路，主要是因为电路元件需要非稳态多谐振荡器。也就是说，非稳态多谐振荡器需要，(最少)两个晶体管和一些无源配套元件。这种元件数量的提高增加电路成本并且降低每个电路元件的效率，使其小于理想状态，消耗一部分对于系统有用的能量。
本发明的概述
本发明提供一种非常高效的遥控门锁系统和方法。此外，本发明包括一种用于接收编码数据的高效方法，和简单的但仍非常有效的、低功率LED电源电路。
更具体地，根据本发明的遥控门锁系统包括：射频发射器，用于发射编码序列；电池供电的控制器，包括接收编码序列的射频接收器；和锁定机构，包括致动机构和与致动机构连接的门闩。控制器在“唤醒”模式期间对编码序列进行解码，并且如果编码序列是正确的形成致动信号。控制器还具有“休眠”模式，其与唤醒模式交替以降低总功耗。
本发明的遥控系统包括：射频发射器，用于发射编码序列；电池供电的控制器，包括接收编码序列的射频接收器；和LED指示器。尽管所储存的能量使得其可以在休眠模式期间点亮，但仅在控制器的唤醒模式期间激励LED指示器。此外，在唤醒模式期间控制器可以对编码序列进行解码，并且如果编码序列是正确的形成致动信号。控制器的休眠模式与唤醒模式相互交替，其中在休眠模式期间从电池吸取减少的电流。
根据本发明的接收编码数据的方法包括：产生中断，从休眠模式进入唤醒模式；接收中断计数值；当计数值达到启动值时，启动无线接收器；监测无线接收器接收编码数据；对编码数据进行解码；将所解码的编码数据与厂家的密匙数据进行比较；如果所解码的编码数据是正确的密匙，提供输出信号；并且重新进入休眠模式。最好在重新进入休眠模式之前，关断无线接收器以减小功耗。
本发明的低功率LED驱动电路包括：脉冲发生器，用于产生一系列脉冲；和逆向(flyback)电路，其包括具有第一节点、第二节点和控制节点的晶体管。将晶体管的控制节点连接到脉冲发生器以接收系列脉冲，并且通过并联连接的电感器和LED将第一节点连接到第一电位。将第二节点连接到第二电位。脉冲发生器与逆向电路结合在一起提供一种视觉：LED连续点亮，其时从电池中吸取相对少的功率。
通过阅读下文的详细描述并且研究各附图，将使得本发明的这些和其他优点变得更清楚。
附图的简要说明
图1表示根据本发明的遥控门锁系统；
图1A是沿图1的剖面线1A-1A所取的剖面图；
图1B是沿图1A的剖面线1B-1B所取的剖面图；
图2是根据本发明的射频接收器的示意图；
图3是包括射频(r.f.)接收器的电池供电的控制器的方框图；
图4是表示根据本发明的接收编码数据方法的流程图；
图5是表示本发明所使用编码序列的时序图；
图5A是图5的编码序列数据部分的说明；
图6是表示是在图3的控制器操作期间描述某些状态的时序图；
图7是根据本发明的低功率LED驱动电路；和
图8是表示在图7的驱动电路操作期间所产生的几个电压和电流信号的时序图。
优选实施例的详细描述
在图1中，根据本发明的遥控门锁系统10包括射频(r.f.)发射器12，用于向控制器16发射编码序列14。控制器16由电池18供电，和包括r.f.接收器20。遥控门锁系统10还包括锁定机构22，其具有致动机构(例如，小电动机)24和通过驱动机构28连接到致动机构24的门闩26。锁定机构最好还包括许多开关30，并且最好由用于向控制器16供电的同一电池18供电。以Armstrong的名义在1998年1月5日申请的待审查的美国专利中请No.09/002,821公开了合适的锁定机构22，这里引用可供参考。
通常最好将控制器16、电池18、和锁定机构22大部分封闭在如虚线32′所示的同一个外壳32内。外壳32固定在门34的一侧。可以使用可旋转的旋钮36来如箭头38所示手动地伸出和收回门闩26。此外，通过利用r.f.发射器12使得本发明的遥控系统用于遥控伸出和收回门闩26。为了充分论述，最好在外壳32中提供内部LED40。
图1A是沿图1的剖面线1A-1A所取的剖面图。在该图中，外壳32表示为固定在门34的内侧部分42。门闩36能够穿过固定在门34边缘46的门闩板44伸长。外部锁外壳48固定在门34的外部50上。本领域的技术人员会明白，通过将门闩26放置在门34边缘46内形成的门闩孔54内，然后从相对的两侧组装外壳32和48组装成整个门锁组件52。使用螺钉(没有示出)穿过外壳32拧入外壳48，用以将门锁组件52保持在一起。
