CN212984937U - 一种安全智能挂锁 - Google Patents

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张明宇
王鹏
郭屾
张冀川
张治明
林佳颖
孙浩洋
秦四军
谭传玉
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Abstract

本实用新型提供的一种安全智能挂锁,包括:锁杆和锁具本体;在所述锁具本体内部设有相互连接的结构件和单板组件;所述的单板组件包括:相互连接的NFC天线和中央处理单元;所述NFC天线用于数据接收和发送,还用于基于NFC取能对安全智能挂锁进行无源供电;所述中央处理单元用于,基于NFC天线的通讯数据控制所述锁杆的开锁关锁;还用于基于NFC天线获取的能量为单板组件供电。本实用新型设计了基于NFC取能、通讯的安全智能挂锁,经安全认证实现开锁的设计避免了未经允许的开锁操作,外部取能设计避免了电池老化带来的维护工作,使用寿命更长。

Description

一种安全智能挂锁
技术领域
本实用新型涉及控制锁具及安全通讯的技术领域,主要用到NFC无线取能、供电,信息安全芯片。
背景技术
在电网现代化、智能化发展过程中,低压配电设备的智能化水平得到迅速地提升,设备的成本提高,对此类设备财产的保护还没有得到足够的重视,计量箱柜、配网的各种门如开闭所、环网柜、开关站、电缆分支箱等场所需要提高或建立安全性防护设施。随着对配电网精益化管理需求的提出,针对设备的巡查管理机制需要改革,传统的锁具设备无法对于人员及锁具具有监管做用。基于以上问题,提出了基于NFC取能、通讯的安全挂锁,此锁具是无源锁具,通过NFC进行供电开锁并记录相应信息。
NFC(Near Field Communication缩写),即近距离无线通讯技术,是一种非接触式识别和互联技术,可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。
实用新型内容
为克服现有技术的缺陷,提供了一种安全智能挂锁。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的:
一种安全智能挂锁,包括:锁杆和锁具本体;在所述锁具本体内部设有相互连接的结构件和单板组件;
所述的单板组件包括:相互连接的NFC天线和中央处理单元;
所述NFC天线用于数据接收和发送,还用于基于NFC取能对安全智能挂锁进行无源供电;
所述中央处理单元用于,基于NFC天线的通讯数据控制所述锁杆的开锁关锁;还用于基于NFC天线获取的能量为单板组件供电。
优选的,所述NFC天线为采用三天线配合结构,包括:RFA天线、RFB天线和RFC天线;
RFA天线和RFB天线用于NFC数据通信,其中RFA天线为数据接收天线,RFB天线为数据发送天线;
RFC天线为取能天线,用于基于NFC对所述中央处理单元进行无源供电。
优选的,所述RFA天线和RFB天线为单圈天线;RFC天线包括多圈。
优选的,所述RFC天线为两圈或三圈。
优选的,所述中央处理单元采用NFC取能芯。
优选的,所述单板组件还包括:内嵌电力专用安全芯片的安全单元;所述安全单元与所述中央处理单元相连接;
所述安全单元接收所述中央处理单元的开锁信号后经过安全单元安全认证后反馈给所述中央处理单元。
优选的,所述单板组件还包括:锁状态监测单元;所述锁状态监测单元与所述中央处理单元相连接;
所述锁状态监测单元接收所述中央处理单元的信号对锁状态进行检测,同时把锁状态信息反馈给所述中央处理单元。
优选的,所述中央处理单元包括:能量接收单元、能量输出单元、信息接收单元、信息处理单元和信息输出单元;所述单板组件还包括:电机;
所述能量接收单元接收所述取能天线的能量后所述能量输出单元将能量输出给所述电机;
所述信息接收单元接收所述NFC天线、安全单元、锁状态监测单元、辅助单元的信息后传递给所述信息处理单元经过处理后传递给所述信息输出单元将信息输出。
优选的,所述的结构件包括:支架一和支架二;
所述支架一放置在锁具内,固定所述单板组件上的电机;
所述支架二为工字状,一端卡紧电机尾端,另一端顶紧锁具内壁,所述电机尾端设置与之匹配的形状,保证电机只做旋转运动;
所述电机一端与所述中央处理单元连接,所述电机接收所述中央处理单元的经过安全认证的信号后控制开锁。
