PL236117B1 - Sposób wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka oraz urządzenie do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka oraz urządzenie do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka.

Zamykanie drzwi na klucz jest istotnym zabezpieczeniem mienia przed dostępem niepożądanych osób. Jednak czynność przekręcania klucza w drzwiach, często, z biegiem czasu, staję się czynnością rutynową, o której wykonaniu zapomina się. Czasem po pewnym czasie od zamknięcia drzwi na klucz użytkownik nie może sobie przypomnieć czy rzeczywiście zamknął drzwi. Ponadto, co gorsze, czasem użytkownik zapomina zamknąć drzwi na klucz i nie jest tego świadomy.

Istnieją sposoby ułatwiające zapamiętanie faktu przekręcenia klucza w zamku. Jednym z nich jest zastosowanie mechanicznego sygnalizatora stanu zamknięcia zamka, w postaci dwukolorowej płytki, w którym w zależności od stanu zamknięcia zamka widoczna jest tylko jedna część płytki (z jednym kolorem) symbolizująca aktualny stan zamknięcia.

Znane są też zamki wyposażone w układy elektroniczne sygnalizujące stan zamknięcia zamka lub zmianę stanu zamknięcia zamka, poprzez emisję sygnału dźwiękowego lub świetlnego.

Bardziej zaawansowane techniki sterowania umożliwiają zdalne kontrolowanie stanu zamknięcia zamka, jak również zdalne sterowanie zamkiem.

Przykładowo, europejskie zgłoszenie patentowe EP3055471A1 przedstawia układ elektroniczny do zamka, zawierający źródło zasilania, silnik oraz układ komunikacyjny z anteną do odbierania bezprzewodowego sygnału do zamknięcia lub otwarcia zamka. W zależności od odebranego sygnału, silnik obraca się w lewo lub w prawo powodując zamknięcie lub otwarcie zamka.

Jednak w każdym z przedstawionych przypadków, konieczne jest doposażenie zamka w specjalny mechanizm lub urządzenie, umożliwiające kontrolę stanu zamknięcia zamka.

Istnieją również rozwiązania, polegające na przymocowaniu do klucza urządzenia wykrywającego jego obrót. Często jednak nie zapewniają one wiarygodnej informacji dotyczącej zmiany stanu zamknięcia zamka, przykładowo ze względu na fałszywe wskazania spowodowane przekręceniem się klucza poza zamkiem (na przykład w kieszeni, lub podczas przenoszenia klucza w ręku).

Celowym byłoby opracowanie sposobu oraz urządzenia do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka, które pozwalałyby na wykrycie zmiany stanu zamknięcia zamka bez potrzeby ingerencji w konstrukcję zamka oraz bez potrzeby instalowania dodatkowych elementów przy zamku.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka charakteryzujący się tym, że za pomocą urządzenia połączonego z kluczem mierzy się zmianę położenia klucza w trzech osiach (x, y, z) i stwierdza się zmianę stanu zamknięcia zamka, jeśli zmierzona zmiana położenia klucza wskazuje na to, że w pierwszej osi (x) nastąpił obrót klucza o kąt równy co najmniej określonej pierwszorzędnej wartości progowej, a jednocześnie w pozostałych dwóch osiach (y, z) kąt obrotu klucza był mniejszy od określonej drugorzędnej wartości progowej.

Korzystnie, pierwsza oś (x) pokrywa się z osią zamka a osie (y, z) są prostopadłe do pierwszej osi (x) i są prostopadłe względem siebie.

Korzystnie, wartość obrotu klucza oblicza się na podstawie wariancji względem średniej wartości obrotu klucza w danym okresie pomiaru (t).

Korzystnie, okres pomiaru (t) wynosi od 0.5 do 2 s.

Korzystnie, pierwszorzędna wartość progowa wynosi co najmniej 90°.

Korzystnie, wartości progowe ustala się w wyniku kalibracji urządzenia dla danego zamka.

