CN202788226U - 电子钥匙 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子钥匙，包括电路控制单元和解锁单元，在电路控制单元中具有分别与微处理器连接的显示单元、按键单元、存储单元和电源管理单元，线圈输出单元通过信号接收单元与所述微处理器进行输入连接，微处理器通过功放单元与所述线圈输出单元进行输出连接，所述的线圈输出单元中具有用于发射信号的发射线圈。本实用新型的电子钥匙，采用了发射线圈来发射通讯数据和对锁体供电，钥匙头与锁体不进行接触，由此避免了因为二者接触而产生各种弊端。同时通过对电子钥匙的设置，使一把电子钥匙能够对指定的多个锁体进行授权或屏蔽。并且通过防拨弹簧和相关结构能够有效的防止强行拨转解锁轴进行开锁等非法解锁行为，起到良好的防盗作用。

Description

电子钥匙

技术领域

本实用新型涉及电子钥匙。 

背景技术

传统的多锁具管理目前采用的方式有：一对一管理（一把钥匙对应一把锁）和一对多管理（一把钥匙对应多把锁，即所谓的“通开锁”）。一对一管理在管理锁具数量多的情况时需要管理人员携带多把钥匙，因此我们常常可以看到管理人员拿着少则十多把多则上百把的钥匙串，使用和管理都很不方便。后来为了方便管理，又使用了一对多管理（通开锁）。一把钥匙用来管理多把锁具，而带来的问题是因为一把钥匙可以开很多锁，如果钥匙被盗、遗失、管理失效，都会造成其对应的所有锁具都可能会有被非授权打开的情况，造成严重的管理隐患。随着科技的发展，又出现了采用智能卡开锁的电控锁。这种锁具虽然具有能够进行多锁管理的功能，但是因锁体的体积大、需要布线、成本高、结构复杂、只能用在有条件的室内场所等方便布线及环境良好条件下使用，不具有广泛的适应性。 

近年来还出现了一种通过电子授权钥匙进行开锁的方式来管理多数量的纯机械锁具，但是这种技术不具备锁内电子编码，使所管理的锁具均用同一种机械编码，安全性较差。而且这些现有的锁具无法在锁体内部设置自身在指定时间段能被指定的一把钥匙或多把钥匙打开，比如有些场合的锁只能在上班时间段被指定钥匙开启；也无法在钥匙持有人的开门权限发生变化时，改变钥匙的开门权限，比如人员部门发生变化，有些以前允许开的门不能再开，有些以前不能开的门可以开等情况，现有的锁具无法适应这样的变化。 

目前在国外开发出了一种无源电子锁，锁体内没有电源，不需要进行布线等安装设计，钥匙内带有电源。锁体依靠触点电极与钥匙的触点电极接触，使钥匙给锁体供电。但是这种方式因为采用触点供电和通讯，而触点在湿度大、粉尘多、盐雾重等环境中容易出现锈蚀、氧化、积垢等情况，产生接触不良的问题，并且在含有易燃易爆气体的环境中使用，可能会因为接触不良产生电火花造成事故。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种电子钥匙，使锁具在湿度大、粉尘多、盐雾重等恶劣环境中使用时不会产生接触不良的情况，也不会在含有易燃易爆气体的环境中使用造成安全隐患。 

本实用新型的电子钥匙，包括电路控制单元和受所述电路控制单元控制的解锁单元，在电路控制单元中具有分别与微处理器连接的显示单元、按键单元、存储单元和电源管理单元，线圈输出单元通过信号接收单元与所述微处理器进行输入连接，微处理器通过功放单元与所 述线圈输出单元进行输出连接，所述的线圈输出单元中具有用于发射信号的发射线圈。其中微处理器的型号为MSP420系列（如MSP430F169），或是PIC系列（如PIC18F452）均可适用。本实用新型的电子钥匙采用了发射线圈与对应的锁体进行通讯数据交互和对锁体供电。当电子钥匙与对应的锁体通过发射线圈进行数据验证后，电子钥匙判断锁体为合法，再通过发射线圈对锁体进行供电，使锁体的内部电路对锁体解锁。由于钥匙头与锁体不进行接触，因此避免了因为二者接触而产生各种弊端。同时通过对电子钥匙的设置，使一把电子钥匙能够对指定的多个锁体进行授权或屏蔽。 

