CN218563320U - 一种基于nfc的无源箱包电子锁装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，包括NFC天线板、NFC接口、主锁控制板。为了克服现有技术存在的NFC无源电子锁，驱动能力有限，难实现驱动多个锁体以及其他设备的问题，本实用新型利用多线圈组天线板以及适配接口电路组成的NFC接口增强了射频能量的采集能力，再通过外接电路的控制达到解决驱动力有限的问题。本实用新型不需要内置电源，且可以满足多个锁体以及外接设备的电能供给。

Description

一种基于NFC的无源箱包电子锁装置

技术领域

本实用新型涉及一种电子锁设备，尤其涉及一种基于NFC的无源箱包电子锁装置。

背景技术

通常箱包锁采用的是机械式密码轮，或者外挂一把机械锁，也有少部分采用的是电子锁，通常采用内置电池和开锁电机的电子锁。机械锁存在钥匙携带不方便、钥匙易丢失的问题，内置电池的电子锁存在耗尽能量的电池会对环境造成污染、不环保的问题，同时电池耗尽后会对使用者造成很大的麻烦。NFC无源行李箱锁很好的解决了上述的问题，手机作为当下必备的物品，NFC无源行李箱锁的开锁设备为手机，不需要额外增加开锁设备，且在锁内部无需安装电池，可以永久使用，满足的绿色环保无污染且安全高效的需求。

而现有技术存在的NFC无源电子锁，驱动能力有限，动力只满足驱动部件，不能驱动锁的主体结构，更难实现驱动多个锁体以及其他设备。而行李箱锁一般都会有2个或者2个以上的锁体，因此NFC无源电子锁在行李箱上的应用较少，且通常难以满足应用要求。

中国专利文献CN211201438U公开了一种“适用手机NFC功能的无电池式微型箱包锁”。包括：锁外壳，位于箱包上；主控芯片，位于锁外壳内；天线接收单元，位于锁外壳内壁上，与所述主控芯片连接，作为主控芯片的供电端；驱动微型电机，与主控芯片连接；拨动机构，自由端与箱包的锁扣连接，拨动机构的开闭对应锁扣的开闭；其中，所述驱动微型电机控制拨动机构的位置；所述天线接收单元与手机NFC功能相配合，利用电磁感应原理产生电能。但是该方案中，供电端提供的电压难以驱动大型锁或者多个锁，也无法增加额外的高能耗拓展模块，例如显示屏等。

发明内容

本实用新型主要解决NFC无源箱包电子锁难以提供足够的驱动力和电能的问题，提供一种基于NFC的无源箱包电子锁装置。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型的主锁控制板连接有主锁电机，其特征在于，主锁控制板包括NFC接口和控制电路，NFC接口外接有NFC天线板，NFC天线板为多线圈组天线板。通过NFC天线板和NFC接口从NFC手机收集到能量和信号，经过控制电路转换成电能驱动电机开锁，并使显示屏显示内容或进行人机互动。

作为优选，所述的NFC天线板包括能量采集部分和信息传输部分，能量采集部分有一组线圈绕成，信息传输部分有二组线圈绕成，能量采集部分的线圈绕制圈数大于信息传输部分。将能量采集部分与信息传输部分线圈分开绕制的设计很大程度上加强了数据信号和射频能量采集能力，解决了现有技术中线圈采集到的能量较为微弱的问题，并且有效消除不必要的噪音等干扰。

作为优选，所述的NFC接口为适配NFC天线板的接口电路。NFC接口的电能转化效率高，为整个控制电路和显示屏等部件提供充足的电能。

作为优选，所述的控制电路包括MCU和能量管理模块，MCU的电压输入端连接有整流模块， MCU的控制信号输出端连接有驱动桥，MCU的电压输出端连接能量管理模块的电压输入端，整流模块的电压输入端连接NFC接口的电压输出端。MCU以及能量管理模块的电路设计可以有效分配电路电能，增加了整个系统的稳定性以及开锁的成功率。

作为优选，所述能量管理模块的信号输出端连接MCU的反馈信号接收端连接，能量管理模块的电源储能端连接有储电电容，能量管理模块的电压输出端连接驱动桥的电源电压输入端。能量管理模块通过场效应管的设计比较输入电压和输出电压是否达到充电的要求，并且给MCU发送反馈信号，根据反馈信号对比NFC接口处电压以及储电电容处电压，以此控制储电或用电以及储电用电时长，防止电容电量因过渡用电急剧下降造成驱动中段，达成分步或同步解锁的功能，并且解决了过多汲取NFC天线上的能量使会干扰NFC通讯的问题。

作为优选，所述的MCU为TN2115S1芯片，设有NFC通信接口，内置RAM和SPI。内置的RAM和SPI满足了多种通信模式和数据传输要求，除了传统的卡模拟模式外，还支持内存扩展的卡模拟模式，以及透传模式。