优选的,所述的结构件还包括销轴和压簧;所述销轴包括:销轴一;所述压簧包括:压簧一;
所述锁状态监测单元和所述电机的另一端分别与所述销轴一连接;所述销轴一一端与所述压簧一连接,另一端与所述锁杆通过舌状凹槽连接;
所述电机接收所述中央处理单元的信号后控制所述销轴一经过压缩压簧一控制开锁,所述锁状态监测单元通过所述销轴一对锁的状态进行检测。
优选的,所述销轴还包括:销轴二;所述压簧还包括:压簧二;
所述销轴二固定在锁具内侧壁,所述销轴二通过在所述锁杆设置的椭圆形凹槽限制锁杆移动;
所述压簧二竖直设置在所述锁杆底部,所述压簧二在所述销轴一通过压缩压簧一退出所述舌状凹槽时通过弹力带动锁杆完成开锁。
优选的,所述锁状态监测单元包括:霍尔元件一和霍尔元件二;
所述霍尔元件一位于在所述销轴一下端;所述霍尔元件二设置在所述锁杆一端的下侧;所述霍尔元件一通过接收磁场的强弱判断所述销轴一是否从舌状凹槽弹出;所述霍尔元件二通过接收磁场的强弱判断所述锁杆是否弹出。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:
(1)本实用新型提供的一种安全智能挂锁,包括:锁杆和锁具本体;在所述锁具本体内部设有相互连接的结构件和单板组件;所述的单板组件包括:相互连接的NFC天线和中央处理单元;所述NFC天线用于数据接收和发送,还用于基于NFC取能对安全智能挂锁进行无源供电;所述中央处理单元用于,基于NFC天线的通讯数据控制所述锁杆的开锁关锁;还用于基于NFC天线获取的能量为单板组件供电。本实用新型设计了基于NFC取能、通讯的安全智能挂锁,经安全认证实现开锁的设计避免了未经允许的开锁操作,外部取能设计避免了电池老化带来的维护工作,使用寿命更长。
(2)智能锁还可以作为一个信息交互的节点,对所有关于该地理信息节点与门内或者该设备的操作进行扩展的数据绑定,从而达到了利用门锁节点的信息内容来贯穿电网建设运维的全过程,系统可以扩展应用并与生产管理信息系统一体化集成,实现设备台账信息、缺陷信息、巡检信息等的可视化共享,实现巡检的标准化作业,并实现缺陷管理流程的统一。
(3)智能锁控内嵌安全芯片作为权限认证、安全认证的保证渠道,配合相应的密钥管理系统、权限管理系统,通过相应的管理系统、接口,实现计量箱体、配电柜等设备的权限的远程下发、人员管理,为电气设备的安全运行、窃电事故的防范提供有效技术保障。
附图说明
图1为本实用新型锁具结构图;
图2为NFC天线示意图;
图3为中央处理单元示意图;
图4为SCM304Q040GD取能原理图;
图5为电子锁内部电子结构图;
图5中1为中央处理单元;2为天线;3为安全单元;4为辅助电路;5为锁状态监测单元;6为电机;7为销轴;8为锁杆。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步说明,但本实用新型并不限于这些实施例。
实施例1:
本实用新型公开了一种基于NFC供电通信的智能挂锁。锁具内部主要由结构件和单板组件组成。结构件有支架、锁杆、压簧、销轴等,单板组件指硬件电路板,由NFC天线、中央处理单元、安全单元、锁状态监测单元、电机及辅助电路等组成。内部结构如图1示:
专用手机或外设通过NFC提供开锁能量,锁具中的NFC天线自动获取能量,当获取的能量达到中央处理单元启动电压时,中央处理单元开始工作,监测获取的能量是否满足预设阈值,支架一放置在锁腔内,用来固定单板组件上的电机、电容等零部件。支架二整体呈现为工字形状,一端卡紧电机,一端顶住锁腔内壁。电机尾端设置了相应的配合形状,与支架二的一端实现紧配合。此结构形式保证了电机在支架一相应腔体内齿轮端只能做旋转运动,电机接线端位置相对固定不变,不能平移和旋转。
单板组件上监测单元由两个霍尔元件组成。霍尔元件一焊接在控制主板上,处于销轴一下端,通过检测其所在位置周围磁场的强弱来判断销轴是否弹出,从而开启锁具是否打开的判断过程,同时把信息反馈给中央处理单元。霍尔元件二焊接在控制主板另一端,处于锁杆一端的下方,通过检测其所在位置周围磁场的强弱来判断锁杆是否弹出,从而判断锁具是否打开,同时把信息反馈给中央处理单元,中央处理单元通过无线通信给用户的手持掌机留下相应记录。
销轴二固定在锁体侧壁,用来限制锁杆位置。锁杆上设置了椭圆形凹槽,销轴二在此凹槽内运动。当锁杆下行至一定距离时,销轴二与椭圆形凹槽端部接触,使锁杆无法再向下运动,起到限制定位锁杆的作用。