进一步的，在所述的解锁单元中包括外壳和解锁轴，所述解锁轴上设置有轴解锁齿，所述解锁轴可旋转设置在所述外壳内，所述外壳上开设有解锁缺口，所述解锁缺口位于所述轴解锁齿的旋转轨迹上，所述解锁缺口的宽度不小于所述轴解锁齿，并且所述解锁缺口的长度不小于所述轴解锁齿在所述解锁轴上的分布长度；解锁电机设置在所述外壳内与电路控制单元中的微处理器连接，并且解锁电机的转轴与所述解锁轴相连。 

在上述结构的基础上，还包括防拨弹簧，所述防拨弹簧设置在所述外壳内，所述防拨弹簧的两端分别于解锁轴与所述解锁电机的转轴相连。 

进一步的，还包括控制器，所述控制器设置在所述外壳内，所述解锁电机由所述控制器控制。 

进一步的，所述外壳上设置有解锁齿。 

由于解锁轴可旋转设置在外壳内，因此在开锁时必须要将轴解锁齿旋转到与解锁缺口处，这样在只有在开锁的时候才会用到解锁轴上的轴解锁齿，而在平时轴解锁轴上的解锁齿是隐藏在外壳内，受到外壳的防护，这样就避免了轴解锁齿损坏。在钥匙内还可以设置解锁电机、防拨弹簧和控制器，利用控制器识别外部信息，从而控制解锁电机转动，当外部信息不符合时，则不会转动解锁轴，这样在钥匙丢失的情况下仍然起到一定的防盗作用，同时，在强行拨转解锁轴的情况下，防拨弹簧能够利用弹力将解锁轴回归到原位，这样就防止了盗取钥匙者强行拨转解锁轴。 

进一步的，所述电路控制单元中的信号接收单元包括分别与所述线圈输出单元连接的低速信号接收单元和高速信号接收单元，其中高速信号接收单元中具有放大器，放大器的正极与线圈输出单元连接，放大器的输出与所述微处理器连接。低速信号接收单元用于电子钥匙和锁体进行通讯，高速信号接收单元用于电子钥匙与计算机等设备进行通讯，对电子钥匙进行相关数据的设置。低速信号接收单元的电路结构可以与传统RFID（电子标签）的电路结构类似或相同。 

具体的，所述电路控制单元的发射线圈的输入端通过继电器与导通元件连接，通过导通 元件控制继电器的吸合或断开使发射线圈分别与低速信号接收单元或高速信号接收单元进行信号传递。 

优选的，所述的导通元件为三极管，也可以是具有相同功能的其它元件，如场效应管等。 

优选的，微处理器还连接有发声单元，对在通讯中的各种状态进行声音提示。 

本实用新型的电子钥匙采用了发射线圈与锁体进行非接触式的通讯和供电，使电子钥匙能够在湿度大、粉尘多、盐雾重等恶劣环境中使用时不会产生接触不良等情况，杜绝了在含有易燃易爆气体的环境中使用的安全隐患。同时通过防拨弹簧和相关结构能够有效的防止强行拨转解锁轴进行开锁等非法解锁行为，起到良好的防盗作用。 

