CN208686223U - 一种电子锁的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型创造公开了一种电子锁的控制电路，包括：电磁执行机构，用于驱动锁舌进行开锁和闭锁；驱动模块，其输出端与电磁执行机构的电磁线圈连接；通信模块；闭锁信号触发电路单元，用于在钥匙插入时产生一个闭锁触发信号；MCU单元，与通信模块的数据输入输出端、闭锁信号触发电路单元的输出端、驱动模块的控制端连接，用于接收通信模块输入的开锁指令，根据开锁指令向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来开锁，接收闭锁信号触发电路单元输出的闭锁触发信号，根据闭锁触发信号向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来闭锁；所述电源模块分别给闭锁信号触发电路单元、驱动模块、通信模块和MCU单元提供所需电压。

Description

一种电子锁的控制电路

技术领域

本实用新型涉及电子锁技术领域，尤其涉及电子锁的控制电路。

背景技术

目前购物车锁采用投币锁，如专利申请号为200420059445.9的实用新型专利公开了一种购车钱币锁、专利申请号为03810668.X的发明专利文献公开了一种用于运送车的抵押锁以及专利申请号为201620005872.1的实用新型文献公开了一体式购物车投币锁，从上述文献看出，购物车锁的结构均为机械结构来完成开锁闭锁的，投币锁具有如下缺陷：1、结构复杂，组装工艺多，成本高； 2、使用时需要抵押硬币，不适应现在的支付方式，给消费者带来不方便；3、由于采用复杂的机械结构，长期运行，难免磨损，造成投币或者退币困难；4、投币不进去时，后面的车无法再使用，退币困难时，容易引发消费者暴力砸锁，这两种情况均给管理者带来管理麻烦。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电子锁的控制电路，用于制造购物车电子锁，以解决背景技术中提到现有购物车电子锁存在的技术缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术手段是：一种电子锁的控制电路，包括：电磁执行机构，用于驱动锁舌进行开锁和闭锁；驱动模块，其输出端与电磁执行机构的电磁线圈连接；通信模块，用于建立通信通道，传输数据；闭锁信号触发电路单元，用于在钥匙插入时产生一个闭锁触发信号；MCU单元，与通信模块的数据输入输出端、闭锁信号触发电路单元的输出端、驱动模块的控制端连接，用于接收通信模块输入的开锁指令，根据开锁指令向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来开锁，接收闭锁信号触发电路单元输出的闭锁触发信号，根据闭锁触发信号向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来闭锁；电源模块分别给闭锁信号触发电路单元、驱动模块、通信模块和MCU单元提供所需电压。

进一步的，所述闭锁信号触发电路单元包括第一电阻和轻触开关，所述第一电阻的一端与电源模块的输出端连接，所述第一电阻的另一端与轻触开关的一端、 MCU单元的一个IO端连接，所述轻触开关的另一端接地。

进一步的，所述闭锁信号触发电路单元包括接近开关和光电耦合器，所述接近开关的电源端与电源模块的输出端连接，所述接近开关的接地端接地，所述接近开关的输出端与光电耦合器的第一输入端连接，所述光电耦合器的第二输入端经电阻之后与电源模块的输出端连接，所述光电耦合器的第一输出端经电阻之后与电源模块的输出端连接，所述光电耦合器的第一输出端与MCU单元的一个 IO端连接，所述光电耦合器的第二输出端接地。

进一步的，所述通信模块采用蓝牙模块、GPRS模块或者串口转以太网模块中的一种或者多种。

进一步的，所述电磁执行机构包括壳体、电磁线圈、电磁铁、弹簧和铁块，所述电磁铁固定设置在壳体内，所述电磁线圈绕在电磁铁上，所述铁块呈阶梯柱状，所述铁块的大头部设置在壳体内，所述铁块的小头部穿过设在壳体上的通孔，所述弹簧设置在壳体内且其两端分别与电磁铁和铁块连接，所述弹簧处于压缩状态，所述电磁线圈与驱动模块的输出端连接。