图1B是沿图1A的剖面线1B-1B所取的剖面图。外部锁外壳48包括具有匙孔58的圆柱56。外部锁外壳48最好还设有一对LED 60和62。本领域的技术人员会明白，外部锁外壳48内的锁组件是标准的、机械锁定机构。
图2是根据本发明的r.f.接收器12的示意图。r.f.接收器12包括小型电池64，多个开关66、68、70和72，一对编码器74和76，和“或”门78，和考毕兹振荡器80。
电池64最好是在助听器和电子表中所使用类型的小型6伏电池。开关66-72是简单的、分别由图1中的按钮82-88动作的常开单刀单掷开关。编码器74和76最好是从Microchip Technology,Inc.of Chandler,Arizona处购得的、商标为KeeLoqTM的控制器。更具体地，控制器74最好是MicrochipTechnology,Inc.的型号HCS360，并且控制器76最好是型号331920。
将两个编码器74用于本设计的原因在于，由于安全原因厂家密切保护它们的厂家编码(其是密匙系统的一部分)。因此，如果发射器12是来自多个厂家的控制装置，其中每一个具有它自己的秘密生产编码，可以为每个厂家提供分别的编码器。在这种情况下，假设按照第一厂家的编码操作开锁开关66、光开关68、以及锁开关72，并且将它们连接到编码器74的各种输入端，当按照不同厂家的编码操作车库开关70时，因此其连接到编码器76。编码器74和76的输出输入到“或”门78，来为考毕兹振荡器80提供“或”运算后的输入。
通过“或”门78的输出对考毕兹振荡器80进行振幅(也就是，开/关)调制。也就是说，对编码器74和76中的一个或另一个产生1和0的编码序列，其将接通或关断振荡器80。利用环形天线90与两个串联电容器92和94的电感组和，最好将振荡器的频率设置为大约390兆赫。电阻器96穿过环形天线90为晶体管98提供偏置。
本发明的控制器16如图3的方框图所示。控制器16以微控制器100为基础，其最好是从Microchip Technology,Inc.of Chandler,Arizona处购得的PICTM系列微控制器。优选PIC微控制器可以为从Microchip Technology,Inc.购得的产品号16L62-04微控制器。
102表示来自电池18的功率输入，并且通过串联的肖特基二极管104和电压调节器106向微控制器100供电。还将锁定机构22的开关30A、30B、和30C(共同称为“开关30”)与微控制器100连接。在该图中还可见外部LED 60和62以及内部LED 40。将串联的EPROM 108与微处理器100连接，以储存加密匙密、计数值等。另外，将声音变换器110与微控制器100连接，以提供嘟嘟声形式的声音反馈，例如，用于指示错误状态，或锁或开锁操作程序的完成。
通过随后将更详细描述的LED驱动器112将内部LED 40连接到微控制器100。应该注意的是，二极管40可以点亮到延长的一段时间，非常重要的是使其在尽可能低的功耗下点亮。例如，内部光在锁定机构处于锁定模式时在整个期间点亮。相反地，外部LED 60和62仅短暂点亮，以指示瞬间状态和/或功能差错，并因此不需要特别措施来减少它们的功耗。
控制器16还包括连接到电动机24的电机驱动器114。在这点上需要注意的是，现在所描述的本发明实施例使用电动机以在门闩上施加力，还可以利用其他形式的致动机构(例如电螺旋线圈)。因此，如在此所利用的，术语 “致动机构”是指供电式电换能器，其可以在门闩上直接或间接施加充分的力，导致其伸出或退回。
控制器16还包括r.f.接收器116。由于其低成本、低功耗、和快速的接通时间，优选的接收器是众所周知的超再生接收器。通过可以传输编码序列的数据线118、和可以用于接通或关断接收器的电源线120将该接收器连接到微控制器100。
还与微控制器100连接的是低压电池检测器122和电压监测器124。在本实施例中，当电压Vprot下降到4.5伏以下时，低压电池检测器122的输出126从高到低下降。这就使微控制器100内的软件能检测低压电池的状态，并相应地动作。当电压Vdd下降到2.7伏时，电压监测器124具有从高到低的输出128。这造成微控制器100完全和直接停机，以防止错误数据写入EEPROM 108。