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。 

附图说明

图1为本实用新型电子钥匙的电路控制单元的结构框图。 

图2为图1的线圈输出单元和信号接收单元的电路图。 

图3为本实用新型电子钥匙的解锁单元的立体结构示意图。 

图4为图3的半剖示意图。 

图5为图3的主视图。 

图6为本实用新型的电子钥匙在高速数据通讯时的归零OOK编码波形。 

图7为本实用新型的电子钥匙在高速数据通讯时的归零OOK解码波形。 

具体实施方式

本实用新型的电子钥匙，包括电路控制单元和受所述电路控制单元控制的解锁单元，如图1所示在电路控制单元中具有分别与型号为MSP430F169或是PIC18F452的微处理器连接的显示单元、按键单元、存储单元、发声单元和电源管理单元，线圈输出单元通过信号接收单元与所述微处理器进行输入连接，微处理器通过功放单元与所述线圈输出单元进行输出连接，所述的线圈输出单元中具有用于发射信号的发射线圈。其中显示单元用于显示各种信息，如电子钥匙的状态、设置内容等；按键单元用于对电子钥匙进行相应的设置输入；存储单元存储有各种需要存储的信息；发射线圈用于对锁体进行通讯数据交互和对锁体供电。当电子钥匙与对应的锁体通过发射线圈进行数据验证后，电子钥匙判断锁体为合法，再通过发射线圈对锁体进行供电，使锁体的内部电路对锁体解锁；发生单元可以对电子钥匙的各种状态进行声音提示；上述各单元的电量供应都由电源管理单元进行管理。 

在信号接收单元具有分别与所述线圈输出单元连接的低速信号接收单元和高速信号接收单元。低速信号接收单元用于电子钥匙和锁体进行通讯，其电路结构可以与传统RFID（电子标签）的电路结构类似或相同。如图2所示，高速信号接收单元中具有放大器U9，放大器U9的正极与线圈输出单元的发射线圈L1连接，放大器U9的输出与所述的微处理器连接。高速信号接收单元用于电子钥匙与计算机等设备进行通讯，对电子钥匙进行相关数据的设置。在线圈输出单元中，发射线圈L1的输入端通过继电器RL1与三极管结构的导通元件Q0连接，通过导通元件Q0控制继电器RL1的吸合或断开使发射线圈L1分别与低速信号接收单元或高速信号接收单元进行信号传递。 

如图3所示，在解锁单元中具有外壳6、解锁轴1和解锁电机3。所述解锁轴1上设置有轴解锁齿2，所述解锁轴1可旋转设置在所述外壳6内，所述外壳6上开设有解锁缺口4，所述解锁缺口4位于所述轴解锁齿2的旋转轨迹上，所述解锁缺口4的宽度不小于所述轴解锁齿2，并且所述解锁缺口4的长度不小于所述轴解锁齿2在所述解锁轴1上的分布长度。解锁电机3设置在所述外壳6内并通过控制器进行控制，所述控制器与电路控制单元中的微处理器连接，并且解锁电机3的转轴与所述解锁轴1相连。解锁电机3通过设置在外壳6中的电池提供电能。这样在开锁的时候，当电路控制单元判断为合法解锁程序后，即可通过微处理器和控制器使解锁电机3来转动解锁轴1，从而使得轴解锁齿2对准解锁缺口4，从而实现开锁。解锁轴1可通过轴承或者轴孔配合直接与所述外壳6形成转动配合，这样解锁轴1在安装到外壳6中后即可自由旋转，通常在外壳6内设置一个限位块，使得解锁轴1只能旋转到一定位置，即轴解锁齿2正对解锁缺口4的位置，这样方便快速旋转到位。在平时未使用钥匙时，即可将解锁轴1旋转，使得轴解锁齿2隐藏于外壳6中，这样整个钥匙就不会漏出轴解锁齿2；在需要使用时，旋转解锁轴1，使得轴解锁齿2正对于解锁缺口4，从而使得轴解锁齿2漏出，这样就可以与锁的编码相匹配，从而实现开锁。这样的设置可以避免轴解锁齿2漏出，避免轴解锁齿2磨损，同时可以利用一些识别机构来控制解锁轴1旋转，例如指纹、密码、电子身份之类，这样即使钥匙丢失，拾到者也无法通过识别机构来旋转解锁轴1，在一定程度上起到了防盗功能。 