进一步的，所述驱动模块包括分压电阻单元、开关管和续流二极管，所述 MCU单元的IO端通过分压电阻单元连接在开关管的基极，所述开关管的集电极与续流二极管的正极、电磁执行机构的一个输入端连接，所述续流二极管的负极、电磁执行机构的另一个输入端同时与电源模块的输出端连接，所述开关管的射电极接地。

进一步的，所述电源模块包括太阳能板、充电芯片、锂电池、锂电池升压电路单元和两路DC-DC降压电路单元，所述太阳能板的电源输出端与充电芯片的电源端连接，所述充电芯片的输出端与锂电池连接且充电，所述充电芯片的状态反馈端与MCU单元的一个IO端连接，所述锂电池升压电路单元的输入端与锂电池连接，其输出端输出5VDC电源，5VDC电源经过两路DC-DC降压电路单元转换为闭锁信号触发电路单元、驱动模块、通信模块和MCU单元所需电源。

一种电子锁的控制方法，基于上述的电子锁的控制电路，包括如下步骤：

1)通信模块与服务器连接成功；

2)MCU单元通过连接通信模块的数据收发端接收到远程开锁命令；

3)MCU单元执行开锁命令，即输出高电平控制信号给驱动模块，驱动模块给电磁执行机构中的电磁线圈上电，电磁执行机构带动锁舌开锁，完成开锁，且 MCU单元通过通信模块向服务器发送当前锁状态；

4)当钥匙插入时，钥匙触发闭锁信号触发电路单元，闭锁信号触发电路单元向MCU单元输出一个开关量触发信号；

5)MCU单元接收并识别开关量触发信号、响应输出低电平控制信号给驱动模块，驱动模块给电磁执行机构中的电磁线圈断电，给电磁执行机构带动锁舌闭锁，完成闭锁，且MCU单元通过通信模块向服务器发送当前锁状态。

进一步的，步骤1)当通信模块同时采用GPRS模块和蓝牙模块时，MCU单元确认蓝牙模块和GPRS模块是否与服务器连接成功，如果蓝牙模块和GPRS 模块均连接成功，MCU单元控制GPRS模块休眠待机，执行步骤2)；如果蓝牙模块和GPRS模块中的任意一个连接成功，则MCU单元执行步骤2)。

进一步的，步骤2)所述开关量触发信号是低电平信号或者下降沿信号。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型只需要在手机上安装客户端即可实现远程控制电机开锁，钥匙触发控制电机闭锁，不需要抵押硬币，适合现代人的生活习惯，给消费者和管理者带来便捷，由于采用电磁执行机构，可以减少购物车锁的机械机构，适合长期运行，维护方便。

附图说明

图1所示为本实用新型的结构框图。

图2所示为本实用新型中的MCU单元和闭锁信号触发电路单元的电路原理图。

图3所示为本实用新型中的闭锁信号触发电路单元的另一种电路原理图。

图4所示为本实用新型中的GPRS模块的电路原理图。

图5所示为本实用新型中的蓝牙模块的电路原理图。

图6所示为本实用新型中的电源模块的电路原理图。

图7所示为本实用新型中的太阳能板充电的电路原理图。

图8所示为本实用新型中的电磁执行机构的结构示意图。

图9所示为本实用新型中的驱动模块的电路原理图。

图10所示为本实用新型中的语音播放单元的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚，下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。

如图1所示，一种电子锁的控制电路，包括：电磁执行机构，用于驱动锁舌进行开锁和闭锁；驱动模块，其输出端与电磁执行机构的电磁线圈连接；通信模块，用于与服务器建立通信通道；闭锁信号触发电路单元，用于在钥匙插入时产生一个闭锁触发信号；MCU单元，与通信模块的数据输入输出端、闭锁信号触发电路单元的输出端、驱动模块的控制端连接，用于接收通信模块输入的开锁指令，根据开锁指令向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来开锁，接收闭锁信号触发电路单元输出的闭锁触发信号，根据闭锁触发信号向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来闭锁；电源模块分别给闭锁信号触发电路单元、驱动模块、通信模块和MCU单元提供所需电压。

