CN209046676U - 一种门锁控制终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种门锁控制终端，所述门锁控制终端至少包括：主控模块、电源模块、电池模块和NB‑IoT通信模块，其中：所述主控模块和所述电池模块电性连接，所述主控模块和所述电源模块电性连接，所述主控模块和所述NB‑IoT通信模块通过通信接口连接；所述主控模块，用于检测门锁的开关状态，控制所述门锁的开关状态的转化；所述电池模块，用于为所述门锁控制终端供电；所述电源模块，用于为所述主控模块和所述NB‑IoT通信模块提供满足预设条件的电压；所述NB‑IoT通信模块，用于完成主控模块和服务器的通信。

Description

一种门锁控制终端

技术领域

本实用新型涉及门锁控制技术领域，尤其涉及一种门锁控制终端。

背景技术

作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网，物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中。随着物联网的广泛应用在智能家居方面，人们的生活也随之发生了翻天覆地的改革与变化。

门锁产品是保护家庭财产安全的重要装置，也是智能家居行业备受关注的核心产品，目前已经存在了各种各样的智能门锁产品，例如指纹智能锁、密码键盘智能锁等，还有一些智能门锁利用了短距离无线传输技术如紫蜂(Zigbee)、无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)和低功耗蓝牙等，但是现有技术中的智能门锁都不能兼顾覆盖面积、功耗、连接数和组网能力。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种门锁控制终端，不仅功耗低，并且工作在授权频段，具有更大的用户规模和平滑升级能力。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种门锁控制终端，所述门锁控制终端至少包括：主控模块、电源模块、电池模块和NB-IoT通信模块，其中：所述主控模块和所述电池模块电性连接，所述主控模块和所述电源模块电性连接，所述主控模块和所述NB-IoT通信模块通过通信接口连接；

所述主控模块，用于检测门锁的开关状态，控制所述门锁的开关状态的转化；

所述电池模块，用于为所述门锁控制终端供电；

所述电源模块，用于为所述主控模块和所述NB-IoT通信模块提供满足预设条件的电压；

所述NB-IoT通信模块，用于完成主控模块和服务器的通信。

在本实用新型提供的门锁控制终端采用的是NB-IoT通信模块，并且电源管理单元中由直流转换DC-DC电源转换芯片、低压差线性稳压器LDO和电容组成，不仅能够快速的为主控模块以及NB-IoT通信模块提供合适的工作电压，并且在无负载的情况下功耗极低，因此，所述门锁控制终端不仅功耗低，并且工作在授权频段，具有更大的用户规模和平滑升级能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例一所述的门锁控制终端的硬件结构示意图；

图2为本实用新型实施例二所述的门锁控制终端的硬件结构示意图；

图3本实用新型实施例三基于NB-IoT技术的远程低功耗智能门锁控制终端的硬件结构示意图

图4本实用新型实施例三智能门锁控制终端的数据流示意图。

具体实施方式

为解决现有技术中存在的技术问题，下面结合具体实施例及附图对本实用新型采用的技术方案做更加清楚、详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了更好的理解本实用新型实施例，这里首先对窄带物联网(Narrow BandInternet of Things，NB-IoT)进行相关说明。

NB-IoT是物联网的一个重要分支，构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz 的带宽，可直接部署于全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)网络、通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)网络或长期演进(Long Term Evolution， LTE)网络。基于蜂窝的NB-IoT具有三种运营模式，一种是独立的在运营商的网络外面重做；第二种是在LTE的保护带上，实际上它主要的原理是上行是采用正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)，前后保留10kHz的保护带，它有两种子载波间隔，一种是3.75kHz的，另一种是间隔15kHz的；第三种是带内模式：可利用LTE载波中间的任何资源块。NB-IoT 的四大特点使其具有可观的商用前景：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益提高20dB，覆盖面积扩大100倍；二是大连接，NB-IoT单扇区支持5万个连接，比目前的网络高50倍(2G/3G/4G 分别是14/128/1200)，目前全球有约500万个物理站点，假设全部署NB-IoT，每站点三扇区可接入的物联网终端数将达4500亿个；三是更低功耗，NB-IoT 终端如每天发送一次200Byte报文，一对AA电池可以待机10年；四是低成本，目前单个模块做出来的成本不会超过5美元，目标是要做到1美元左右，显著低于通用分组无线服务技术(GeneralPacket Radio Service，GPRS)等模块的成本。