Korzystnie, po wykryciu zmiany stanu zamknięcia zamka nawiązuje się połączenie z najbliższym względem urządzenia bezprzewodowym znacznikiem zamka, ustala się zamek powiązany z danym znacznikiem i zapisuje się w bazie danych informację o stanie zamknięcia zamka powiązanego z danym znacznikiem.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto urządzenie do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka, zawierające: nasadkę na klucz; zintegrowany z nasadką trzyosiowy czujnik obrotu; oraz analizator sygnałów przystosowany do odbioru sygnałów z czujnika i sygnalizowania zmiany stanu zamknięcia zamka jeśli sygnały z czujnika wskazują na to, że w pierwszej osi (x) nastąpił obrót klucza o kąt równy co najmniej określonej pierwszorzędnej wartości progowej, a jednocześnie w pozostałych dwóch osiach (y, z) kąt obrotu klucza był mniejszy od określonej drugorzędnej wartości progowej.

Korzystnie, trzyosiowy czujnik inercyjny jest trzyosiowym żyroskopem.

Korzystnie, trzyosiowy czujnik inercyjny jest trzyosiowym akcelerometrem.

PL236 117 B1

Korzystnie, trzyosiowy czujnik inercyjny zawiera trzyosiowy żyroskop oraz trzyosiowy akcelerometr.

Korzystnie, urządzenie zawiera przełącznik wzbudzający do aktywowania analizatora sygnałów.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia urządzenie, w formie nasadki na klucz, do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka;

Fig. 2 przedstawia przykładowy przełącznik aktywujący oraz przykładowe obrotowe mocowanie klucza;

Fig. 3 przedstawia schemat blokowy urządzenia;

Fig. 4 przedstawia schemat blokowy sposobu wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka;

Fig. 5 przedstawia schemat blokowy sposobu wykrywania znacznika zamka oraz aktualizowania w bazie danych stanu zamknięcia zamka.

Fig. 1 przedstawia urządzenie, w formie nasadki na klucz, do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka. Nasadka 110 zawiera gniazdo 111, w którym obrotowo mocowany jest klucz 120. Klucz, w pozycji roboczej znajduje się zasadniczo w osi nasadki tak, że jego krzywka 121 znajduje się poza obrysem nasadki 110. Po zamknięciu/otwarciu zamka, klucz może być obrócony do pozycji, w której chowa się we wnęce 112 i nie wystaje poza obrys nasadki. Powrót klucza do pozycji roboczej jest inicjowany za pomocą przycisku zwalniającego 113, którego naciśnięcie powoduje także zainicjowanie przełącznika 114, który aktywuje urządzenie. Wewnątrz nasadki 110 znajduje się układ elektroniczny do wykrywania obrotu klucza 120 (wraz z nasadką 110) w trzech osiach x, y, z, oraz opcjonalnie głośnik sygnalizujący zdarzenia (np. zmianę stanu zamknięcia zamka) lub generujący sygnał ułatwiający odnalezienie klucza.

Fig. 2 przedstawia przykładowe obrotowe mocowanie 115 klucza w gnieździe 111 oraz przykładowy przełącznik aktywujący 114 znajdujący się wewnątrz nasadki. Obrót klucza powoduje, obracanie się mocowania 115, którego wypust inicjuje przełącznik aktywujący 114, gdy klucz jest w pozycji roboczej.

Fig. 3 przedstawia schemat blokowy urządzenia do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka. Urządzenie zawiera mikrokontroler z układem radiowym 210 umożliwiającym bezprzewodową komunikację z urządzeniami zewnętrznymi, czujnik inercyjny 220 wykrywający obrót klucza w poszczególnych osiach x, y, z, przełącznik 230/114 do aktywowania urządzenia, opcjonalnie głośnik 240 oraz źródło zasilania 250 (baterię). Mikrokontroler 210, będący analizatorem sygnałów, odbiera i analizuje sygnały z czujnika inercyjnego 220 dotyczące zmiany orientacji klucza w przestrzeni. Na podstawie tej analizy możliwe jest określenie o ile i w jakiej osi obrócił się klucz a po porównaniu tych danych z danymi wzorcowymi zapisanymi w pamięci mikrokontrolera 210, dotyczącymi charakterystyki danego zamka, możliwe jest określenie czy stan zamknięcia zamka się zmienił. Alternatywnie, po wysłaniu danych z czujnika inercyjnego 220 do urządzenia zewnętrznego, ich analiza może odbywać się za pomocą mikrokontrolera w danym urządzeniu zewnętrznym. Dane wzorcowe zamka są wprowadzane do urządzenia podczas kalibracji, w której podczas zamykania i otwierania zamka, zapisywane są wartości kątów obrotu klucza w poszczególnych osiach x, y, z. Dane wzorcowe zamka zawierają między innymi informację o ilości obrotów potrzebnych do zamknięcia i otworzenia zamka.