本实用新型接受远程开锁命令，MCU单元通过驱动模块控制电磁执行机构上电，开锁，通过钥匙触发闭锁信号触发电路单元，MCU单元通过驱动模块控制电磁执行机构断电，闭锁，钥匙是用来闭锁。

在上述实施例的基础上，如图2，图2所示了MCU单元的电路原理图，所述MCU单元包括单片机、晶振电路单元、boot模式配置电路单元、仿真器接口和串行接口，所述晶振电路单元、boot模式配置电路单元、仿真器接口和串行接口与单片机相应的端口连接。MCU单元采用型号为STM32F103C8T6的单片机，Boot模式配置电路单元的两个输出引脚与单片机的B00T0和B00T1 引脚连接，晶振电路单元由单片机的第五引脚和第六引脚连接，仿真器接口与单片机的第七引脚、三十九引脚、三十七引脚、三十四引脚连接，串行接口与单片机第三十一引脚和第三十引脚连接，电源模块输出3.3VDC电源给MCU 单元供电，单片机、晶振电路单元、boot模式配置电路单元、仿真器接口和串行接口均为现有技术，它们的具体结构不局限于图2中提供的电路原理图。 boot模式配置电路单元给单片机的B00T0和B00T1引脚置入1和0时，单片机通过串行接口下载程序，boot模式配置电路单元给单片机的B00T0和 B00T1引脚置入0和0时，单片机通过仿真器接口连接仿真器实现在线调试。

在本实用新型中，所述闭锁信号触发电路单元的两种优选方案是，第一方式是：如图2，所述闭锁信号触发电路单元包括第一电阻R6和轻触开关J1，所述第一电阻R6的一端与电源模块的输出端连接，所述第一电阻R6的另一端与轻触开关J1的一端、MCU单元的一个IO端连接，所述轻触开关J1的另一端接地。钥匙触碰到轻触开关，将闭锁信号触发电路单元的输出电压由高电平拉低，闭锁信号触发电路单元给单片机的第二十五引脚输入低电平，单片机采用低电平信号或者下降沿信号作为触发信号，采用轻触开关的闭锁信号触发电路单元结构更简单，成本低，而且容易实现，但是需要接触、长期可靠性一般。

第二方式是，如图3、所述闭锁信号触发电路单元包括接近开关P1和光电耦合器U2，所述接近开关P1的电源端与电源模块的输出端连接，所述接近开关P1的接地端接地，所述接近开关P1的输出端与光电耦合器U2的第一输入端连接，所述光电耦合器U2的第二输入端经电阻之后与电源模块的输出端连接，所述光电耦合器U2的第一输出端经电阻之后与电源模块的输出端连接，所述光电耦合器的第一输出端与MCU单元的一个IO端连接，所述光电耦合器的第二输出端接地。当钥匙插入时，接近开关P1的输出由默认的高电平拉低为低电平，此时，光电耦合器U2的两个输入端由压差，光电耦合器U2的输出端由高电平拉低到低电平，给单片机的fiber引脚的电平由高电平拉低为低电平，单片机采用低电平信号或者下降沿信号作为触发信号，此结构是非接触触发，容易实现，且可靠性良好。