目前的定位终端传输数据的方式比较丰富，其中有短距离无线传输技术如紫蜂(Zigbee)、无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)和低功耗蓝牙等，还有传统的端到端广域无线网技术GPRS，以及同属于低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network，LPWAN)技术的超远距离传输(Long Range，LORA)。与这些技术相比，NB-IoT分别在覆盖面积、功耗、连接数和组网能力上都有较大优势，下面对NB-IoT和GPRS、ZigBee、Wi-Fi、蓝牙技术和LORA技术进行比较。

GPRS和NB-IoT虽然同样属于广域网无线传播技术并工作于授权频段，但相比于GPRS，NB-IoT具有更低的功耗和更高的连接数，在物联网领域具有更高的可行度。

NB-IoT、Zigbee、WiFi和蓝牙技术在传输速度、通信距离、频段、安全性以及陈本之间的对比如表1所示：

表1 Zigbee、Wi-Fi、蓝牙无线技术和NB-IoT的对比

从对比结果不难看出，Zigbee、Wi-Fi和蓝牙无线技术都只适合短距离或者室内传输，都工作于非授权频段，其中只有Zigbee能实现小规模组网。组网规模小成为Zigbee、Wi-Fi和蓝牙无线技术在物联网设备领域大规模应用的短板。

LORA与NB-IoT同属于LPWAN技术，但NB-IoT工作在授权频段，运营商在该频段有具有更大的用户规模，且NB-IoT能够基于现有网络实现平滑升级，因此更容易普及使用。

实施例一

本实施例提供一种门锁控制终端，图1为本实用新型实施例一门锁控制终端的组成结构示意图，如图1所示，所述门锁控制终端100至少包括：主控模块101、电池模块102、电源模块103和NB-IoT通信模块104，其中：

所述主控模块101和所述电池模块103电性连接，所述主控模块101和所述电源模块102电性连接，所述电源模块103和所述NB-IoT通信模块104电性连接，所述主控模块101和所述NB-IoT通信模块104通过通信接口连接。

所述主控模块101，用于检测门锁的开关状态，控制所述门锁的开关状态的转化。

所述电池模块102，用于为所述门锁控制终端供电。

所述电源模块103，用于为所述主控模块和所述NB-IoT通信模块提供满足预设条件的电压。

这里，在实现的过程中所述电源模块103进一步包括：电源管理单元和电量监控单元，其中：

所述电源管理单元至少包括：直流转换(Digital Convert，DC)-DC电源转换芯片、低压差线性稳压器(Low Dropout regulator，LDO)和电容。

所述DC-DC电源转换芯片用于将所述电池模块输出的电压进行降压，得到第一电压，其中，所述第一电压为所述NB-IoT通信模块需要的工作电压；

所述LDO用于将所述第一电压进行降压，得到第二电压，其中，所述第二电压为所述主控模块需要的工作电压。

在本实施例及其他实施例中，所述电源管理单元中包括的电容的容量应该大于一定的阈值，实现的过程中，所述阈值可以是470微法(μF)也就是说，该电容为大电容，

所述电量监控单元至少包括：分压电路和由三极管构成的电子开关。

在其他实施例中，所述MCU还用于按照预设周期控制所述电子开关导通或关断。当所述电子开关导通时，所述分压电路将通过所述电子开关传输的电压分压至第三电压，并将所述第三电压输出至MCU。

