TWI704276B

TWI704276B - 電子鎖

Info

Publication number: TWI704276B
Application number: TW108129853A
Authority: TW
Inventors: 鄭睿傑; 方君益; 林振銘; 吳致漢
Original assignee: 東隆五金工業股份有限公司
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-09-11
Also published as: TW202108862A

Abstract

一種電子鎖，包含電動鎖具機構、觸控面板及控制模組。觸控面板包括多個觸控電路，及屏蔽阻隔在該等觸控電路與電路基板參考地間的屏蔽電路。控制模組於掃描觸控面板時，會依序對每一觸控電路施加掃描訊號，對觸控電路與參考地間的自電容充電，並對屏蔽電路施加驅動訊號，對屏蔽電路與觸控電路間的互電容充電，且分析被掃描之該觸控電路的自電容與該互電容所產生的電訊號變化符合人體觸控條件時產生觸控訊號。透過觸控面板的結構設計及控制模組之掃描功能設計，使得本發明電子鎖可準確判斷是否被人體操作，而可在潮濕環境被正確操作使用。

Description

電子鎖

本發明是有關於一種鎖具，特別是指一種電子鎖。

由於電子鎖可不需使用傳統鑰匙進行開鎖與上鎖，可有效避免出門忘記代鑰匙的窘境，再加上目前許多電子鎖都具備與家庭網路系統或行動裝置進行通訊的功能，所以絕大部分的新建案都已經採用電子鎖，其中，又以觸控式電子鎖更為大宗。目前許多觸控式電子鎖的輸入介面都是採用電容式觸控面板，除了觸控操作手感比較接近目前一般行動裝置的操作觸感外，也比較不容易損壞。

電容式觸控面板主要是透過感應觸控點和電路板參考地間的耦合電容變化，來判斷是否被觸控操作，由於人體主要是由水構成，而水具有很大的介電性，所以人體的接觸會造成前述耦合電容產生明顯變化。但目前許多電子鎖採用之電容式觸控面板結構設計都存在會被水誤觸發的問題，主要是因為這類電容式觸控面板設計時，為了降低周圍雜訊對於觸控點的干擾，會在各個觸控點周圍設置地線以進行屏蔽，但這樣的設計對於水滴的接觸也會產生近似人體接觸的反應，水滴接觸觸控點時，水滴除了會與觸控點產生容性耦合反應，也會與地線產生強烈容性耦合反應，此最終將導致觸控點與電路板參考地的耦合電容變大，使電容式觸控面板產生類似人體接觸操作時的反應訊號，電子鎖的控制電路會被此反應訊號觸發，而自休眠狀態切換至工作狀態，所以當電子鎖容易因為周圍環境濕度較高或被雨水沾附而被誤觸發喚醒，這會增加電子鎖的能耗，有時甚至會引發電子鎖誤作動。

因此，本發明的目的，即在提供一種可改善先前技術之至少一個缺點的電子鎖。

於是，本發明電子鎖，包含一個電動鎖具機構、一個可供觸碰操作的觸控面板，及一個可掃描分析該觸控面板被觸控結果以對應控制該電動鎖具機構作動的控制模組。該觸控面板包括一個電路基板、多個設置於該電路基板的觸控電路，及一個設置於該電路基板且圍繞該等觸控電路而用以屏蔽阻隔在該等觸控電路與該電路基板之參考地間的屏蔽電路。該控制模組可掃描分析該觸控面板被觸控結果以對應控制該電動鎖具機構作動，包括一個掃描控制單元，及一個鎖具控制單元。該掃描控制單元內建有多個針對該等觸控電路板在多種環境條件下被人體操作時所建立的人體觸控條件，且會於啟動一個工作模式時對該觸控面板執行多次掃描作業，於每一次掃描作業，會依序對每一個觸控電路施加一個掃描訊號，以對該觸控電路與該電路基板的參考地耦合產生的一個自電容充電，並對該屏蔽電路施加一個驅動訊號，以對該屏蔽電路與該觸控電路耦合產生的一個互電容充電，且於分析當前被施加該掃描訊號之該觸控電路的該自電容與該互電容所產生的電訊號變化符合其中一個人體觸控條件時，產生一個對應該觸控電路的觸控訊號，該鎖具控制單元會接收該掃描控制單元啟動該工作模式期間輸出多個觸控訊號以得到一個輸入密碼，且會於判斷該輸入密碼與其內建的一個正確密碼相符時，控制該電動鎖具機構作動。