在本实用新型中，所述通信模块采用蓝牙模块、GPRS模块、wifi模块中的一种或者多种，蓝牙模块、GPRS模块、wifi模块均为现有技术，本实用新型中图4所示了GPRS模块的工作原理图，5VDC电源经过LDO稳压器 (MIC29302BU)之后降压到3.5到4.4VDC电源，但是具体的电压还是根据 GPRS芯片U3的型号来确定，GPRS芯片U3采用SIM800C芯片或者 SIM800等，通过调节电阻R10和R11来输出合适的DC电源电压给GPRS芯片U3供电，sim1模块是sim卡托，与GPRS芯片连接，PAD1代表天线，经过RCπ型滤波电路连接到GPRS芯片，RCπ型滤波电路可以实现天线的阻抗匹配，GPRS芯片的TXD端和RXD端经过电平转换电路转换之后与单片机的UART2_TX端和UART2_RX端,实现数据通信，电平转换电路由图4所示的三极管Q2\Q3,Q1\Q4以及若干电阻组成，电平转换电路是常规技术，其电路图不局限于本发明创造图4中给出的电路图，单片机的GPRS_RESET端与 GPRS_SWITCH ON端通过三极管开关电路(由三极管Q8和Q7组成)来拉低 GPRS芯片的RESET端和PWRKEY端，从而实现单片机控制GPRS模块的工作模式，如初始化、休眠、工作等模式。图5所示了蓝牙模块的结构示意图，蓝牙模块采用cc2540蓝牙芯片，与cc2540蓝牙芯片连接的外围电路均是现有技术，再此不在累述，蓝牙芯片的两个io端与单片机的UART3_TX端和 UART3_RX端连接，进行数据通信，蓝牙芯片的RESET端与单片机的LAN RESET 端连接，用于重置蓝牙芯片，电源模块给蓝牙模块提供3.3VDC电源，单片机可以重置初始化蓝牙模块。本实用新型中虽然给出了GPRS模块和蓝牙模块的电路图，但是GPRS模块和蓝牙模块的电路图结构不限于本实用新型，和其具体选择的芯片有关系，wifi模块的选型也比较多，在此不再叙述。以上都是无线通信模块，用于在购物车电子锁中。

由于本实用新型不局限于用在购物车电子锁中，如可用在寄存柜电子锁中，因此，通信模块也可以采用串口转以太网模块。优选型号为ZLSN3003S，由上海卓岚生产，该型串口转以太网模块可以适用于3.3V供电的型号为 STM32F103C8T6的单片机，通信模块的数据接收端可以与单片机的io端直接相连即可。

本实用新型中，优选的，如图8所示，所述电磁执行机构包括壳体1、电磁线圈2、电磁铁3、弹簧4和铁块5，所述电磁铁3固定设置在壳体1内，所述电磁线圈2绕在电磁铁3上，所述铁块5呈阶梯柱状，所述铁块5的大头部设置在壳体1内，所述铁块5的小头部穿过设在壳体1上的通孔，所述弹簧4设置在壳体1内且其两端分别与电磁铁3和铁块5连接，所述弹簧4处于压缩状态，所述电磁线圈2与驱动电路的输出端连接。在未通电的情况下，弹簧4处于压缩状态，与铁块连接的锁舌卡接在钥匙上的锁孔中，也可以减少电能的消耗；电磁线圈通电，电磁铁产生磁场，吸引铁块，克服弹簧的阻力，从而铁块带动锁舌从钥匙上的锁孔中拨出，完成开锁。

为了驱动电磁执行机构，本实用新型中的驱动模块是分压电阻单元、开关管和续流二极管D2，所述MCU单元的IO端通过分压电阻单元连接在开关管的基极，所述三极管Q9的集电极与续流二极管D的正极、电磁执行机构的一个输入端连接，所述续流二极管D的负极、电磁执行机构的另一个输入端同时与电源模块的输出端连接，所述开关管的射电极接地。MCU单元的IO端输出高电平电压经分压电阻单元(R38和R39)分压之后输入到三极管Q9的基极上，三极管Q9导通，则电磁线圈通电，当MCU单元的IO端的电压变为低电平时，三极管关断，电磁线圈断电，由于电磁线圈存有电能，通过续流二极管D进行续流，逐步失电，如果没有续流二极管，断电时电磁线圈中的电能瞬间很大，可能会对三极管和电源模块产生冲击，破坏元器件。