Czujnik inercyjny 220 jest układem składającym się z trzyosiowego akcelerometru oraz trzyosiowego żyroskopu. Akcelerometr wykorzystywany jest przede wszystkim do ustalenia pozycji początkowej klucza w zamku, tzn. tuż po włożeniu klucza do zamka. W tym momencie niezbędne jest ustalenie pozycji klucza względem ziemi. Po włożeniu klucza do zamka następuje ustalenie początkowych pozycji osi przed obrotem klucza. Dla zamka, do którego klucz wkłada się poziomo, jedna z osi będzie zgodna z kierunkiem wsuwania klucza do zamka, a podczas obracania klucza pozostanie cały czas zorientowana w tym samym kierunku. Pozostałe dwie osie będą rotować wokół osi obrotu. Żyroskop wykorzystywany jest przede wszystkim do rejestrowania ruchu względnego, tzn. po ustaleniu pozycji początkowej przez akcelerometr. Jest on kluczowy podczas dokładnego pomiaru kąta obrotu szczególnie, gdy klucz obracany jest stosunkowo szybko. W tej fazie wykorzystywane są jednak obydwa czujniki, ponieważ odpowiednia interpretacja sygnałów z obydwu czujników zapewnia największą dokładność.

Głośnik 240, przykładowo głośnik piezoelektryczny, może być zamontowany wewnątrz nasadki w części uformowanej w kształcie pierścienia dystansowego, z którą głośnik tworzy komorę rezonansową. Komora oraz otwór o odpowiedniej średnicy w obudowie nasadki mogą tworzyć układ dopasowania impedancji akustycznej, dzięki czemu możliwe jest wzmocnienie natężenia dźwięku w pewnym zakresie częstotliwości.

PL 236 117 B1

Fig. 4 przedstawia schemat blokowy sposobu wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka. W pierwszym kroku 301, podłącza się źródło zasilania do urządzenia. W kolejnym kroku 302, oczekuje się na aktywację urządzenia, które znajduje się w trybie oszczędzania energii). Następnie, w kroku 303 wybiera się tryb pracy urządzenia. Tryb pracy może być wybrany za pomocą urządzenia zewnętrznego. Jeśli wybrany został tryb kalibracji to w kroku 304, oczekuje się na umieszczenie klucza w zamku. Po tym jak klucz zostanie umieszczony w zamku, w kroku 305, oczekuje się na sekwencję zamknięcia zamka, podczas której mierzy się wartości kątów obrotu klucza w osiach x, y, z. Gotowość do przejścia do kolejnego kroku jest sygnalizowana przez użytkownika przykładowo za pomocą aplikacji zainstalowanej na urządzeniu zewnętrznym. W kolejnym kroku 306, oczekuje się na sekwencję otwarcia zamka, podczas której mierzy się wartości kątów obrotu klucza w osiach x, y, z. Sekwencje zamknięcia i otwarcia zamka stanowią dane wzorcowe zamka, względem których porównywane są wartości kątów obrotów klucza w trybie detekcji zmiany stanu zamknięcia zamka. W kroku 307, zapisuje się dane wzorcowe w pamięci mikrokontrolera, po czym proces przechodzi w tryb oczekiwania na aktywację (tryb oszczędzania energii) w kroku 302. Jeśli w kroku 303 zostanie wybrany tryb detekcji, to proces przechodzi do kroku 308, w którym mierzy się kąty obrotu klucza (czyli zmiany pozycji klucza w przestrzeni) w osiach x, y, z. Następnie, w kroku 309 poprzez porównanie pomierzonych kątów obrotu klucza z wartościami wzorcowymi, wykrywa się zmianę stanu zamknięcia zamka 309. Wykrycie zmiany stanu zamknięcia zamka następuje, gdy kąt obrotu klucza w jednej z osi, zwanej pierwszą osią, (przykładowo w osi x pokrywającej się z osią zamka) jest większy bądź równy zadanej pierwszorzędnej wartości progowej oraz gdy jednocześnie kąt obrotu klucza w pozostałych dwóch osiach y, z, które są prostopadłe do pierwszej osi i są prostopadłe względem siebie, jest mniejszy od drugorzędnej wartości progowej. Wartości progowe są określane i zapisywane w trybie kalibracji. Przykładowo, pierwszorzędna wartość progowa może być zaokrąglona do wartości wynoszącej 90°, 180°, 360°, 540° lub do 720°. Wartości kątów obrotu klucza mogą być obliczane na podstawie wariancji względem średniej wartości obrotu klucza w danym okresie pomiaru. Przy czym okres pomiaru może być równy od 0.5 s do 2 s. Jeśli zmiana stanu zamknięcia zamka została wykryta to w kroku 310 resetuje się licznik czasu nieaktywności urządzenia. Czas nieaktywności liczony jest od momentu aktywacji urządzenia i trwa przez określony czas lub do momentu wykrycia zmiany stanu zamknięcia zamka. Następnie, w kroku 311 wysyła się komunikat o zmianie stanu zamknięcia zamka do urządzenia zewnętrznego oraz (opcjonalnie, jeśli urządzenie wyposażone jest w głośnik i/lub diodę) wygenerować sygnał dźwiękowy i/lub świetlny na urządzeniu, po czym proces przechodzi do kroku 303, w którym oczekuje się na wybór trybu pracy. Jeśli w kroku 309 nie została wykryta zmiana stanu zamknięcia zamka to proces przechodzi do kroku 312, w którym sprawdza się czy czas nieaktywności urządzenia upłynął. Jeśli tak, to proces przechodzi do kroku 302, w którym urządzenie znajduje się w trybie oszczędzania energii i oczekuje na aktywację. Jeśli, w kroku 309, zmiana stanu zamknięcia zamka nie została wykryta oraz w kroku 312 czas nieaktywności urządzenia nie upłyną to proces przechodzi do kroku 303, w którym oczekuje się na wybór trybu pracy.