控制器16还包括与微控制器的振荡器输入连接的RC电路130。在本实施例中，选择电阻和电容以向微控制器100提供最大值大约为4兆赫的时钟频率。最好选择3兆赫的频率(加或减大约20％)。
在微控制器100的中断点提供低功率的200赫振荡器132。如随后的更详细描述，200赫振荡器完成许多有用的功能。其一，当微控制器100从“休眠”状态或模式到“唤醒”状态或模式时，使用振荡器132来拉制。也就是说，微控制器100(因此和控制器16的大部分)的大多数时间处于低功率或“休眠”状态，并且偶尔将其“唤醒”到运行状态，以执行必须的检测、解码、内务操作、以及其他功能。
必须注意的是，微控制器100通常包括用于中断目的的其自己的振荡器。但是，由于将其用于需要相当良好容差的某些定时功能，对于本发明重要的是具有稳定的、可重复的振荡器。因此，在这种情况下使用更精确的外部振荡器132。
在图4中，以流程图的形式表示用于接收编码数据的程序134。值得注意的是，程序134最好是按照储存在微控制器100内的程序指令的计算机执行操作。也就是说，微控制器100包括一些一次写入的存储器(例如EPROM)，和一些计算机执行程序134的随机存取存储器(RAM)。
程序134通常处于如在136所指示的空闲或“休眠”模式。但是，由振荡器132每隔5毫秒中断休眠模式。操作138决定LED 40是否应当接通。通常当锁定组件处于锁定位置时接通LED，因此住宅内的人可以一看就辨别门是处于接通或锁定状态。可以通过微控制器100从开关30C了解这种状况(见图3)。如果判断应当接通LED，操作140向LED驱动器112发送12毫秒的脉冲。在脉冲已经发送之后，或者如果确定LED不应当接通，操作140判断变量COUNT是否等于80。COUNT是由微控制器100所储存的变量，用于指示从上次将COUNT置零后微控制器100已经被中断(唤醒)的次数。如果操作142判断COUNT等于80，接通无线(也就是r.f.接收器)116。在操作144中，通过操作146COUNT每次增加一。然后程序134返回休眠模式136。
如果操作142判断COUNT不等于80，操作148判断COUNT是否等于94。如果等于，就判断操作150中是否r.f.接收器正接收数据。如果没有接收数据，然后就在操作146中使得COUNT增加一，并且程序134返回休眠模式136。
如果操作148判断COUNT不等于94，操作152判断COUNT是否等于99。如果不等于，然后就在操作146中使得COUNT增加一，并且程序134返回休眠模式136。
但是，如果操作152判断COUNT等于99，操作154判断是否正由r.f.接收器116检测一些数据。如果不是，操作154就断定当前没有发射数据，并且读取开关30A-30C和低压电池检测器122，并相应动作。然后在操作158中重新将COUNT置零，并且断开r.f.接收器116以节约功率。
如果由操作150或154检测数据，就在操作160中读数据。然后在操作162中对数据解码，并在操作164中判断是否使用正确的密匙。在本实施例中，由KeeLoq标准对解码程序进行设置。如果没有使用正确的密匙，操作控制将反转到操作156。但是，如果已经接收正确的密匙，利用输出或致动信号来向电动机(或其他致动机构)供电以运转电动机。在电动机其已运转一定历程后，如开关30B所确定，由操作168执行各种内务操作功能，并且操作控制返回操作156。
在本发明的所有实施例中将发现程序134的一些操作。但是，某些其他的操作取决于该系统所选择的特定编码序列格式。在本实施例中，已经选择Microchip Technology,Inc.of Chandler,Arizona的Microchip数据格式。该数据格式如图5所示。
在图5中，Microchip数据格式中的发射170包括前同步码172和数据174。在前同步码172之后大约是2毫秒的延迟176，并且在数据174之后大约是64毫秒的延迟178。