为了防止从解锁缺口4处拨动解锁轴1，如图4所示，在解锁单元中还包括有防拨弹簧5。所述防拨弹簧5设置在所述外壳6内，所述防拨弹簧5的两端分别于解锁轴1与所述解锁电机3的转轴相连。在需要转动解锁轴1，启动解锁电机3，解锁电机3带动防拨弹簧5转动，防拨弹簧5带动解锁轴1转动。当钥匙设置有识别机构后，其他人若通过解锁缺口4拨动解锁轴1，则在将解锁轴1拨动到位后，一旦将钥匙插入到锁中时，防拨弹簧5失去约束，则自身恢复原状，使得解锁轴1也恢复原状，这样就防止了手动拨动解锁轴1来实现开锁，起 到了一定的防盗作用。 

如图5所示，在外壳6上还设置有解锁齿7。外壳6上的解锁齿7与解锁轴1上的轴解锁齿2相组合，从而与锁的编码相匹配，共同实现电子钥匙的开锁功能。 

电路控制单元中的低速供能通讯模式主要用于电子钥匙为锁体提供电能和双向半双工通讯连接。在低速供能通讯模式下电子钥匙的微处理器输出高电平使三极管结构的导通元件Q0导通，继电器RL1吸合，谐振电容C50与发射线圈L1满足频率为f1的谐振条件，微处理器输出高电平使电源管理单元输出稳定VDD电源。微处理器的又一引脚输出占空比为50%且频率为f1的PWM方波经功放单元输出到发射线圈L1与谐振电容C50的线圈谐振回路。当锁体内电路的谐振频率与电子钥匙的谐振频率匹配时，锁体将感应出足够电能进行工作。当锁体将反馈信号经电磁感应反馈到电子钥匙线圈输出单元的发射线圈L1和谐振电容C50，经低速信号接收单元低通滤波，放大比较后解调出复位应答数据送到微处理器中进行运算、识别。当识别结果非指定锁体时，间隔时间t1后重复以上过程。当识别结果符合指定锁体时从微处理器输出经2FSK编码（其中f1代表‘1’，f0代表‘0’，两者频差为Δf）的指令数据流经功放单元放大，送至线圈输出单元通过电磁感应发送到锁体，锁体再经以上所述2ASK编码方式反馈给主控端。使用上述的上行2ASK调制截图,下行2FSK调制解调进行双向数据通讯，在此双向数据通讯期间由于主控端的线圈L1输出不会间断，只是频率或幅度的变换电能将持续不断。 

高速通讯模式主要用于电子钥匙甲与电子钥匙乙或电子钥匙与PC/智能设备间进行高速双向半双工数据通讯，通常这种通讯用于对电子钥匙进行输入或相应的设置。其通讯速率可以达到57600～460800bps（bits per second），可以达到极高通讯吞吐量。 

在高速供能通讯模式下作为发送的电子钥匙甲的微处理器输出低电平使Q0三极管导通，继电器RL1释放，谐振电容C50与发射线圈L1的谐振回路断开失去谐振条件，此状态下发射线圈L1、电阻R79和电容C47形成低时间常数的高频回路。微处理器输出高电平使电源管理单元输出VDD电源，微处理器的其它引脚输出低电平，进入准备接收状态。发送数据时微处理器输出占空比为0.1875的归零OOK编码数据流（高电平有效的数据流）经功放单元输出到线圈输出单元的发射线圈L1与电阻R79及电容C47的构成线圈回路。数据发送完成微处理器的相关引脚恢复低电平有效，进入接收状态。 