这里，电量监控单元基于电池组的放电曲线，采用电压监控方式进行电量监控。在实现的过程中，通过MCU周期性的控制电子开关的通断，来进行电量检测。分压电路将电池组经过电子开关传输的电压，分压到MCU工作电平范围内，得到第三电压，也就是说第三电压是能够使得MCU正常工作的电压。然后分压电路再将第三电压输出至MCU的12bit ADC，MCU经过采集到第三电压后，通过查表获得第三电压对应的电量值。

所述NB-IoT通信模块104，用于完成主控模块和服务器的通信。

在本实用新型提供的门锁控制终端采用的是NB-IoT通信模块，并且电源管理单元中由直流转换DC-DC电源转换芯片、低压差线性稳压器LDO和电容组成，不仅能够快速的为主控模块以及NB-IoT通信模块提供合适的工作电压，并且在无负载的情况下功耗极低，因此，所述门锁控制终端不仅功耗低，并且工作在授权频段，具有更大的用户规模和平滑升级能力。

实施例二

基于前述的实施例，本实施例再提供一种门锁控制终端，图2为本实用新型实施例二门锁控制终端的组成结构示意图，如图2所示，所述门锁控制终端 200至少包括：主控模块201、电池模块202、电源模块203、NB-IoT通信模块 204和调试接口205，其中：

所述主控模块201，用于检测门锁的开关状态，控制所述门锁的开关状态的转化。

这里，在实现的过程中，所述主控模块201进一步包括：微控制单元MCU 2011和开关电路2012，其中：

所述MCU 2011，用于通过第一输入输出IO接口获取门锁的开关状态，通过第二IO接口控制门锁的开关状态的转化，并且通过UART串口配置所述 NB-IoT通信模块204；

所述开关电路2012，用于控制所述门锁控制终端的开关状态。

所述电池模块202，用于为所述门锁控制终端供电。

所述电源模块203，用于为所述主控模块和所述NB-IoT通信模块提供满足预设条件的电压。

所述电源模块203进一步包括：电源管理单元2031和电量监控单元2032，其中：

所述电源管理单元2031至少包括：直流转换DC-DC电源转换芯片、低压差线性稳压器LDO和电容。

所述DC-DC电源转换芯片用于将所述电池模块输出的电压进行降压，得到第一电压，其中，所述第一电压为所述NB-IoT通信模块需要的工作电压；

所述LDO用于将所述第一电压进行降压，得到第二电压，其中，所述第二电压为所述主控模块需要的工作电压。

在实际实现的过程中，电源管理单元可以由MP3423、SGM2034和外围的大电容组成。其中，MP3423为DC-DC电源转换芯片，转换效率98％，无负载状态下静态输入电流仅为0.3微安(μA)。MP3423负责将电池模块输出的电压降压转化为适合通信模块工作的3.8伏(V)，支持通信模块可能瞬间达到的 0.5安(A)大电流。SGM2034为低电流损耗的LDO，无负载状态下静态输入电流仅为1μA。SGM2034能够以3.8V作为输入，降压输出3V电平给MCU 和其他外围设备供电。

所述电量监控单元2032至少包括：分压电路和由三极管构成的电子开关。

在其他实施例中，所述MCU还用于按照预设周期控制所述电子开关导通或关断。当所述电子开关导通时，所述分压电路将通过所述电子开关传输的电压分压至第三电压，并将所述第三电压输出至MCU。