本發明的功效在於：透過該觸控面板之該等觸控電路與該屏蔽電路的結構設計，以及該控制模組掃描該觸控面板的功能設計，使得本發明電子鎖可更為準確地判斷是否被人體觸控操作，而可在潮濕環境被正確操作使用。

在本發明被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2、3，本發明電子鎖的實施例，包含一個可被控制作動而在一個解鎖狀態與一個上鎖狀態間切換的電動鎖具機構3、一個用以供使用者觸控操作以輸入密碼的觸控面板4，及一個訊號連接該電動鎖具機構3與該觸控面板4的控制模組5。由於該電動鎖具機構3類型眾多，且非本發明之改良重點，因此不再詳述。

該觸控面板4為電容式觸控面板，包括一個電路基板41，及間隔設置於該電路基板41的多個觸控電路42與一個屏蔽電路43。該電路基板41具有相反的一個正面411與一個背面412。必須說明的是，實施時，該觸控面板4還會包括一個疊設在該電路基板41之該正面411且用以供人體接觸的絕緣材質的覆蓋層（圖未示），以及電容式觸控面板常見之其它一般構件，由於該等構件類型眾多且非本發明改良重點，因此以下將僅針對該等觸控電路42與該屏蔽電路43設計進行說明。

每一觸控電路42具有一個設置於該電路基板41之該正面411且用以感應人體觸碰之片狀的觸控點421，及一條設置於該電路基板41的背面412的觸控走線422，該觸控走線422是以其一端電連接該觸控點421，並自該觸控點421往外延伸，而以其遠離該觸控點421的一端電連接該控制模組5。由於使設置在該電路基板41兩相反面之該等觸控走線422與該等觸控點421電連接為習知技術，因此不再詳述。

該屏蔽電路43具有多個間隔設置於該電路基板41的該正面411之環狀的屏蔽環部431，及一個與該等屏蔽環部431電連接並設置在該電路基板41的該背面412的後屏蔽部432。該等屏蔽環部431是分別緊鄰圍繞該等觸控點421。該後屏蔽部432是相對覆蓋屏蔽於該等觸控點421背側，並屏蔽分布於該等觸控走線422長向兩側。藉由該屏蔽電路43之電路結構設計，可用以屏蔽該電路基板41參考地對該等觸控電路42的干擾。在本實施例中，該後屏蔽部432是呈網狀分布，但實施時不以此為限。由於使設置在該電路基板41兩相反面之該等屏蔽環部431與該後屏蔽部432電連接為習知技術，因此不再詳述。

該控制模組5包括一個掃描控制單元51與一個鎖具控制單元52。該掃描控制單元51內建有可切換啟動的一個休眠模式與一個工作模式，且內建有多個對應該等觸控電路42，並用以判斷該等觸控電路42是否被人體操作的人體觸控條件。該掃描控制單元51於啟動該休眠模式時，每間隔一預定時間會執行一次掃描動作，藉以判斷該觸控面板4是否有被操作，而於啟動該工作模式時，會重複執行該掃描動作多次，藉以判斷該觸控面板4的哪一個觸控點421被人體觸控操作。