作为接收的电子钥匙乙也按上述流程进入准备接收状态，当接收设备靠近正在发送数据的发送设备的发射线圈L1时，接收设备的发射线圈L1因电磁感应产生与发送设备相似的波形，经高速信号接收单元滤波放大还原出发送设备的归零OOK编码数据流，进入微处理器进行解码分析处理，应答归零OOK编码数据流从微处理器输出，回到发送设备。 

使用以上所述流程可以实现物理层占空比为0.1875的归零OOK编码/解码半双工高速通信。由于数据流输出高电平脉宽很窄（占空比很低），因此功耗很低。 

如图6和图7所示，在高速数据通讯时占空比为0.1875的归零OOK编码和解码波形，从图中可以看出，编码波形中： 

BITCLK时发送数据流码率的16倍频。 

TX为发送数据流编码前波形。 

TXOUT为发送数据经过占空比为0.1875的归零OOK编码后波形。 

解码波形中： 

BITCLK时待接收数据流码率的16倍频。 

RXIN为收到的经过占空比为0.1875的归零OOK编码后波形。 

RX为经过占空比为0.1875的归零OOK解码后数据流编码波形。 

由此可知，本实用新型的电子钥匙，采用了发射线圈来发射通讯数据和对锁体供电，钥匙头与锁体不进行接触，由此避免了因为二者接触而产生各种弊端。同时通过对电子钥匙的设置，使一把电子钥匙能够对指定的多个锁体进行授权或屏蔽。并且通过防拨弹簧和相关结构能够有效的防止强行拨转解锁轴进行开锁等非法解锁行为，起到良好的防盗作用。 

Claims (9)

1.电子钥匙，包括电路控制单元和受所述电路控制单元控制的解锁单元，在电路控制单元中具有分别与微处理器连接的显示单元、按键单元、存储单元和电源管理单元，其特征为：线圈输出单元通过信号接收单元与所述微处理器进行输入连接，微处理器通过功放单元与所述线圈输出单元进行输出连接，所述的线圈输出单元中具有用于发射信号的发射线圈。

2.如权利要求1所述的电子钥匙，其特征为：在所述的解锁单元中包括外壳（6）、解锁轴（1）和解锁电机（3），所述解锁轴（1）上设置有轴解锁齿（2），所述解锁轴（1）可旋转设置在所述外壳（6）内，所述外壳（6）上开设有解锁缺口（4），所述解锁缺口（4）位于所述轴解锁齿（2）的旋转轨迹上，所述解锁缺口（4）的宽度不小于所述轴解锁齿（2），并且所述解锁缺口（4）的长度不小于所述轴解锁齿（2）在所述解锁轴（1）上的分布长度；解锁电机（3）设置在所述外壳（6）内与电路控制单元中的微处理器连接，并且解锁电机（3）的转轴与所述解锁轴（1）相连。

3.如权利要求2所述的电子钥匙，其特征为：解锁单元中具有防拨弹簧（5），所述防拨弹簧（5）设置在所述外壳（6）内，所述防拨弹簧（5）的两端分别于解锁轴（1）与所述解锁电机（3）的转轴相连。

4.如权利要求3所述的电子钥匙，其特征为：解锁单元中还包括有控制器，所述控制器设置在所述外壳（6）内，所述的解锁电机（3）由所述控制器控制。

5.如权利要求4所述的电子钥匙，其特征为：在所述的外壳（6）上设置有解锁齿（7）。

6.如权利要求1至5之一所述的电子钥匙，其特征为：所述电路控制单元中的信号接收单元包括分别与所述线圈输出单元连接的低速信号接收单元和高速信号接收单元，其中高速信号接收单元中具有放大器，放大器的正极与线圈输出单元连接，放大器的输出与所述微处理器连接。

7.如权利要求1至5之一所述的电子钥匙，其特征为：所述电路控制单元的发射线圈的输入端通过继电器与导通元件连接。

8.如权利要求7所述的电子钥匙，其特征为：所述的导通元件为三极管。

9.如权利要求1至5之一所述的电子钥匙，其特征为：微处理器还连接有发声单元。

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