一种外卖锁的制作方法

本实用新型属于锁具领域，涉及到一种智能锁，特别涉及到一种快餐外卖使用的自动开关锁。

背景技术：

快餐外卖从2013年起迅速增长，逐渐形成数千亿级市场，一方面解决了消费者不能外出就餐而需要送餐上门的需求，另一方面又给餐饮企业带来了增量效益；外卖快递员把饭餐送到业主家里，饭菜还是热的，这对外卖送餐的时效性要求非常高，快递员在高峰期送餐时争分夺秒，就是为提高送餐效率。片面地追求效率，连外卖箱上的锁也省了，如果单送一家没有问题，但是连续送几家就存在相当大的安全隐患：（1）快餐被顺手牵羊；（2）故意破坏；（3）快餐被恶意放毒。第一种情况已经在现实中发生，外卖员上楼送餐时不可能把所有外卖食品都带着，必然把其他顾客所点的外卖食品留在箱子内，这些食品往往被他人顺手拿走，虽然食品价值不高，但对快递员的信誉和心情影响不小；第二种情况可能发生在外卖员之间的互相恶意竞争中，毕竟快递行业竞争愈来愈激烈，互相捣乱的事情不会是新闻；第三种情况虽未发生，但一旦发生将是恶性事故，留在楼下无人看守、没有上锁、盛有容易被下毒的食品的外卖箱给予个人报复社会或者实施恐怖袭击的行为都提供了巨大的便利，一旦发生将重创整个发展蓬勃的外卖行业，我国也不会长期允许食品行业在外卖存在如此严重的漏洞，必将很快制定法规以对外卖送餐安全标准进行完善。

外卖员重效率不重视安全的另一个不容忽视的原因是这种外卖保温箱是软体箱，不便于装锁和使用，通常这种外卖保温箱外面都有一层漂亮的、印有外卖公司名称的织物包装，里面是软的塑料保温层，目前尚没有合适的锁具可以用于保温箱；既然没有合适的锁具，加上开关锁很麻烦，抢时间的快递员当然不愿意使用锁。

从上所述，由于外卖行业的特点以及没有合适的锁具，加上目前对外卖食品安全的监管力度不够，导致目前外卖快递箱普遍没有锁，这使食品安全乃至社会安全存在一个潜在的巨大漏洞，有鉴于此，我们提出一种新式智能锁，主要用于快餐外卖行业使用的外卖箱。

技术实现要素：

针对外卖箱现存的潜在安全问题，提供一种适用于外卖箱的锁具，快递员在外卖箱附近几米范围内时自动开锁，超过这个距离时自动上锁，无需外卖员手动操作。

外卖箱使用的锁属于低价值物品的保护锁，普通挂锁和门柜锁都不便于安装到保温箱上，考虑到外卖员不希望通过钥匙手动开锁，提供给外卖员的锁应当是电子锁；快递员也不会要一个手机APP来打开箱子，其繁琐程度还不如用钥匙开锁。对市场考察的基础上，我们确定本实用新型创新的外卖锁应当满足以下要求：

第一，价格要低，外卖箱保护的是低价值物品，外卖员几乎都是自由职业者，并不希望买昂贵的锁；

第二，必须是电子锁，而且使用要方便，不需要普通钥匙、遥控钥匙或手机APP来打开。当外卖员双手都拿带汤水的食品袋时，腾不出手来上锁，顾客也不希望食品袋被随意放在地上；外卖员要感觉不到锁的存在，当外卖员在附近几米的距离内，锁具自动开松，当外卖员离开时，锁具自动上锁；