作为优选，NFC无源行李箱锁包括了主锁、一把或多把副锁，一个主锁控制板连接有一个或多个副锁控制板，副锁控制板连接一把或多把副锁。满足了行李箱应用领域的基本要求，实现分部控制等特殊需求。

作为优选，所述的副锁控制板包括副锁MCU和副锁驱动桥，副锁MCU与主锁控制板通过2芯导线电连接，通过SPI或者IIC进行通讯。SPI或者IIC通讯方式稳定高效，且适用范围广泛，成本相对较低，且独立的副锁MCU相比于共用的MCU，达成了多个锁体的分布解锁，减少了控制指令错误的可能性，增加了整个系统的稳定性。

作为优选，所述的一副锁驱动桥的电压输入端连接主锁控制板的电压输出端。副锁驱动桥的电压与主锁驱动桥的电压一致同步，可以实现多种解锁方式。

本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型为无源电子锁，不需要内置电源，使用方便耐用，且解决了电池污染环境的问题，为环境友好型产品；

2. 本实用新型可以同时供给解锁多个锁体的能量，满足了实际应用的需要，并可以添加显示屏等更多的功能；

3. 本实用新型的NFC接口完全符合ISO14443标准，可与任意带标准NFC接口的智能手机搭配使用。

附图说明

图1是本实用新型的一种运行原理连接结构框图。

图2是本实用新型NFC天线板的电路结构图。

图3是本实用新型NFC接口部分的一种电路原理连接结构图。

图4是本实用新型MCU部分的一种电路原理连接结构图。

图5是本实用新型能量管理模块的一种稳压电路原理连接结构图。

图6是本实用新型副锁部分的一种电路原理连接结构图。

图1中202.NFC天线板，203.主锁控制板，204.显示屏，205.NFC接口，206.MCU，207.整流模块，208.能量管理模块，209.储电电容，210.驱动桥，211.主锁电机，212.副锁控制板，213.副锁MCU，214.副锁驱动桥，215.副锁电机。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，本实施例中的基于NFC的无源箱包电子锁装置尤其应用在大型箱包。

如图1所示，包括NFC天线板202，主锁控制板203，显示屏204，NFC接口205，MCU206，整流模块207，能量管理模块208，储电电容209，驱动桥210，主锁电机211，副锁控制板212，副锁MCU213，副锁驱动桥214，副锁电机215。

NFC天线板202包括能量采集部分和信息传输部分，能量采集部分由一组线圈绕成，信息传输部分由二组线圈绕成，能量采集部分的线圈绕制圈数大于信息传输部分。NFC天线板202通过一组能量输入接口连接NFC接口205的一组能量接收端，通过两组信号传输端连接NFC接口的两组信号传输端。NFC接口的交流电压输出端连接整流模块电压输入端，整流模块的直流电压输出端连接MCU的电压输入端。NFC接口的信号传输端连接MCU的信号传输端。MCU的信号传输端和电压输出端连接能量管理模块和显示屏，MCU的信号传输端连接驱动桥以及副锁MCU。能量管理模块的电压传输端连接储电电容，电压输出端连接驱动桥，作为储电电容充放电以及驱动桥的电源电压。驱动桥的电压输出端连接主锁电机。

NFC天线板202从手机NFC信号中采集射频能量，同时进行信号采集，NFC接口205接收NFC天线板202采集的射频能量并转化为电压较低的交流电，电压较低的交流电经过整流模块207，被转化为电压较高的直流电。

该直流电经过MCU206的调制分配后，送至能量管理模块208，能量管理模块208接收来自MCU的直流高压，将该电能存储于储电电容209内。储电电容209的容量设置在22uF与0.47F之间，储电电容耐压根据NFC天线板的设计而定，但需在9V以上。能量管理模块208对NFC接口处电压以及储电电容209内的存储电压进行检测，把检测值反馈给MCU206， MCU206根据检测值和主锁和副锁的数量调整NFC天线板202从NFC手机上的取电时间以及电容向外供电的电量，进而达到调整储电电容209的电压值的目的，取电时间越长，储电电容209的电压值越高，存储的能量越大。

能量管理模块208从储电电容209中取出能量，供给主锁驱动桥210和副锁驱动桥214，用于驱动桥完成解锁动作。对于主锁，能量管理208还需要供给显示屏204，用来作为驱动屏的动力。对于副锁，主锁MCU206通过SPI或者IIC与副锁MCU213进行通讯，副锁MCU213控制驱动桥214，驱动桥214驱动副锁电机215进行开锁动作。

如图2所示，NFC天线板由三组线圈绕制而成，其中一组为能量采集部分，连接NFC接口的能量接收端。另外两组为信息采集部分，一组连接NFC接口的信息接收端，另一组连接NFC接口的信息输出端。能量采集部分线圈的绕制圈数为单组信息采集部分线圈的3倍。

如图3所示，P1为天线输入接口ant_6pin，引脚1连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接MCU的电能输入端。引脚2连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接MCU的电能输入端。引脚3连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接MCU的电能输入端。引脚4一头连接MCU的电能输入端，另一头通过电阻R2连接R1，且在R2上并联电容C1。引脚5和引脚6连接MCU的信号输入输出端。