上述技术方案的基础上，在应用到购物车电子锁的场景下，所述电源模块可以直接采用锂电池供电并通过DC-DC转换电路转换成各模块需要的电源，但是锂电池充电是一个问题，不便于长期管理，因此，如图6和图7所示，电源模块包括太阳能板、充电芯片、锂电池、锂电池升压电路单元和两路DC-DC降压电路单元，所述太阳能板的电源输出端与充电芯片的电源端连接，所述充电芯片的输出端与锂电池连接且充电，所述充电芯片的状态反馈端与MCU单元的一个IO端连接，所述锂电池升压电路单元的输入端与锂电池连接，其输出端输出5VDC电源，5VDC电源经过两路DC-DC降压电路单元转换为闭锁信号触发电路单元、驱动模块、通信模块和MCU单元所需电源，充电芯片采用 QX4054充电芯片，其第一引脚连接到单片机的io端，将充电状态反馈给单片机，锂电池升压电路单元采用ME2109FM5G升压芯片控制SC8205的MOS 管，并由电阻R36和电阻R37组成的反馈电路将输出电压反馈给ME2109FM5G升压芯片，从而保证SC8205的MOS管输出稳定的5VDC电源，并由LDO降压芯片AMS1117转换成3.3VDC电源。太阳能板给充电芯片供电 5V电源，充电芯片给锂电池充电，锂电池大概是3.7V，通过太阳能供电，不需要经常更换电池，便于维护。

但是在应用到购物车电子锁的场景下，电源模块可以直接采用开关电源，只需要输出5VDC电源和3.3VDC电源即可。

在上述技术方案的基础上，进一步地，包括语音播放单元，所述语音播放单元与MCU单元连接，参考图10，MCU单元控制语音播放单元播放语音，3.3VDC 电源给语音芯片供电，MCU单元的电路构造不局限于本实施例。

在上述技术方案的基础上，进一步地，包括显示模组，所述显示模组与MCU 单元连接。所述显示模组采用夏普的型号为LS013B7DH01的液晶模组，由 5VDC电源供电，MCU单元控制液晶模组进行显示，MCU单元的电路构造不局限于本实施例。

一种电子锁的控制方法，基于上述的电子锁的控制电路，包括如下步骤：

1)通信模块与服务器连接成功；

2)MCU单元通过连接通信模块的数据收发端接收到远程开锁命令；

3)MCU单元执行开锁命令，即输出高电平控制信号给驱动模块，驱动模块给电磁执行机构中的电磁线圈上电，电磁执行机构带动锁舌开锁，完成开锁，且 MCU单元通过通信模块向服务器发送当前锁状态；

4)当钥匙插入时，钥匙触发闭锁信号触发电路单元，闭锁信号触发电路单元向MCU单元输出一个开关量触发信号；

5)MCU单元接收并识别开关量触发信号、响应输出低电平控制信号给驱动模块，驱动模块给电磁执行机构中的电磁线圈断电，给电磁执行机构带动锁舌闭锁，完成闭锁，且MCU单元通过通信模块向服务器发送当前锁状态。

MCU单元是通过与驱动模块连接的IO端的电平的高低来判断锁的当前状态，高电平则代表开锁状态，低电平则代表闭锁状态。

进一步地，步骤1)当通信模块同时采用GPRS模块和蓝牙模块时，MCU单元确认蓝牙模块和GPRS模块是否与服务器连接成功，如果蓝牙模块和GPRS 模块均连接成功，MCU单元控制GPRS模块休眠待机，执行步骤2)；如果蓝牙模块和GPRS模块中的任意一个连接成功，则MCU单元执行步骤2)。此步骤可以降低功耗，实现节能。

或者步骤1)当通信模块采用串口转以太网模块时，MCU单元确认串口转以太网模块是否与服务器连接成功，执行步骤2)，该方法步骤用于寄存柜电子锁中，因为寄存柜不需要移动，可以用以太网传输开锁命令。

进一步地，步骤2)所述开关量触发信号是低电平信号或者下降沿信号。通过上述方法，服务器可实现远程控制电子锁的开锁，但不能控制闭锁，并由钥匙触发MCU单元去控制闭锁，MCU单元将充电芯片的充电状态信号通过通信模块反馈给服务器，让服务器监测充电电路的运行情况。