該掃描控制單元51執行之該掃描動作有兩種實施態樣，分別說明如下。

實施態樣（一）：

該掃描控制單元51執行該掃描動作時，會依序掃描每一個觸控電路42，在對一個觸控電路42掃描時，會在不充電飽和的條件下，以一恆電流對該觸控電路42與該電路基板41的參考地耦合產生的一個自電容充電一預定時間，並對該屏蔽電路43施加一個驅動訊號，將該屏蔽電路43與該觸控電路42耦合產生的一個互電容充電至電壓高於該自電容之電壓。然後，在該觸控電路42被掃描期間，量測分析該自電容與該互電容之容值變化所產生的電訊號變化，並判斷該電訊號變化是否符合內建的其中一個人體觸控條件。如果判斷該電訊號變化符合對應之人體觸控條件時，則切換啟動該工作模式，如果判斷該電訊號變化與對應之人體觸控條件不符時，則繼續維持在該休眠模式。

當該掃描控制單元51切換啟動該工作模式，而開始重複執行該等掃描動作時，會於分析判斷其中一個觸控點421被人體操作時，產生一個對應該觸控點421的觸控訊號。

在本實施態樣（一）中，是對該屏蔽電路43施加一個方波驅動訊號，將該互電容接續充電至一個高於該自電容之充電電壓的高準位電壓（例如5V），及一個低於該自電容之充電電壓的低準位電壓（例如0V），並分析當前被掃描之該觸控電路42的該自電容被充電產生的該充電電壓，分別相對於該互電容之該高準位電壓與該低準位電壓的電壓差變化（即為所述電訊號變化），並於該電壓差變化符合一個人體觸控條件時，切換啟動該工作模式。

在對其中一個觸控電路42進行掃描時，在該觸控電路42之該觸控點421未被水接觸，也未被人體接觸的狀態下，該自電容與該互電容的容值會大致恆定，所以該自電容會被充電至一預定電位（例如4V）的充電電壓，量測分析該自電容之該充電電壓分別相對於該互電容之該高準位電壓（例如5V）與該低準位電壓（例如0V）的電壓差會分別維持在一個預定值，例如1V與4V。

當有水接觸被掃描之該觸控點421時，水會與該觸控電路42及該屏蔽電路43產生容性耦合，也會與該電路基板41之參考地產生容性耦合，這會造成該自電容變大，但水與電路基板41參考地間產生的耦合相對較弱（也就是阻抗較大）。在以恆電流對該自電容充電預定時間情況下，該自電容的該充電電壓會下降（例如下降至3V），則該互電容之高準位電壓與該低準位電壓分別相對於該充電電壓的電壓差會產生變化，例如變為2V與3V。

當有人體接觸被掃描之該觸控點421時，人體會與該觸控電路42及該屏蔽電路43產生容性耦合，也會與該電路基板41的參考地產生強烈耦合，且因為人體是一個接地大電容，人體的接觸會造成該自電容的增大幅度明顯大於水接觸時，且同時會在該互電容與電路基板41參考地間提供一個放電路徑，致使該互電容電壓降為0V。此時，在以恆電流對該自電容充電預定時間情況下，該自電容的該充電電壓會明顯下降（例如下降至1V），該自電容之該充電電壓會相對於該互電容之電壓差為1V。而當被掃描之觸控點421有水而又同時被人體觸控操作時，則會造成該自電容的容值變更大，進而使測得之該電訊號產生更大變化。

實施態樣（二）：

該掃描控制單元51執行該掃描動作時，會依序掃描每一個觸控電路42，會對當前要掃描之該觸控電路42施加一個掃描訊號，將該觸控電路42的該自電容充電至一個預定電壓，並對該屏蔽電路43施加一個驅動訊號，將該屏蔽電路43的該互電容充電至與該自電容等電壓。然後，在該觸控電路42被掃描期間，量測分析該自動容與該互電容之容值變化所產生的電訊號變化，並判斷該電訊號變化是否符合內建的其中一個人體觸控條件。如果判斷該電訊號變化符合對應之人體觸控條件時，則切換啟動該工作模式，如果判斷該電訊號變化與對應之人體觸控條件不符時，則繼續維持在該休眠模式。所述電訊號變化例如但不限於該掃描訊號對該自電容充電至該預定電壓所施加的電荷量。