电气系统硬件说明:NFC取能、通讯的安全智能挂锁单板组件包括NFC天线、中央处理单元、安全单元和锁状态监测单元、电机及辅助电路等。各部分具体功能如下:
(1)NFC天线
NFC天线焊接在单板上,实现NFC取能、通讯功能;本锁具内置1个NFC天线,采用三天线配合结构,分别用RFA、RFB、RFC表示。
a.RFA天线为数据接收天线,RFB天线为数据发送天线,配合用于NFC数据通信;
b.RFC天线为取能天线,用于NFC无源供电。
RFA天线和RFB天线单圈即可,RFC天线一般选择两圈到三圈适宜,如图2所示。
(2)中央处理单元
中央处理单元是核心控制单元,负责调用所有任务和管理所有外设,如图3所示。根据功耗低、资源丰富和开发周期短等优势,采用NFC取能芯SCM304Q040GD。而且,在中央处理单元的电源端连接稳压二极管实现过压保护。
SCM304Q040GD是一款集成了ISO14443A标签接口的无源NFC MCU。这款MCU基于TurboNFC技术,可支持高效的NFC能量采集。当配合使用常见的带有NFC功能的移动设备时,SCM304Q040GD可以采集到多达300mW的功率,可在无源模式下全速运行,并为像传感器、显示器、电机等外接器件供电。
SCM304Q040GD的NFC架构允许用户自己定义非标准NFC协议。AHC允许具有极低内阻的负载,如大容量超级电容、电机等直接连接到能量输出端口上。
SCM304Q040GD通过获取环境中射频信号,并进行能量转换,为外接设备供电。SCM304Q040GD采用电感耦合方式取能,射频信号与SCM304Q040GD之间电磁能量通过空间高频交变磁场实现耦合,芯片将耦合能量转化为电能,相比较传统非接芯片,SCM304Q040GD转化的电能不仅满足自身供电,还能够支持大功率对外输出,同时有低功耗主控功能,如图4所示。
(3)安全单元
内嵌电力专用安全芯片,实现手机或外设通过NFC与锁具的安全认证功能;安全单元是实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、存取权限控制和线路加密传输等安全控制功能的单元。利用内置加密算法的安全芯片实现。
(4)锁状态监测单元
利用2个霍尔传感元件实现对开锁状态的监测。
(5)电机
电机驱动芯片实现通讯信号的放大,并控制电机的旋转与停止,从而转动插簧实现开锁关锁功能。
(6)辅助单元
主要包括匹配单元、储能及其反馈单元、稳压电源、驱动单元,辅助实现各项功能,如图5所示为本实用新型电子锁内部电子结构图。
实施例2
开锁过程:
用户手持掌机通过无线信号给NFC天线发开锁的指令,NFC天线接收到信号后,将信号传递给中央处理单元,中央处理单元启动电机驱动芯片驱动电机齿轮端做正向旋转,从而带动电机齿轮上方的销轴一向左做平移运动,此时销轴一末端的压簧一呈压缩状态。当销轴一平移至支架一相应的腔体内,锁状态监测单元中霍尔元件一周围的磁场强度会发生变化,进而开启锁具是否打开的判断过程。此时舌状结构向左移动从锁杆凹槽内退出,使锁杆在底部的压簧二的弹力作用下瞬间弹起,锁杆整体向上运动,实现开锁。
销轴一与锁杆相配合的端部形状似舌状,锁杆相应位置处设置舌状凹槽。当锁体呈关闭状态时,该舌状结构卡在锁杆凹槽内;当锁体呈打开状态时,锁杆向上弹出至一定高度时,此时霍尔元件二周围的磁场强度会发生变化,进而判断出是否开锁成功。
关锁过程:
锁杆在人力作用下,顺时针旋转,使一端对准锁体上的相应凹槽,向下施压力,锁杆向下运动至一定距离,销轴一前端的舌状结构部分在压簧一的弹力作用下向右移动至一定距离后嵌入锁杆上的舌状凹槽内,此时锁杆定位在此位置不能再移动。此时销轴二与锁杆上椭圆形凹槽的顶部接触,起到限位作用。
显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上;术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种安全智能挂锁,其特征在于,包括:锁杆和锁具本体;在所述锁具本体内部设有相互连接的结构件和单板组件;
所述的单板组件包括:相互连接的NFC天线和中央处理单元;
所述NFC天线用于数据接收和发送,还用于基于NFC取能对安全智能挂锁进行无源供电;