最后应说明的是：上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，对于本技术领域的普通技术人员依然可以对实施例所阐述的技术方案进行修改，而对本实用新型做出的任何修改和改变也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子锁的控制电路，其特征在于，包括：

电磁执行机构，用于驱动锁舌进行开锁和闭锁；

驱动模块，其输出端与电磁执行机构的电磁线圈连接；

通信模块，用于与服务器建立通信通道；

闭锁信号触发电路单元，用于在钥匙插入时产生一个闭锁触发信号；

MCU单元，与通信模块的数据输入输出端、闭锁信号触发电路单元的输出端、驱动模块的控制端连接，用于接收通信模块输入的开锁指令，根据开锁指令向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来开锁，接收闭锁信号触发电路单元输出的闭锁触发信号，根据闭锁触发信号向驱动模块输出控制信号以驱动电磁执行机构来闭锁；

电源模块分别给闭锁信号触发电路单元、驱动模块、通信模块和MCU单元提供所需电压。

2.如权利要求1所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，所述闭锁信号触发电路单元包括第一电阻和轻触开关，所述第一电阻的一端与电源模块的输出端连接，所述第一电阻的另一端与轻触开关的一端、MCU单元的一个IO端连接，所述轻触开关的另一端接地。

3.如权利要求1所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，所述闭锁信号触发电路单元包括接近开关和光电耦合器，所述接近开关的电源端与电源模块的输出端连接，所述接近开关的接地端接地，所述接近开关的输出端与光电耦合器的第一输入端连接，所述光电耦合器的第二输入端经电阻之后与电源模块的输出端连接，所述光电耦合器的第一输出端经电阻之后与电源模块的输出端连接，所述光电耦合器的第一输出端与MCU单元的一个IO端连接，所述光电耦合器的第二输出端接地。

4.如权利要求1所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，所述电磁执行机构包括壳体、电磁线圈、电磁铁、弹簧和铁块，所述电磁铁固定设置在壳体内，所述电磁线圈绕在电磁铁上，所述铁块呈阶梯柱状，所述铁块的大头部设置在壳体内，所述铁块的小头部穿过设在壳体上的通孔，所述弹簧设置在壳体内且其两端分别与电磁铁和铁块连接，所述弹簧处于压缩状态，所述电磁线圈与驱动模块的输出端连接。

5.如权利要求1所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，所述驱动模块包括分压电阻单元、开关管和续流二极管，所述MCU单元的IO端通过分压电阻单元连接在开关管的基极，所述开关管的集电极与续流二极管的正极、电磁执行机构的一个输入端连接，所述续流二极管的负极、电磁执行机构的另一个输入端同时与电源模块的输出端连接，所述开关管的射电极接地。

6.如权利要求1所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，所述电源模块包括太阳能板、充电芯片、锂电池、锂电池升压电路单元和两路DC-DC降压电路单元，所述太阳能板的电源输出端与充电芯片的电源端连接，所述充电芯片的输出端与锂电池连接且充电，所述充电芯片的状态反馈端与MCU单元的一个IO端连接，所述锂电池升压电路单元的输入端与锂电池连接，其输出端输出5VDC电源，5VDC电源经过两路DC-DC降压电路单元转换为闭锁信号触发电路单元、驱动模块、通信模块和MCU单元所需电源。

7.如权利要求1所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，所述通信模块采用蓝牙模块、GPRS模块或者串口转以太网模块中的一种或者多种。

8.如权利要求1所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，所述MCU单元包括单片机、晶振电路单元、boot模式配置电路单元、仿真器接口和串行接口，所述晶振电路单元、boot模式配置电路单元、仿真器接口和串行接口与单片机相应的端口连接。

9.如权利要求1-8任意一项所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，包括语音播放单元，所述语音播放单元与MCU单元连接。

10.如权利要求1-8任意一项所述的一种电子锁的控制电路，其特征在于，包括显示模组，所述显示模组与MCU单元连接。