在其他实施例中，所述MCU还用于获取分压电路输出的第三电压，并获取所述第三电压对应的电量值，将所述电量值发送至NB-IoT通信模块。

所述NB-IoT通信模块204，用于完成主控模块和服务器的通信。

在其他实施例中，所述NB-IoT通信模块还用于接收所述电量值，并将所述电量值发送至服务器。

所述NB-IoT通信模块还用于接收服务器发送的控制指令，并将所述控制指令发送给MCU；

所述MCU还用于，接收所述NB-IoT通信模块发送的控制指令，基于所述控制指令控制门锁的开关状态转化。

所述MCU还用于，存储预设时长内所述门锁的开关状态发生变化的时间信息和开关状态信息，并将所述时间信息和开关状态信息通过所述NB-IoT通信模块发送至服务器。

所述调试接口205与所述MCU相连，用于调试阶段的数据收发和固件更新。

在本实用新型提供的门锁控制终端采用的是NB-IoT通信模块，并且电源管理单元中由直流转换DC-DC电源转换芯片、低压差线性稳压器LDO和电容组成，不仅能够快速的为主控模块以及NB-IoT通信模块提供合适的工作电压，并且在无负载的情况下功耗极低，因此，所述门锁控制终端不仅功耗低，并且工作在授权频段，具有更大的用户规模和平滑升级能力。

实施例三

基于前述的实施例，本实施例再提供一种基于NB-IoT技术的远程低功耗智能门锁控制终端，包含了主控模块、电池模块、电源模块、调试接口、通信模块。图3本实用新型实施例基于NB-IoT技术的远程低功耗智能门锁控制终端的硬件结构示意图，如图3示：

主控模块包括低功耗微控制单元(Micro controller Unit，MCU)301和由轻触开关机按键302组成的开关机接口电路。在实现过程中MCU可以采用 STM32L051K6T6，并采用中央处理器(Central Processing Unit，CPU)内部时钟。

电池模块由4节AA电池串联形成电池组303，负责对终端及门锁供电。

电源模块负责为其余模块提供合适的工作电平，分为电源管理子模块304 和电量监控子模块305。

其中，在实现的过程中电源管理子模块304可以由DC-DC电源转换芯片、 LDO和电容组成。其中，DC-DC电源转换芯片可以是MP3423，MP3423的转换效率可以高达98％，且无负载状态下静态输入电流仅为0.3uA。MP3423负责将电池模块输出的电压降压转化为适合通信模块工作的3.8V，支持通信模块可能瞬间达到的0.5A大电流。LDO可以为SGM2034，SGM2034是一种低电流损耗的LDO，无负载状态下静态输入电流仅为1uA。SGM2034能够以3.8V作为输入，降压输出3V电平给MCU和其他外围设备供电。

电量监控子模块305基于该电池组的放电曲线，采用电压监控方式，由三极管搭建电子开关，MCU控制电子开关通断，在需要进行电量检测时才打开电子开关，以此降低电量监控子模块功耗。分压电路将电池组经过电子开关传输的电压，分压到MCU工作电平范围内，再输出至MCU的12比特(bit)模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)，经过采集过后查表获得对应的电量值。

在实现过程中，调试接口可以采用J-LINK 306，连接到MCU，用于固件更新。另外，在MCU上还可以对外扩展一路TTL电平的RS232接口307作为调试接口，用于调试阶段的数据收发。

通信模块主要由NB-IoT通信模组308(M5310)组成，通过通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口与主控模块 (MCU)通信。通信模块的输出端直接接到平面微带型天线309上。

MCU通过两路输入输出(Input Output，IO)口对门锁进行开关控制及状态监测，一路IO口输出高低电平控制继电器打开或闭合门锁，另一路IO口通过三极管隔离电路连接到继电器常闭端口，检测继电器的输出电平监测门锁的开关状态。在实现的过程中，可以是输出高电平控制继电器打开门锁，输出低电平控制继电器关闭门锁，也可以是输出低电平控制继电器打开门锁，输出高电平控制继电器关闭门锁。当继电器的输出电平为高电平时，表明门锁处于关闭状态，当继电器的输出电平为低电平时，表明门锁处于打开状态。

图4本实用新型实施例三智能门锁控制终端的数据流示意图，如图4示， MCU 401配置通信模块402(M5310)的复位和工作模式，并通过UART通道传送门锁的开关状态、开关控制指令和电量等数据。用户通过手机客户端403 发起门锁的开关请求，数据通过物联网平台404鉴别后向门锁控制终端发出对应开关指令，远程控制门锁开关。所有的门锁开关数据、终端电量状态都记录在物联网平台上。