如图4所示为本实用新型MCU部分的一种电路原理连接结构框图，U1为芯片TN2115s1（以下简称U1）。引脚5、6、7、8连接NFC接口部分的信号传输接口。引脚16连接整流模块的电压输出接口，内部为特殊调制电路，且从内部连接电压输出接口引脚17。引脚17连接能量管理模块的电压输入端。

U1引脚4、9为电压输出端TN_VDD33，TN_VDD33为3.3V的直流电压，主要起到了控制信号的作用，TN_VDD33连接复位电路芯片U2ME2803A28M3G的电压输入端引脚3，芯片U2的电压输出端连接U1复位电压接口32；TN_VDD33连接U1的控制信号输入端引脚3、30；TN_VDD33连接显示屏的信号输入端，并同时连接电源输入端，充当电源电压； TN_VDD33连接能量管理模块的降压电路控制信号输入端。

U1引脚33、34连接能量管理模块的储能控制信号输出端。引脚38、39连接显示屏的I2C总线的信号线接口SCL/SDA。引脚23、29连接主锁电机的信号输入端。25、26连接反馈信号电路输出端，主要监测电机电能使用以及NFC天线板取电的情况。

如图5所示，能量管理模块分为三部分，储能控制电路、降压稳压电路以及检测反馈电路。储能控制电路中，电源电压连接二极管D3的正极，电源同时连接二极管D5的正极。二极管D3的负极连接二极管D4的正极，二极管D4的负极连接电压输出端以及储能电容。二极管D5的负极连接场效应管Q1的源极，且连接电阻R9，电阻R9的另一端连接场效应管Q1的栅极以及效应管Q2的漏极。场效应管Q2的栅极连接控制信号输出端VD_CTRL0，源极接地。场效应管Q1的漏极连接场效应管Q3的漏极，场效应管Q3的栅极连接控制信号输出端VD_CTRL1，源极接地。

降压稳压电路中，U3为降压芯片SY8120I，引脚4为使能引脚，连接MCU的信号输出端。引脚5为电源电压输入端。经过芯片降压以及外接电路的稳压，输出满足电机驱动的直流电源VCC_MOTOR。

检测反馈电路中，端点TN_VHARV连接图4U1的引脚25，端点VCAPX2连接图4U1的引脚26。

如图6所示为本实用新型副锁部分的一种电路原理连接结构框图，U1为副锁控制芯片NY8A054E，引脚1连接电源管理模块的电源输出端，引脚2、3连接主锁MCU的控制信号输出端。引脚6、7为控制信号输出端，分别接芯片U2的引脚3、4。芯片U2的引脚5连接电源管理模块的电源输出端，引脚1、6为电源输出端，控制电机的顺向或逆向转动。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，包括主锁控制板（203），主锁控制板（203）连接有主锁电机（211），其特征在于，主锁控制板（203）包括NFC接口（205）和控制电路，NFC接口（205）外接有NFC天线板（202），NFC天线板（202）为多线圈组天线板。

2.根据权利要求1所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，所述的NFC天线板（202）包括能量采集部分和信息传输部分，能量采集部分包含有一组线圈，信息传输部分包含有二组线圈，能量采集部分的线圈绕制圈数大于信息传输部分。

3.根据权利要求2所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，所述的NFC接口（205）为适配NFC天线板（202）的接口电路。

4.根据权利要求1所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，所述的控制电路包括MCU（206）和能量管理模块（208），MCU（206）的电压输入端连接有整流模块（207）， MCU（206）的控制信号输出端连接有驱动桥（210），MCU（206）的电压输出端连接能量管理模块（208）的电压输入端，整流模块（207）的电压输入端连接NFC接口（205）的电压输出端。

5.根据权利要求4所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，所述能量管理模块（208）包括检测反馈电路和降压稳压电路，能量管理模块（208）的信号输出端连接MCU（206）的反馈信号接收端，能量管理模块（208）的电源储能端连接有储电电容（209），能量管理模块（208）的电压输出端连接驱动桥（210）的电源电压输入端。

6.根据权利要求4所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，所述MCU（206）为TN2115S1芯片，设有NFC通信接口，内置RAM和SPI。

7.根据权利要求1所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，NFC无源行李箱锁包括了主锁、一把或多把副锁，一个主锁控制板（203）连接有一个或多个副锁控制板（212），副锁控制板（212）连接一把或多把副锁。

8.根据权利要求7所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，副锁控制板（212）包括副锁MCU（213）和副锁驱动桥（214），副锁MCU（213）与主锁控制板（203）通过2芯导线电连接，通过SPI或者IIC进行通讯。

9.根据权利要求8所述的一种基于NFC的无源箱包电子锁装置，其特征在于，一副锁驱动桥（214）的电压输入端连接主锁控制板（203）的电压输出端。

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