Fig. 5 przedstawia schemat blokowy sposobu wykrywania bezprzewodowego znacznika zamka oraz aktualizowania w bazie danych stanu zamknięcia zamka. Urządzenie może być zamocowane na kluczu, za pomocą którego możliwe jest otwieranie/zamykanie wielu zamków - tak zwany system klucza generalnego (master key system). Wówczas przy każdym zamku, do którego pasuje klucz, umieszczony może być bezprzewodowy znacznik zamka (przykładowo znacznik RFID przyklejony do drzwi lub umieszczony w drzwiach), który pozwala na zidentyfikowanie zamka, na którym następuje zmiana stanu zamknięcia zamka.

W pierwszym kroku 401 oczekuje się na zdarzenie z urządzenia, na przykład na aktywację urządzenia. W kroku 402 wykrywa się zmianę stanu zamknięcia zamka. Jeśli zmiana stanu zamknięcia zamka nie została wykryta to proces powraca do pierwszego kroku 401. Jeśli nastąpiła zmiana stanu zamknięcia zamka to w kroku 403, podejmuje się próbę nawiązania połączenia z bezprzewodowym znacznikiem zamka znajdującym się najbliżej urządzenia. W kroku 404 sprawdza się czy znacznik został wykryty. Jeśli nie to proces powraca do kroku 401. Jeśli znacznik zamka został wykryty, to proces przechodzi do kroku 405, w którym wyszukuje się w bazie danych identyfikator zamka przypisanego do danego znacznika. W bazie danych zawarte są informacje dotyczące wszystkich zamków użytkownika (np. stan zamknięcia zamka w powiązaniu z identyfikatorem zamka (określającym numer lub nazwę zamka)) wraz z przypisanymi do nich znacznikami. Znaczniki zamków mogą być przypisywane do wprowadzonych przez użytkownika zamków w trypie wykrywania znacznika na żądanie, w którym użytkownik znajdując się przy określonym zamku aktywuje tryb wykrywania znacznika, po czym urządzenie przypisuje identyfikator najbliższego znacznika (znacznika o najwyższej sile sygnału) do wybranego