与传统广域网传播技术的GPRS相比，NB-IoT只需要消耗大约180KHz的频段，就能够比GPRS网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍，连接数也比其多出50倍以上。与同属LPWAN的LORA相比，NB-IoT工作在授权频段，具有更大的用户规模和平滑升级能力。

与现有的GPRS模组相比，NB-IoT模组成本更低，理论上更能使一对AA 电池待机工作10年。此外，采用NB-IoT模组搭配低功耗MCU，能够使得整个系统的功耗处于最佳的状态。这对大规模商用过程中延长终端续航时间，提升电池使用寿命，降低成本有着至关重要的作用。

而与Zigbee等短距离通信方式相比，NB-IoT同样在覆盖范围和连接数，以及组网上更有巨大的优势，而随着NB-IoT技术的普及应用，其芯片的价格完全能够达到与Zigbee等芯片相当的水平，甚至更加低廉。因此基于NB-IoT 技术的智能门锁控制终端不仅功耗及成本低，并且在覆盖范围和连接数，以及组网规模上也优于基于其他技术的智能门锁控制终端。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本实用新型的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种门锁控制终端，其特征在于，所述门锁控制终端至少包括：主控模块、电源模块、电池模块和窄带物联网NB-IoT通信模块，其中：所述主控模块和所述电池模块电性连接，所述主控模块和所述电源模块电性连接，所述主控模块和所述NB-IoT通信模块通过通信接口连接；

所述主控模块，用于检测门锁的开关状态，控制所述门锁的开关状态的转化；

所述电池模块，用于为所述门锁控制终端供电；

所述电源模块，用于为所述主控模块和所述NB-IoT通信模块提供满足预设条件的电压；

所述NB-IoT通信模块，用于完成主控模块和服务器的通信。

2.根据权利要求1中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述主控模块包括：微控制单元MCU和开关电路，其中：

所述MCU，用于通过第一输入输出IO接口获取门锁的开关状态，通过第二IO接口控制门锁的开关状态的转化，并通过通用异步收发传输器UART串口配置所述NB-IoT通信模块；

所述开关电路，用于控制所述门锁控制终端的开关状态。

3.根据权利要求2中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述电源模块包括：电源管理单元和电量监控单元，其中：

所述电源管理单元至少包括：直流转换DC-DC电源转换芯片、低压差线性稳压器LDO和电容；

所述电量监控单元至少包括：分压电路和由三极管构成的电子开关。

4.根据权利要求3中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述DC-DC电源转换芯片用于将所述电池模块输出的电压进行降压，得到第一电压，其中，所述第一电压为所述NB-IoT通信模块需要的工作电压；

所述LDO用于将所述第一电压进行降压，得到第二电压，其中，所述第二电压为所述主控模块需要的工作电压。

5.根据权利要求3中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述MCU按照预设周期控制所述电子开关导通或关断。

6.根据权利要求5中所述的门锁控制终端，其特征在于，当所述电子开关导通时，所述分压电路将通过所述电子开关传输的电压分压至第三电压，并将所述第三电压输出至MCU。

7.根据权利要求6中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述MCU还用于获取分压电路输出的第三电压，并获取所述第三电压对应的电量值，将所述电量值发送至NB-IoT通信模块。

8.根据权利要求7中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述NB-IoT通信模块还用于接收所述电量值，并将所述电量值发送至服务器。

9.根据权利要求8中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述NB-IoT通信模块还用于接收服务器发送的控制指令，并将所述控制指令发送给MCU；

所述MCU还用于，接收所述NB-IoT通信模块发送的控制指令，基于所述控制指令控制门锁的开关状态转化；

所述MCU还用于，存储预设时长内所述门锁的开关状态发生变化的时间信息和开关状态信息，并将所述时间信息和开关状态信息通过所述NB-IoT通信模块发送至服务器。

10.根据权利要求2至9中任一项中所述的门锁控制终端，其特征在于，所述门锁控制终端还包括调试接口，所述调试接口与所述MCU相连，用于调试阶段的数据收发和固件更新。