在實施態樣（二）中，在對其中一個觸控電路42進行掃描時，在該觸控電路42之該觸控點421未被水接觸，也未被人體接觸的狀態下，該自電容與該互電容的容值會大致恆定，所以量測分析該自電容與該互電容所得到的電訊號會維持在一個預定值的微小變化範圍內。

當有水接觸被掃描之該觸控點421時，水會與該觸控電路42及該屏蔽電路43產生容性耦合，也會與該電路基板41之參考地產生容性耦合，這會造成該自電容與該互電容的容值變大，但水與電路基板41參考地間產生的耦合相對較弱（也就是阻抗較大），此時，該互電容會經由水與該觸控電路42間的容性耦合電路填補該自電容在該掃描訊號條件下被充電至該預定電位時，因為容值變大所產生的電荷不足，所以該掃描控制單元51對該自電容充電所提供的電荷量（電能）僅會因為該自電容的容值變大而產生些微變化，致使分析該自電容與該互電容所得到之該電訊號僅會相對於無水與無人接觸時產生微小變化。

當有人體接觸被掃描之該觸控點421時，人體會與該觸控電路42及該屏蔽電路43產生容性耦合，也會與該電路基板41的參考地產生強烈耦合，且因為人體是一個接地大電容，人體的接觸會造成該自電容明顯增大，同時會在該互電容與電路基板41參考地間提供一個放電路徑，此時，該互電容無法再對該自電容提供電荷，而該掃描控制單元51需輸出更多電荷（電能）以對該自電容充電，此時量測分析該自電容與該互電容所得到之電訊號變化會明顯不同於水接觸時的狀態。而當被掃描之觸控點421有水而又同時被人體觸控操作時，則會造成該自電容的容值變更大，進而使測得之該電訊號產生更大變化。

透過上述兩種實施態樣，預先分析建立各個觸控電路42分別在水接觸、人體接觸，以及有水又被人體接觸等情況下對應產生的該電訊號變化，並據此建立該等人體觸控條件，就可使該掃描控制單元51根據該等人體觸控條件來判斷當前掃描之該觸控電路42是否是被人體觸控操作，且僅會在判斷是人體觸控接觸的情況下，才會切換啟動該工作模式，進而可摒除水接觸該觸控面板4所產生的誤觸發問題。

該鎖具控制單元52可供預先設定一個或多個正確密碼組，且會在該掃描控制單元51啟動該工作模式時，接收該掃描控制單元51在一預定時間內所產生的多個觸控訊號以建立一個輸入密碼組，且會於判斷該輸入密碼組與其中一個正確密碼組相符時，控制該電動鎖具機構3作動，例如控制該電動鎖具機構3上鎖或解鎖。

綜上所述，透過該觸控面板4之該等觸控電路42與該屏蔽電路43的結構設計，以及該控制模組5之該掃描控制單元51掃描該觸控面板4的功能設計，使得本發明電子鎖使用時，該控制模組5可更為準確地判斷該觸控面板4是否被人體觸控操作，確實可改善習知電子鎖會被水誤觸發而自該休眠狀態切換至該工作狀態的問題，也可使該電子鎖可在潮濕環境被正常操作使用，是一種相當創新的電子鎖設計，可大幅提高電子鎖的品質。因此，確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

3:電動鎖具機構 4:觸控面板 41:電路基板 411:正面 412:背面 42:觸控電路 421:觸控點 422:觸控走線 43:屏蔽電路 431:屏蔽環部 432:後屏蔽部 5:控制模組 51:掃描控制單元 52:鎖具控制單元

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，示意說明本發明電子鎖的一實施例的一個觸控面板的正面之電路配置；圖2是一示意圖，示意說明該實施例之該觸控面板的背面之電路配置；及圖3是該實施例的功能方塊圖。