PL236 117 B1 z bazy danych identyfikatora zamka. W kroku 406 sprawdza się czy w bazie danych istnieje zamek przypisany do danego identyfikatora znacznika. Jeśli nie to proces powraca do kroku 401. Jeśli odpowiadający zamek jest znaleziony w bazie danych to proces przechodzi do kroku 407, w którym sprawdza się czy znacznik czasu związany ze zmianą stanu zamknięcia zamka pokrywa się ze znacznikiem czasu zapisanym w bazie danych. Jeśli znacznik czasu dotyczący zdarzenia (zmiany stanu zamknięcia zamka), jest nowszy od znacznika czasu zapisanego dla danego zamka w bazie danych, to proces przechodzi do kroku 408, w którym stan zamknięcia zamka w bazie danych jest aktualizowany. Jeśli, w kroku 407 znacznik czasu nie jest nowszy to proces powraca do kroku pierwszego 401. W ostatnim kroku 409, wysyła się informację o zmianie stanu zamknięcia zamka do urządzenia zewnętrznego.

Dzięki wykonywaniu pomiarów obrotu klucza w trzech osiach i porównywaniu tych wartości z danymi wzorcowymi ustalonymi podczas trybu kalibracji, niniejszy sposób oraz urządzenie pozwala na wyeliminowanie błędnych wskazań zmiany stanu zamknięcia zamka, które zwykle są spowodowane przekręceniem się klucza poza gniazdem zamka. W szczególności dzięki obliczaniu wariancji dla dwóch osi prostopadłych do osi zamka, możliwe jest określenie czy klucz podczas obrotu wokół trzeciej osi znajdował się w zamku.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka znamienny tym, że za pomocą urządzenia połączonego z kluczem mierzy się zmianę położenia klucza w trzech osiach (x, y, z) i stwierdza się zmianę stanu zamknięcia zamka, jeśli zmierzona zmiana położenia klucza wskazuje na to, że w pierwszej osi (x) nastąpił obrót klucza o kąt równy co najmniej określonej pierwszorzędnej wartości progowej, a jednocześnie w pozostałych dwóch osiach (y, z) kąt obrotu klucza był mniejszy od określonej drugorzędnej wartości progowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza oś (x) pokrywa się z osią zamka a osie (y, z) są prostopadłe do pierwszej osi (x) i są prostopadłe względem siebie.
3. 3. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrz., znamienny tym, że wartość obrotu klucza oblicza się na podstawie wariancji względem średniej wartości obrotu klucza w danym okresie pomiaru (t).
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że okres pomiaru (t) wynosi od 0.5 do 2 s.
5. 5. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrz., znamienny tym, że pierwszorzędna wartość progowa wynosi co najmniej 90°.
6. 6. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrz., znamienny tym, że wartości progowe ustala się w wyniku kalibracji urządzenia dla danego zamka.
7. 7. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrz., znamienny tym, że po wykryciu zmiany stanu zamknięcia zamka nawiązuje się połączenie z najbliższym względem urządzenia bezprzewodowym znacznikiem zamka, ustala się zamek powiązany z danym znacznikiem i zapisuje się w bazie danych informację o stanie zamknięcia zamka powiązanego z danym znacznikiem.
8. 8. Urządzenie do wykrywania zmiany stanu zamknięcia zamka, znamienne tym, że zawiera: - nasadkę (110) na klucz;

   - zintegrowany z nasadką (110) trzyosiowy inercyjny czujnik obrotu (220); oraz

   - analizator (210) sygnałów przystosowany do odbioru sygnałów z czujnika (220) i sygnalizowania zmiany stanu zamknięcia zamka jeśli sygnały z czujnika (220) wskazują na to, że w pierwszej osi (x) nastąpił obrót klucza o kąt równy co najmniej określonej pierwszorzędnej wartości progowej, a jednocześnie w pozostałych dwóch osiach (y, z) kąt obrotu klucza był mniejszy od określonej drugorzędnej wartości progowej.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że trzyosiowy czujnik inercyjny (220) jest trzyosiowym żyroskopem.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że trzyosiowy czujnik inercyjny (220) jest trzyosiowym akcelerometrem.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że trzyosiowy czujnik inercyjny (220) zawiera trzyosiowy żyroskop oraz trzyosiowy akcelerometr.
12. 12. Urządzenie według dowolnego z zastrz. 8-11 znamienne tym, że zawiera przełącznik wzbudzający (230) do aktywowania analizatora sygnałów.