在图5A中，所示的是数据174的结构。数据174是67位的发射并且包括32位的滚动代码字段180、28位的序列号或“ID”字段181、4位的功能码字段182(如开关)、1位的状态字段183、和2位的CRC校验和字段184。该数据结构也是根据由Microchip Technology，Inc.利用他们的KeeLoq技术所设定的标准。
在图4的程序134中两点上检测数据的原因是，因为Microchip Technology,Inc.数据格式中的延迟176和178。给出当前没有数据发送的错误指示，能够在这些延迟时间的期间接通无线电接收装置并且监测数据。这实际发生大约为10％的时间，因此，在第一次数据检测几毫秒之后重复数据检测，以确保确实没有发送数据，而不是利用延迟176或178的第一次数据检测。
图6所示的是程序134的时序图。应该注意的是，每隔5毫秒唤醒微控制器100。本发明的一个设计特征在于，当首先按下发射器的按钮后，在半秒内识别来自发射器的信号(也就是，编码序列)。如由波形186所标注的，使微控制器100每隔5秒处于动作状态持续小于20微秒。如果检测到数据，其保持动作状态，直到已校验编码序列并且将输出或致动信号提供给致动机构。
应该注意的是，在波形186上有相当低的“占空比”，表明相当大的节约功率。
仍然参照图6，在400毫秒(也就是，80的COUNT)，如波形188所示接通无线电接收装置。到470毫秒(也就是，94的COUNT)之前，使无线电接收装置稳定。在那时，认为数据是如波形190所指示有效。然后检查数据和处理如波形192所指示的，并且在处理数据之后如波形194所示读取开关。
在图7中，LED驱动器112包括在锁内部所提供的LED 40。LED驱动器112包括电阻器196、晶体管198、电感器200和LED 40。晶体管198最好是双极型晶体管，其具有接地的发射极并且具有通过并联连接的电感器200和二极管40与VBAT连接的集电极。电感器200通常在1000微亨范围内，并且电阻器196大约是470欧姆。Gilway E233超亮红色LED适合作为本发明的LED 40。
电路112基本上是逆向(flyback)或增压(boost)变换器，其向二极管提供三倍时间长的大约三分之一的电流，于是就好像将其真正接在电池上。这极大增加了效率。此外，利用脉冲驱动实现连接逆向电路，以使LED的效率更高。也就是说，使用较短时间周期的高电流的脉冲驱动以点亮LED，比用相同平均值的直流电流更有效。
由微控制器100提供驱动脉冲VCTRL。也就是说，每隔5毫秒开始新脉冲(由于振荡器132)并且持续大约12微秒。
脉冲驱动/逆向LED驱动器的组合操作如图8所示。波形202是如上所述的、由微控制器100产生的VCTRL。波形204表示晶体管198集电极上的VL。波形206表示经过电感器200的电流IL并且波形208表示经过LED 40的电流ILED。波形209是从电池流出的电流IB。
如前序所述，VCTRL每隔5毫秒产生持续12微秒的脉冲210。这使得晶体管198导通，使电流IL如波形206所示开始流经电感器200。最初，由于晶体管198的电导的原因将VL拉向地电位，直到VCTRL降低为止。在这点上，电流IL以大约是其充电率三分之一的放电率开始流经LED 40。当电流从电感器流经LED时，Vl上升超过VBAT。在电流IL穿过LED 40降到零时，VL呈现VBAT的状态，直到下一个VCTRL的脉冲210出现。
因此，当结合由微控制器100和振荡器132所实现的脉冲发生器时，电路112有两种方法降低LED的功耗。首先，仅从电池是每隔5毫秒持续12微秒吸取功率。其次，逆向变换器取得在12微秒期间消耗的电流并将其延长三倍，也就是大约36微秒。可以考虑用逆向变换器获得较高电池电压并将其降低，以用较低电压驱动LED，并且将电流延长比初始脉冲长的时间。这两种协同节能机理的组合导致在LED40中的消耗大约不超过预定功率的25％。如果假设一天平均开锁上锁10次，电动机或致动机构24通常消耗另外50％的预定功率，保留25％分配给控制器16。