3:電動鎖具機構

4:觸控面板

5:控制模組

51:掃描控制單元

52:鎖具控制單元

Claims

一種電子鎖，包含：一個電動鎖具機構；一個觸控面板，可供觸碰操作，包括一個電路基板、多個設置於該電路基板的觸控電路，及一個設置於該電路基板且圍繞該等觸控電路而用以屏蔽阻隔在該等觸控電路與該電路基板之參考地間的屏蔽電路；及一個控制模組，可掃描分析該觸控面板被觸控結果以對應控制該電動鎖具機構作動，包括一個掃描控制單元，及一個鎖具控制單元，該掃描控制單元內建有多個針對該等觸控電路在多種環境條件下被人體操作時所建立的人體觸控條件，且會於啟動一個工作模式時對該觸控面板執行多次掃描作業，於每一次掃描作業，會依序對每一個觸控電路施加一個掃描訊號，以對該觸控電路與該電路基板的參考地耦合產生的一個自電容充電，並對該屏蔽電路施加一個驅動訊號，以對該屏蔽電路與該觸控電路耦合產生的一個互電容充電，且分析當前被施加該掃描訊號之該觸控電路的該自電容與該互電容所產生的電訊號變化符合其中一個人體觸控條件時，產生一個對應該觸控電路的觸控訊號，該鎖具控制單元會接收該掃描控制單元啟動該工作模式期間輸出多個觸控訊號以得到一個輸入密碼，且會於判斷該輸入密碼與其內建的一個正確密碼相符時，控制該電動鎖具機構作動。
如請求項1所述的電子鎖，其中，該掃描控制單元於執行該掃描作業時，是以該掃描訊號將被掃描之該觸控電路的該自電容充電至一個預定電壓，並以該驅動訊號將該互電容充電至與該自電容等電壓，並會量測分析當前被施加該掃描訊號之該觸控電路的該自電容與該互電容相配合產生的電訊號變化符合一個人體觸控條件時，產生對應該觸控電路的該觸控訊號。
如請求項1所述的電子鎖，其中，該掃描控制單元於執行該掃描作業時，會在不充電飽和條件下以恆電流型態之該掃描訊號對被掃描之每一個觸控電路的該自電容充電一預定時間，並以方波形態的該驅動訊號將該互電容充電至一個高準位電壓與一個低準位電壓，且分析當前被掃描之該觸控電路的該自電容被充電產生的一個充電電壓，相對於該高準位電壓與該低準位電壓的電壓差以得到該電訊號變化，並於該電訊號變化符合其中一人體觸控條件時，產生對應該觸控電路的該觸控訊號。
如請求項1、2或3所述的電子鎖，其中，該掃描控制單元具有可切換啟動的該工作模式與一個休眠模式，於啟動該休眠模式時，會間隔一預定時間執行一次該掃描動作，會依序對每一個觸控電路施加該掃描訊號以對該自電容充電，並對該屏蔽電路施加該驅動訊號以對該互電容充電，且會於分析當前被施加該掃描訊號之該觸控電路的該自電容與該互電容所產生的電訊號變化符合其中一個人體觸控條件時，自該休眠模式切換至該工作模式。
如請求項1、2或3所述的電子鎖，其中，該電路基板具有相背之一個正面與一個背面，每一觸控電路具有一個設置於該正面且用以感測人體觸碰的觸控點，及一個設置於該背面且電連接該觸控點與該控制模組的觸控走線，該屏蔽電路具有多個設置在該電路基板的該正面且分別環繞該等觸控點的屏蔽環部，及一個與該等屏蔽環部電連接並設置在該電路基板的該背面的後屏蔽部，且該後屏蔽部是相對覆蓋屏蔽於該等觸控點背側，並屏蔽分布於該等觸控走線長向兩側。
如請求項5所述的電子鎖，其中，該後屏蔽部是呈網狀分布。