所述中央处理单元用于,基于NFC天线的通讯数据控制所述锁杆的开锁关锁;还用于基于NFC天线获取的能量为单板组件供电。
2.如权利要求1所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述NFC天线为采用三天线配合结构,包括:RFA天线、RFB天线和RFC天线;
RFA天线和RFB天线用于NFC数据通信,其中RFA天线为数据接收天线,RFB天线为数据发送天线;
RFC天线为取能天线,用于基于NFC对所述中央处理单元进行无源供电。
3.如权利要求2所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述RFA天线和RFB天线为单圈天线;RFC天线包括多圈。
4.如权利要求3所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述RFC天线为两圈或三圈。
5.如权利要求1所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述中央处理单元采用NFC取能芯。
6.如权利要求1所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述单板组件还包括:内嵌电力专用安全芯片的安全单元;所述安全单元与所述中央处理单元相连接;
所述安全单元接收所述中央处理单元的开锁信号后经过安全单元安全认证后反馈给所述中央处理单元。
7.如权利要求6所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述单板组件还包括:锁状态监测单元;所述锁状态监测单元与所述中央处理单元相连接;
所述锁状态监测单元接收所述中央处理单元的信号对锁状态进行检测,同时把锁状态信息反馈给所述中央处理单元。
8.如权利要求7所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述中央处理单元包括:能量接收单元、能量输出单元、信息接收单元、信息处理单元和信息输出单元;所述单板组件还包括:电机;
所述能量接收单元接收所述取能天线的能量后所述能量输出单元将能量输出给所述电机;
所述信息接收单元接收所述NFC天线、安全单元、锁状态监测单元、辅助单元的信息后传递给所述信息处理单元经过处理后传递给所述信息输出单元将信息输出。
9.如权利要求8所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述的结构件包括:支架一和支架二;
所述支架一放置在锁具内,固定所述单板组件上的电机;
所述支架二为工字状,一端卡紧电机尾端,另一端顶紧锁具内壁,所述电机尾端设置与之匹配的形状,保证电机只做旋转运动;
所述电机一端与所述中央处理单元连接,所述电机接收所述中央处理单元的经过安全认证的信号后控制开锁。
10.如权利要求9所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述的结构件还包括销轴和压簧;所述销轴包括:销轴一;所述压簧包括:压簧一;
所述锁状态监测单元和所述电机的另一端分别与所述销轴一连接;所述销轴一一端与所述压簧一连接,另一端与所述锁杆通过舌状凹槽连接;
所述电机接收所述中央处理单元的信号后控制所述销轴一经过压缩压簧一控制开锁,所述锁状态监测单元通过所述销轴一对锁的状态进行检测。
11.如权利要求10所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述销轴还包括:销轴二;所述压簧还包括:压簧二;
所述销轴二固定在锁具内侧壁,所述销轴二通过在所述锁杆设置的椭圆形凹槽限制锁杆移动;
所述压簧二竖直设置在所述锁杆底部,所述压簧二在所述销轴一通过压缩压簧一退出所述舌状凹槽时通过弹力带动锁杆完成开锁。
12.如权利要求11所述的一种安全智能挂锁,其特征在于,所述锁状态监测单元包括:霍尔元件一和霍尔元件二;
所述霍尔元件一位于在所述销轴一下端;所述霍尔元件二设置在所述锁杆一端的下侧;所述霍尔元件一通过接收磁场的强弱判断所述销轴一是否从舌状凹槽弹出;所述霍尔元件二通过接收磁场的强弱判断所述锁杆是否弹出。
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