虽然根据几个优选实施例描述了本发明，在不超出本发明的范围内可以做出修改和等效置换。还应该注意的是，有许多用于实现本发明程序和装置的可供选择的方法。例如，虽然根据r.f.发射器和接收器描述本发明，可以使用其他类型的发射器和接收器(例如I/R发射器和接收器)来实现本发明。因此试图用随后附加的权利要求来解释包括在本发明真实构思和范围内的所有修改、等效置换。

Claims (19)

1．一种遥控门锁系统，包括：
射频发射器，用于发射编码序列；
控制器，由电池供电并且包括用于接收所述编码序列的射频接收器；如果所述编码序列是正确的，所述控制器在唤醒模式期间对所述编码序列解码并且产生致动信号；所述控制器具有与所述唤醒模式交替的休眠模式；其中在所述休眠模式期间从电池吸取减少的电流；和
锁定机构，包括致动机构和连接到所述致动机构的门闩，所述致动机构响应于所述致动信号并且在所述门闩上施加力。
2．根据权利要求1所述的遥控门锁系统，其中所述编码序列是利用第一厂家密匙进行编码的第一编码序列；并且所述控制器是利用所述第一厂家密匙的第一控制器；所述射频发射器还能够发射利用第二厂家密匙进行编码的第二编码序列，可以通过利用所述第二厂家密匙的第二控制器来接收第二编码序列；所述第二控制器在接收正确的第二编码序列时产生输出信号。
3．根据权利要求1所述的遥控门锁系统，其中所述控制器还包括可以在所述控制器唤醒模式期间激励的LED指示器。
4．根据权利要求1所述的遥控门锁系统，其中通过脉冲式逆向变换器来激励所述LED指示器。
5．根据权利要求4所述的遥控门锁系统，其中由微控制器向所述逆向变换器提供脉冲。
6．一种遥控系统，包括：
发射器，用于发射编码序列；和
控制器，由电池供电并且包括用于接收所述编码序列的射频接收器；所述控制器还具有可以在所述控制器的唤醒模式期间激励的LED指示器；如果所述编码序列是正确的，所述控制器在所述唤醒模式期间对所述编码序列进行解码并且产生致动信号；所述控制器具有与所述唤醒模式交替的休眠模式；在所述休眠模式期间从电池吸取减少的电流。
7．根据权利要求6所述的遥控门锁系统，其中在所述接收器已接通之后，但是在所述接收器进入稳态之前，使所述控制器进入所述休眠模式。
8．根据权利要求7所述的遥控门锁系统，其中所述LED指示器是逆向电路的一部分。
9．根据权利要求6所述的遥控门锁系统，其中在编码序列持续时间内的所述控制器多次检查数据。
10．一种用于接收编码数据的方法，包括：
产生中断，以从休眠模式进入唤醒模式；
检索中断计数值；
当所述计数值达到启动值时接通无线接收器；
监测所述无线接收器接收编码数据；
对所述编码数据进行解码；
将所述所解码的编码数据与密匙编码进行比较；如果所解码的编码数据是正确的密匙，将提供信号；和
进入所述休眠模式。
11．根据权利要求10所述的接收编码数据的方法，还包括：
判定是否应当接通LED；和
如果判定LED应当接通，将向LED驱动电路提供脉冲。
12．根据权利要求10所述的接收编码数据的方法，还包括：
在编码序列的持续期间内多次检查数据。
13．一种低功率LED驱动电路，包括：
输出系列脉冲的脉冲发生器；和
逆向电路，包括具有第一节点、第二节点和控制节点的晶体管，以及一控制节点；将所述控制节点连接到所述脉冲发生器以接收所述系列脉冲，通过并联的电感器和LED将所述第一节点连接到第一电位，将所述第二节点连接到第二电位。
14．根据权利要求13所述的低功率LED驱动电路，其中所述脉冲发生器包括微控制器。
15．根据权利要求13所述的低功率LED驱动电路，其中所述晶体管是双极型晶体管。
16．根据权利要求14所述的低功率LED驱动电路，其中所述第一节点是所述晶体管的集电极，所述第二节点是所述晶体管的发射极，并且所述控制节点是所述晶体管的基极。
17．根据权利要求16所述的低功率LED驱动电路，其中所述第一电位是正电位，并且其中所述第二电位是地电位。
18．根据权利要求17所述的低功率LED驱动电路，其中通过电阻元件将所述基极连接到所述脉冲发生器。
19．根据权利要求17所述的低功率LED驱动电路，其中所述系列脉冲具有脉冲持续时间，其值至少比所述脉冲周期小两个数量级。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication