DE10312257A1 - Wireless mechatronic access control and building monitoring system has electronic and mechatronic system components reduced in size to enable integration into dimensions of standard components - Google Patents

Wireless mechatronic access control and building monitoring system has electronic and mechatronic system components reduced in size to enable integration into dimensions of standard components Download PDF

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Abstract

The system has electronic and mechatronic system components that are reduced in size to such an extent that they can be integrated into the dimensions of standard components. A lock cylinder (a) achieves unlocking by an electromagnetically (c) triggered extension of a magnetostrictive metal to move locking pins (e) contactlessly arranged in a counteracting magnetic field.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schließzylinder mit einem magnetostriktiven Kupplungs-System welcher eine flexibel zu programmierende Schließanlage bzw. eine Zutrittskontrolle bilden kann.The invention relates to a lock cylinder a magnetostrictive coupling system which is flexible too programming locking system or can form an access control.

Das System wird von einem zentralen PC, bzw. Laptop mittels einer genormten Einsteckkarte gesteuert. Die Einsteckkarte enthält ein Sende-/Empfangs-Modul, welches ein lokales . Funknetz generiert. Dieses Funknetz kann auf sämtlichen behördlich zugelassenen Frequenzen arbeiten. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist eine Sendefrequenz im Bereich 433 MHz, welche eine bi-direktionale Kommunikation erlauben würde.The system is managed by a central PC or laptop controlled using a standardized plug-in card. The plug-in card contains a send / receive module, which is a local. Radio network generated. This radio network can be used on all official approved frequencies work. An advantageous embodiment is a transmission frequency in the 433 MHz range, which is a bi-directional Communication would allow.

Das lokale Funknetz steuert die Schließzylinder. Die Schließzylinder sind in der äußeren Bauform identisch mit der einschlägigen DIN-Norm. Sowohl Schließzylinder wie auch ergänzende Sensoren sind netzunabhängig ausgeführt und mit einer Batterie ausgestattet.The local radio network controls the locking cylinders. The locking cylinders are identical in the outer design with the relevant DIN standard. Both locking cylinders as well as complementary Sensors are independent of the network accomplished and equipped with a battery.

Jeder Schließzylinder und jeder Sensor beinhaltet ein T/R-Modul, welches mit dem zentralen T/R-Modul in eine bi-direktionale Funkverbindung treten kann. Diese Funkverbindung erlaubt beim Schließzylinder das Übertragen und Aktualisieren von Zutrittsberechtigungen, das Abfragen, bzw. Übermitteln von Zutrittsprotokollen, das Übermitteln von Serviceinformationen (z.B. Batterieladezustand) sowie weiterer Protokolle (z.B. erfolglose Öffnungsversuche einzelner nicht berechtigter Schlüsselträger).Every locking cylinder and every sensor includes a T / R module, which is connected to the central T / R module in a bi-directional radio connection can occur. This radio link allowed for the lock cylinder the transfer and updating access authorizations, querying or transmitting of access protocols, the transmission of Service information (e.g. battery charge status) and other protocols (e.g. unsuccessful opening attempts individual unauthorized key holder).

Der Funkverkehr ist vorteilhafterweise so zu organisieren, daß die jeweiligen Komponenten nicht permanent senden und empfangen, sondern vielmehr anlassbezogen kommunizieren und/oder in regelmäßigen zeitlichen definierten Routinen Daten austauschen. Ebenso ist ein sogenannter „Weckruf" denkbar, welches die dezentralen Komponenten aus einem „Sleep-Modus" aufweckt.The radio traffic is advantageous to be organized so that the not send and receive the respective components permanently, but rather communicate on a case-by-case basis and / or at regular times exchange defined routines. A so-called "wake-up call" is also conceivable wakes up the decentralized components from a "sleep mode".

Der Schließzylinder beinhaltet – neben dem T/R-Modul, welches im wesentlichen der komfortablen und zeitnahen „Fernwartung" des Systems von einem zentralen PC oder Laptop aus, dient – einen energiearmen und hochpräzisen magnetostriktiven Verriegelungsmechanismus. Dieser Verriegelungsmechanismus blockiert die Rotation des innenliegenden Zylinderkörpers und damit den Verriegelungsvorgang der „Schließnase", die nach DIN-Norm in der Mitte des Zylinder angebracht ist.The lock cylinder includes - besides the T / R module, which is essentially the convenient and timely "remote maintenance" of the system from one central PC or laptop, serves - a low-energy and high-precision magnetostrictive locking mechanism. This locking mechanism blocks the rotation of the inside cylinder body and thus the locking process of the "locking lug", which is in the middle of the DIN standard Cylinder is attached.

Der Verriegelungsmechanismus basiert auf eine Reihe von metallischen Stiften, die aus dem Zylinderkorpus in den innenliegenden Rotationszylinder hineinragen und dort in dafür vorgesehene Öffnungen stoßen. Die Stifte sind stehend angeordnet, d.h. die Bohrungen in denen sich dieses Stifte frei verschieben können reichen vom Boden des Gehäuses bis zu den Durchbrüchen für den Rotationszylinder. Die Bohrungen sind am unteren Ende mit Permanentmagneten verschlossen die gegenüber den Stiften auf magnetische Abstoßung gepolt sind, so daß die Stifte über den Magneten in ihren Bohrungen „schweben". Eine vorteilhafte Ausführung lässt die Stifte ca. 1 bis 2 mm über dem Magneten schweben.The locking mechanism is based on a series of metallic pins emerging from the cylinder body protrude into the inner rotating cylinder and there into openings provided for this purpose bump. The pins are arranged upright, i.e. the holes in those these pens can move freely from the bottom of the Housing up to the breakthroughs for the Rotary cylinder. The holes are at the bottom with permanent magnets closed the opposite the pins are poled for magnetic repulsion so that the pins over the Magnets "float" in their holes. An advantageous one execution leaves the pens approx. 1 to 2 mm above float the magnet.

Im Inneren des Rotationszylinders befindet sich über jedem Sperrstift ein Elektromagnet, welcher in der Mitte von einem magnetostriktiven Element (MSM) „durchbohrt" ist. Bei Bestromung verlängert sich das MSM-Element durch die damit erzeugte Feldveränderung, und drückt den Sperrstift gegen das entgegengesetzt wirkende Magnetfeld nach unten aus den Öffnungen des Rotationszylinders heraus, so daß der Rotationszylinder frei drehen kann. Nach Abschaltung der Bestromung rastet der Stift wieder in die Öffnung des Rotationszylinders ein, sobald dieser in die entsprechende Position über dem Stift gedreht wird.Inside the rotating cylinder is located above each locking pin an electromagnet, which is in the middle of one magnetostrictive element (MSM) is "pierced". When energized extended the MSM element due to the field change generated with it, and presses the locking pin against the opposing magnetic field below from the openings out of the rotating cylinder so that the rotating cylinder is free can turn. After switching off the power, the pin snaps back into place into the opening of the rotary cylinder as soon as it is in the appropriate position above the pin is rotated.

Dieser Verriegelungsmechanismus erlaubt im Gegensatz zu anderen elektronischen Verschluß- und Kupplungssystemen die weitgehende Beibehaltung der gängigen Bauformen und damit eine hohe Integrationsdichte der mechatronischen Komponenten.This locking mechanism allows in Contrary to other electronic locking and coupling systems largely maintaining the current Designs and thus a high integration density of the mechatronic Components.

Die Prüfung von berechtigten Schlüsseln erfolgt elektronisch. Hierzu ist in der Spitze des Rotationszylinders ein Spalt eingebracht, welcher über den Querschnitt des Zylinders verläuft. In Inneren dieses Spalts ist eine elektronische Leseeinheit platziert, welche kontaktlos einen Mikrochip, der an der Spitze eines mechanischen Schlüssels platziert ist, auslesen kann. Eine vorteilhafte Ausführung dieser Leseeinheit koppelt sowohl die Stromversorgung wie auch die Datenübermittlung zwischen Zylinder und Schlüssel kapazitiv über zwei sich mit geringem Abstand gegenüberliegende Metallplättchen. Die Drehung des Rotationszylinders erfolgt über den Kraftschluß zwischen mechanischem Schlüssel und Spalt des Rotationsylinders in den er manuell eingeführt wird.Authorized keys are checked electronically. For this there is a in the tip of the rotating cylinder Introduced gap, which over the cross section of the cylinder runs. Inside that gap an electronic reading unit is placed, which is contactless a microchip placed at the top of a mechanical key is, can read out. An advantageous embodiment of this reading unit couples both the power supply and the data transfer between cylinders and key capacitive about two metal plates facing each other at a short distance. The rotation of the rotating cylinder takes place via the frictional connection between mechanical key and gap of the rotary cylinder into which it is inserted manually.

Für erhöhte Sicherheitsanforderungen kann auf dem mechanischem Schlüssel eine Leseeinheit für biometrische Identifikationsmerkmale aufgebracht werden, die den Träger des Schlüssels zusätzlich authentisiert.For increased Security requirements can be found on the mechanical key Reading unit for biometric identification features are applied that the carrier of the key additionally authenticated.

Das drahtlose Zutrittskontroll- und Gebäudeüberwachungssystem besteht demnach aus drei aufeinander abgestimmten Komponenten: The wireless access control and Building monitoring system therefore consists of three coordinated components:

Komponente 1 : Zentrales Funkmodul und System-SoftwareComponent 1: Central Radio module and system software

Das System organisiert sich über eine zentrale Einsteck-Karte in Norm-Maßen, welche in handelsübliche Laptops eingesetzt werden kann. Für stationäre PCs kann diese Karte in einen entsprechenden genormten Adapter eingesetzt werden.The system is organized via a Central plug-in card in standard dimensions, which can be found in standard laptops can be used. For stationary PCs can this card inserted in a corresponding standardized adapter become.

Zur Systemverwaltung und -installation wird dem Benutzer ein auf den handelsüblichen Betriebssystemen zu installierende System-Software in Form einer CD geliefert.For system administration and installation becomes the user on the commercially available operating systems installing system software supplied in the form of a CD.

Komponente 2: Schließzylinder und SchlüsselschalterComponent 2: Lock cylinder and key switch

Der Schließzylinder, der in nahezu allen handelsüblichen Baulängen geliefert werden kann, steht über ein Funknetz mit dem Systemverwalter in Verbindung und kann jederzeit hinsichtlich Zutrittsberechtigten, Zeitzonen, Zugangslisten und Wartungsdaten sowie weiterer Protokolle ferngesteuert werden. Identische Funktionalitäten besitzt ein Schlüsselschalter, der in Ergänzung zum Schließzylinder elektrische Antriebe oder Kontakte schalten kann. Eine weitere Variante ist ein verkürzter Schließzylinder für Briefkästen oder Garderobenschränke, der sich hinsichtlich der Baulänge und der Platzierung von T/R-Modul und Batterie unterscheidet.The locking cylinder, which in almost all commercial lengths can be delivered is over a radio network in connection with the system administrator and can be used at any time with regard to authorized users, time zones, access lists and Maintenance data and other protocols can be controlled remotely. identical functionalities has a key switch, the one in addition to the locking cylinder electrical Can switch drives or contacts. Another variant is a shortened lock cylinder for mailboxes or Lockers, which is in terms of overall length and the placement of the T / R module and battery.

Der Schließzylinder sperrt und entsperrt die Schließnase über die elektromagnetische Verlängerung von MSM-Elementen die Sperrstifte verdrängen, die wiederum berührungslos über entgegengesetzt wirkenden Permanentmagneten „schweben".The locking cylinder locks and unlocks the locking lug over the electromagnetic extension MSM elements displace the locking pins, which in turn are contactless via opposite permanent magnets "float".

Eine Authentisierung der Schlüssel erfolgt elektronisch über die kontaktlose Auslesung eines Mikroprozessors, welcher sich an der Spitze eines mechanischen Schlüssels befindet. Das Drehen des Rotationskörpers im Schließzylinder erfolgt über Kraftschluß zwischen dem Schlüsselbart und dem Formspalt des Rotationszylinders. Ein vorteilhafte Ausführung erlaubt das beidseitige Schließen, d.h. eine Schlüsselprüfung auch an der Innenseite der Tür.The keys are authenticated electronically via the contactless reading of a microprocessor, which is located on the Tip of a mechanical key located. The rotating body in the lock cylinder takes place via frictional connection between the key beard and the form gap of the rotary cylinder. An advantageous execution allowed closing on both sides, i.e. a key exam too on the inside of the door.

Komponente 3: Schlüssel und Biometrisch-gesicherter SchlüsselComponent 3: keys and Biometric secured key

Die Authentisierung eines Schlüssels erfolgt über eine aufwendige Verschlüsselungstechnik, bei der sich Schließzylinder und Schlüssel gegenseitig mathematische „Fragen" stellen, die richtig beantwortet werden müssen. Der Verschlüsselungscode wird zu keinem Zeitpunkt offen ausgetauscht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Systems nutzt das bekannte Kodierverfahren „Challenge/Response". Für erhöhte Sicherheitsanforderungen kann der Schlüssel mit einem biometrischen Erkennungssystem für den jeweiligen berechtigten Träger des Schlüssels ausgestattet werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung nutzt einen Fingerabdrucksensor der mit dem Authentisierungs-Prozessor verknüpft ist und über eine aktive Stromversorgung (Batterie) oder eine passive Stromversorgung (Einkopplung über den Schließzylinder) verfügt.A key is authenticated using a complex encryption technology, at which lock cylinder and key ask each other mathematical "questions" that are correct have to be answered. The encryption key is never exchanged openly. An advantageous embodiment of the system uses the well-known "Challenge / Response" coding method. For increased security requirements can be the key with a biometric recognition system for the respective authorized carrier of the key become. An advantageous embodiment uses a fingerprint sensor which is linked to the authentication processor and via an active one Power supply (battery) or a passive power supply (coupling via the Lock cylinder) features.

Alle drei Komponenten sind aufeinander abgestimmt, so das sie ein optimales Ergebnis mit hohem Komfort und gleichzeitig größtmöglicher Manipulationssicherheit für den Systembetreiber gewährleisten.All three components are on top of each other matched so that you get an optimal result with high comfort and at the same time the largest possible Tamper protection for guarantee the system operator.

Die heute verwendeten Schließanlagen und Zutrittskontroll-Systeme sind für den Betreiber aus mehreren Gründen nachteilig:
Mechanische Schließanlagen sind zum einen nicht manipulationssicher, zum anderen sehr unflexibel, wenn beispielsweise wegen eines Schlüsselverlustes eine Zutrittsberechtigung geändert werden muß. Elektronische Systeme sind entweder nicht normgerecht, d.h. sie erfordern aufwendige Umbaumaßnahmen an der Bausubstanz oder sie verfügen über keine wirtschaftlich akzeptable „Remote"-Funktion, d.h. eine komfortable und schnelle System-Administration von einem zentralen PC aus. Werden weitere Systemanforderungen gestellt, etwa die Kontrolle von Schließzuständen für Fenster und Türen so stoßen diese Systeme schnell an ihre Grenzen.The locking systems and access control systems used today are disadvantageous for the operator for several reasons:
Mechanical locking systems are on the one hand not tamper-proof, and on the other hand very inflexible if, for example, an access authorization has to be changed because of a key loss. Electronic systems are either not in compliance with the standards, ie they require extensive renovation work on the building structure, or they do not have an economically acceptable "remote" function, ie, convenient and fast system administration from a central PC. Additional system requirements, such as control, are made closed states for windows and doors, these systems quickly reach their limits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angesprochenen Probleme zu lösen.The invention is based, which to solve the problems addressed.

Dies geschieht dadurch, daß das System mit einem weitreichenden, aber gleichzeitig energiesparend betriebenen Funknetz verbunden wird und in den Schließzylindern sehr platzsparende und energiearme MSM-Kupplungen eingebaut werden, die eine Beibehaltung der DIN-Abmessungen erlauben. Schließzylinder und Schlüssel benötigen keine Verbindung zum Stromnetz und auch keine weitere Verkabelung zur System-Administrator.This happens because the system with a far-reaching, but at the same time operated energy-saving Radio network is connected and very space-saving in the locking cylinders and low-energy MSM couplings are installed, which is a retention allow the DIN dimensions. Lock cylinders and keys do not need any Connection to the mains and no further cabling to the System administrator.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des drahtlosen Zutrittskontroll- und Gebäudeüberwachungssystems erläutert.In the drawing is an embodiment of the wireless access control and building surveillance system explained.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Auslegung des Schließzylinders mit einem magnetostriktiven Kupplungselement.

  • – Schließzylinder (a)
  • – Schlüssel (b)
  • – Elektromagnet (c)
  • – MSM-Material (d)
  • – Sperrstift (e)
  • – Stromversorgung (f)
  • – T/R-Modul (g)
1 shows an embodiment of the design of the lock cylinder with a magnetostrictive coupling element.
  • - lock cylinder (a)
  • - key (b)
  • - electromagnet (c)
  • - MSM material (d)
  • - locking pin (s)
  • - power supply
  • - T / R module (g)

Claims (3)

Drahtloses mechatronisches Zutrittskontroll- und Gebäudeüberwachungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen und mechatronischen Systemkomponenten so stark verkleinert werden, daß sie in die Abmessungen von genormten Bauelementen integriert werden können.Wireless mechatronic access control and building monitoring system, characterized in that the electronic and mechatronic system components are reduced so much that they can be integrated into the dimensions of standardized components. Drahtloses mechatronisches Zutrittskontroll- und Gebäudeüberwachungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließzylinder eine Entriegelung durch die elektromagnetisch ausgelöste Verlängerung eines magnetostriktiven Metalls zum Verschieben von Sperrstiften bewerkstelligt, welche selbst wiederum auf einem gegengerichtetem magnetischem Feld berührungslos angeordnet sind.Wireless mechatronic access control and Building monitoring system characterized in that the lock cylinder unlocking by the electromagnetically triggered extension a magnetostrictive metal for moving locking pins accomplished, which in turn on a counter-direction magnetic field without contact are arranged. Drahtloses mechatronisches Zutrittskontroll- und Gebäudeüberwachungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüssel vorn Schließzylinder mittels einer berührunglosen kapazitive Einkopplung von elektrischen Signalen authentisiert wird, welche in Folge zwei gegenüberstehenden Mikroprozessoren den Austausch von kryptografischen Protokollen ermöglicht.Wireless mechatronic access control and building monitoring system, characterized in that the key in front of the locking cylinder by means of a contactless capacitive coupling is authenticated by electrical signals, which in turn enables two opposing microprocessors to exchange cryptographic protocols.
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