第三，电子锁必然有没电的时候，必须提供一把备用钥匙，在没电时，使用备用钥匙应急开锁。

为了达到上述目的，采用以下方案：

一种外卖锁，包括锁固定部分、锁活动部分、电子腰牌、备用钥匙；其中，锁固定部分和锁活动部分构成锁的主体部分，安装在外卖箱上；电子腰牌和备用钥匙由外卖员随身携带；锁活动部分包括锁板和可翻转保护盖，锁板上设有第二螺丝孔；锁固定部分包括底壳、第一齿轮、第二齿轮、电机、电路板、可充电锂电池和上盖；底壳和上盖构成一个密封整体，第一齿轮、第二齿轮、电机、电路板、可充电锂电池安装在密封体内；底壳设有一个前面板，前面板上设有第一螺丝孔，第一螺丝孔和第二螺孔的规格相同；第一螺丝孔内安装有第一齿轮的螺纹柱，螺纹柱的前端开有备用钥匙孔；第一齿轮还设有数十个第一直齿，第一直齿的两侧的端面被圆形环边围住，第一直齿的齿顶低于环形围边的高度，围边的内侧为环形内边带；电机固定在底壳的底部位置，电机轴上安装有第二齿轮，第二齿轮设有数个第二直齿，第二直齿和第一齿轮的第一直齿啮合；当电机转动时，第二齿轮带动第一齿轮做减速增力的转动，使第一齿轮的螺丝柱在前面板的第一螺丝孔内能够来回转动，允许第一齿轮在轴向上作前后运动；当向前运动时，螺丝柱到达并旋转进入锁板的第二螺丝孔并继续前进，第二齿轮的环形外边带和第一齿轮的环形内边带接触时，第一齿轮受到第二齿轮的机械限制不能再继续前进，环形外边带和环形内边带接触产生的挤压力导致电机停转，电机的驱动电流迅速升高，所述电路板检测到显著升高的电流后立即停止电机的转动，这样通过螺丝柱把锁板和底壳螺合起来，从而实现了锁固定部分和锁活动部分的锁定，此为关锁功能；另一方面，当向后运动时，螺丝柱退出锁板的第二螺丝孔，从而实现了锁固定部分和锁活动部分的分离，此为开锁功能。开锁和关锁是自动进行的，当电子腰牌与锁的主体部分的距离小于2 ~5米时，自动开锁，反之，自动关锁。

所述第一齿轮的环形内边带和第二齿轮的环形外边带接触时第一齿轮到达机械限位位置，此时电机将停转，两个限位位置决定了螺丝柱的运动距离范围L；第一齿轮的齿长大于第二齿轮的齿长，两者之间的差值即为L；L至少要大于锁板的厚度，其选择必须使得第一齿轮不能脱出第一螺丝孔。

所述环形内边带和环形外边带在径向上的运动方向相同，不存在通常螺丝螺母存在的摩擦紧固效应，这种设计在电机反转时能容易地使第一齿轮从机械限位位置退出向相反一侧运动，不会出现卡死的情况。

所述第一齿轮前端的螺纹柱中心设有用于机械应急开锁的备用钥匙孔，该孔为直落凹坑，凹坑边沿形状自由变化，底部表面凸凹不平。

所述底壳前面板为具有圆润边沿的凸平面，所述锁板背面具有同样圆润边沿的凹平面；底壳前面板设有数个圆柱形磁铁，磁铁的作用是把含有铁质材料的锁板吸合到底壳前面板上，使两者的螺丝孔对齐，圆润边沿起到辅助定位的作用。

所述所述底壳设两侧设有固定耳，固定耳上有四个沉头螺孔，用于把本实用新型固定在外卖箱正面一侧的保温层上，在外卖的保温箱开一个能容纳所述底壳的方孔，把本实用新型从前向后插入，再在保温箱内侧使用一个压板和螺丝螺母把底壳进行固定；为了让锁板能更容易地贴合到底壳前面板上，允许使锁面板轻微向上倾斜；所述锁板设有两个铆钉孔，锁板通过两个铆钉被固定在外卖箱外包装的织物上。

所述电机为扭矩大的直流电机，采用长周期的脉冲调制波形驱动电机，使得第一齿轮在退出限位位置时能够产生脉冲性质的机械振动，从而使得退出更加容易，并且功耗不会增加。

所述可充电锂电池为电路板提供能源。

所述电路板还带有近距离无线身份ID识别功能；所述身份ID为二进制设备唯一识别码；所述电路板接收所述电子腰牌通过广播发出的带有身份ID的无线电信号，与存储在电路板永久存储器上的身份ID进行比对，当对比结果一致时且接收信号的能量大于预置值时，自动驱动电机开锁；当比对结果一致但接收能量低于预置值时，自动驱动电机闭锁；当对比结果不符或者当收不到电子腰牌发出的身份ID时，自动驱动电机闭锁。

所述电路板还包括用户给锂电池充电的USB充电口，以及一个用于与电子腰牌配对的按钮。

所述备用钥匙为带有凸起的钥匙，凸起边沿形状自由变化，顶部表面凸凹不平，凸起方式为垂直隆起；当可充电锂电池没电时，使用备用钥匙应急开锁；开锁时，掀开所述可翻转保护盖，把备用钥匙插入第一齿轮的螺纹柱中央的凹坑内转动，把螺纹柱退出锁板。

所述电子腰牌通过广播的方式，在2.4G频段向外界发送身份ID信息。

本实用新型带来的有益效果是：

本实用新型的机械核心部分仅仅为两个齿轮和一个电机，结构简单；特别是由于巧妙的利用了第一齿轮的环形内边带和第二齿轮的环形外边带的运动方向相同的特点，避免了螺丝螺母通常存在的摩擦挤紧效应，不存在螺丝锁紧了在反向是松不开的情况，工作可靠；当第一齿轮采用工程塑料批量生产时成本很低；采用电子腰牌，针对外卖员量身制作，无需外卖员在负重的情况下手动操作，使用方便；提供的备用锁采用凹凸机械钥匙，制造简单，避免了使用弹子锁带来的成本升高问题；本实用新型提供的方案为基础方案，在此基础上开发出带有显示、一键主动开关锁等附加功能非常方便；特别地，当使用蓝牙技术作为身份识别时，还允许带蓝牙的手机作为替代电子腰牌。

附图说明

图1为本实用新型的外形图，展示了本实用新型的各组成部分及其外观。

图2为本实用新型机械部分原理说明图，用于详细说明开锁和关锁的机械工作原理。

图3为锁固定部分结构示意图，展示了锁固定部分内部的具体结构布局。

图4为锁板的结构示意图，展示了背面具有圆润边沿的凹平面，该凹平面与底壳前面板配合，使两者的螺丝孔对齐。

图5为第一齿轮的结构示意图，展示了该关键组成部件的结构。

图6为锁的结构爆炸示意图，展示了锁固定部分和锁活动部分的结构零件外形，说明了本实用新型安装到外卖箱的方法。

图7为电路板的功能框图，说明了电路板内部具备的功能模块，同时也给出了实现功能所用的集成电路。

图8为电子腰牌的外形示意图。

图9为备用钥匙的外形示意图。

图中，100—锁固定部分，110—底壳，111—前面板，112—第一螺丝孔，113—固定耳，114—沉头螺孔，120—第一齿轮，121—环形内边带，122—第一直齿，123—螺纹柱，124—备用钥匙孔，130—第二齿轮，131—环形外边带，132—第二直齿，140—电机，150—电路板，151—集成电路，152—充电USB接口，153—配对按钮，160—可充电锂电池，170—圆柱磁铁，180—上盖，190—压板；

200—锁活动部分，210—锁板，211—第二螺丝孔，212—铆钉孔，213—圆润边沿的凹平面，220—可翻转保护盖；

300—备用钥匙；

400—电子腰牌，401—电源按钮；

900—保温材料，901—织物，902—沉头螺丝，903—铆钉，904—垫片、垫圈和螺母。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对实施例中的技术方案进行尽可能完整清晰的描述。

图1展示了本实用新型的各组成部分及其外观，参见图1，本实用新型包括锁固定部分100、锁活动部分200、电子腰牌400、备用钥匙300，图中的锁处于关锁的状态。

图2为锁机械部分原理说明图，参见图2，为清晰说明起见，图中未画出与机械原理关系不大的其他组成部分，这些部分可参考图3；图2中看到，底壳110设有一个前面板111，前面板上设有第一螺丝孔112，该孔内安装有第一齿轮120的螺纹柱123，螺纹柱123的前端开有备用钥匙孔122；第一齿轮120还设有数十个第一直齿124，第一直齿124的两侧的端面被圆形环边围住，第一直齿124的齿顶低于环形围边的高度，围边的内侧为环形内边带121；电机140固定在底壳110的底部位置，电机轴上安装有第二齿轮130，第二齿轮130设有数个第二直齿132，第二直齿132和第一齿轮120的第一直齿122啮合；当电机140转动时，第二齿轮130带动第一齿轮120做减速增力的转动，使第一齿轮120的螺丝柱123在前面板111的第一螺丝孔112内能够来回转动，允许第一齿轮120在轴向上作前后运动；当向前运动时，螺丝柱123到达并旋转进入锁板210的第二螺丝孔211并继续前进，第二齿轮130的环形外边带131和第一齿轮120的环形内边带121接触时，第一齿轮120受到第二齿轮130的机械限制不能再继续进行，环形外边带131和环形内边带121接触产生的挤压力导致电机140停转，电机的驱动电流迅速升高，所述电路板150检测到显著升高的电流后立即停止电机140的转动，这样通过螺丝柱123把锁板210和底壳110螺合起来，从而实现了锁固定部分100和锁活动部分200的锁定；另一方面，当向后运动时，螺丝柱123退出锁板210的第二螺丝孔211，从而实现了锁固定部分100和锁活动部分200的分离。

第一齿轮120的环形内边带121和第二齿轮130的环形外边带131接触时第一齿轮120到达机械限位位置，此时电机140将停转，两个限位位置决定了螺丝柱123的运动距离范围L；第一齿轮120的齿长大于第二齿轮130的齿长，两者之间的差值即为L；L至少要大于锁板210的厚度，其选择必须使得第一齿轮120不能脱出第一螺丝孔112。

需要说明的是，当第一齿轮120前后运动到达限位位置时，环形内边带121和环形外边带131在径向上的运动方向相同，两者完全没有摩擦关系，不存在通常螺丝螺母的摩擦紧固效应，这种设计在电机140反转时能容易地使第一齿轮120从机械限位位置退出向相反一侧运动，防止出现卡死的情况。

优先地，电机140使用扭矩大的直流电机，采用长周期的脉冲调制波形驱动电机，使得第一齿轮120在退出限位位置时能够产生脉冲性质的机械振动，从而使得退出更加容易，并且功耗不会增加。

本实用新型提供的方案，虽然使用了螺丝螺合的原理，但因为巧妙地利用了环形内边带121和环形外边带131在径向上的运动方向相同的特点，避免了螺丝螺母通常存在的摩擦紧固效应，同时采用能产生脉冲机械振动的驱动波形，必要时还能提高驱动电压产生更大的扭力，完全能够避免出现卡死的情况，可以做到高可靠性。

优先地，第一齿轮120应采用铜材料制成，第二齿轮除了采用金属材料外，还可采用工程塑料，齿轮使用润滑脂进行润滑。

图2中可看到备用钥匙孔122为凹坑，凹坑边沿的形状为饺子外边，凹坑内部的不平依照饺子形状雕刻，厂家生产时应采用各种不同的图案形状，使得备用钥匙的互开率保持在一定范围内。

优先地，备用钥匙孔122的图案为不规则图形，目的是防止通过肉眼对图案的识别就能轻易判断出是否能够开启锁具。

图3展示了锁固定部分结构示意图，展示了锁固定部分100内部的具体结构布局；参考图3，固定底壳110两侧设有固定耳113，固定耳113上有四个沉头螺孔114，用于把底壳110固定在保温箱上；电路板150和可充电锂电池160分别安装在底壳110内部的两侧；电路板150上带有给可充电锂电池160充电的充电USB接口152，还带有一个用于与电子腰牌400配对的配对按钮153；电路板150上有包括集成电路，这里统一使用集成电路151进行示意，这里集成电路包括MCU、无线射频收发元件、电流测量元件、驱动元件等。

可充电锂电池160可采用市场上现有的货架产品，采用充电宝对可充电锂电池160进行充电，由于保持手机常开，快递员通常会配有充电宝；优先采用超过600mAh的电池，保证一次充电能使用较长时间，比如一个月。

图4为锁板210的结构示意图，展示了背面具有圆润边沿的凹平面213，该凹平面与前面板111配合，使第一螺孔112和第二螺孔211对齐；对齐是本实用新型的能发挥作用的重要保证；回到图3，在锁固定部分结构内部安装有4个磁铁，用于把锁板210吸附到前面板111上，圆润边沿起到辅助定位的作用。

图5为第一齿轮的结构示意图，第一齿轮120是比较关键的部件，如果采用工程塑料制作，采用较深的齿；另外可看出备用钥匙孔为饺子的形状，这里仅仅处于示意的目的，在实际产品中，其形状应可设计为各种不同的形状。

图6为锁体结构爆炸示意图，展示了锁固定部分和锁活动部分的结构零件外形，说明了本实用新型安装到外卖箱的方法；图6中，可看到本实用新型的安装方法是通过四个沉头螺钉902把底壳110安装在保温材料900上的，保温材料开一个方形通孔用于容纳底壳110的主体部分，在保温箱的内侧使用一个压板190，再用垫片、垫圈和螺母904进行固定；同时，可以看到锁板210通过两个铆钉903把锁板210固定在外卖箱外包装的织物901上。

进一步地，制造时使底壳110的前面板111轻微向上倾斜，有利于锁板210能更容易地贴合到前面板111上。

图7为电路板150的功能框图，说明了电路板150内部具备的功能模块，同时也给出了实现功能所用的集成电路。

电路板150具有三个功能模块：

第一个功能模块是身份识别，包括射频电路、身份ID识别、配对的软硬件；所谓配对是电路板150接收电子腰牌400的身份ID并存储内部永久存储器的过程，经过配对后，电路板150能识别电子腰牌400的存在，并根据电子腰牌400与电路板150的距离做出开锁和关锁的动作。

第二个功能模块是流程控制、距离检测、电机驱动和电流检测，流程控制负责整个锁总体工作流程循环，使本实用新型工作在低功耗断续工作状以节省电能；距离检测负责通过接收能量的间接方法判断电子腰牌400和电路板150之间的距离，并发出开关锁的电机驱动命令；电机驱动使用PWM方式驱动电机执行锁的开关功能；电流检测用于检测第一齿轮120是否到达极限位置，到达极限位置时停止电机的转动。

第三个功能模块是充电控制，负责接收来自USB充电口的充电电流对可充电锂电池进行充电管理。

电路板150使用三种集成电路：身份识别采用蓝牙技术或者无线数传技术，流程控制、电机驱动和电流检测使用一块微控制器（MCU），充电控制使用一块充电控制集成电路；需要说明的是，电路板150和电子腰牌400采用的身份识别集成电路必须相同。

当身份识别采用蓝牙技术时，所述身份ID为64位公共地址（Public Address），不可使用可解析的私有地址；在实现上有两种方案可选择，第一种方式是选择蓝牙专用IC，芯片的蓝牙规格应不低于4.0，设计时需要对蓝牙IC专门编程，因为蓝牙IC本身带有一个CPU，因此能够把用于身份识别和配对的软件集成在一起，这种方案对开发要求较高，比较容易升级换代；另一种是采用货架蓝牙模块，这种模块无需对蓝牙本身编程，但是需要另外配一个MCU对其进行AT命令操作，AT命令是蓝牙模块开发商提供的高层接口命令，这时可以借用电机驱动MCU的运算能力，这种方案对开发要求较低。

当身份识别采用无线数传技术时，所述身份ID为厂家预先编码的长序列二进制随机地址，采用专用无线射频发射接收的集成电路的要求是支持2.4G频段的数据编码传输和低功耗，这时，电路板150只需要接收电路；电子腰牌400只需要发射电路，两者的配对的随机地址应当不低于12bit，只要电路板150和电子腰牌400的随机地址相同即为配对，需在厂家出产前严格地使用随机产生的12bit码进行配对，保证每个产品的地址不能轻易重复；电路板150需要借用流程控制的MCU的计算能力来接受无线数传集成电路接收到的随机地址来完成身份识别。

锁的开关时机是通过开关锁距离M确定的，当电子腰牌400与电路板150的距离小于M时，电路板150发出开锁信号；当电子腰牌400与电路板150的距离大于M时，电路板150发出关锁信号，通常M为2米~5米；采用蓝牙技术时，通过读取接收信号的RSSI确定电子腰牌400和锁之间的距离；当采用无线数传技术时，可以控制电子腰牌400的发射功率和电路板150的接收灵敏度，当连续5次接收到身份ID作为开锁信号，当连续5次接收不到身份ID作为关锁信号，每次接收之间的时间间隔可设定为100ms。

充电控制很简单，采用一片充电管理集成电路就能很好地完成任务。

优先地，选择蓝牙技术作为150电路板的开发技术，蓝牙技术具有更低的功耗，并且其身份ID地址在理论上是不会重复的，而无线数传技术的身份识别地址ID由于长度短，地址范围有限，如果工厂配对流程管理不当，拿一个地址同时给多个产品进行配对，容易造成两个电子腰牌开同一把锁的情况。

总之，无论采用哪种方案，电路板150的开发只需要三种集成电路；上述这些设计开发途径，对于电子锁专业的电子技术人员来说，应当是可以理解的并且不应当产生歧义。

在本实用新型的一个具体实例中，电路板150的射频电路采用TI公司的蓝牙4.0芯片CC2541，采用该公司的BLE-Stack™ Software Development Kit进行开发；把身份识别软件模块集成在CC2541的FLASH内存中；使用4种RSSI范围值作为外卖员和外卖箱距离检测；默认支持两个配对：一个是电子腰牌400，出厂时采用预置的6位口令是通过自动确认(autmationconform)方式配对好，另一个是和外卖员的带蓝牙的手机进行配对，这样，无论快递员携带电子腰牌400还是已经启动蓝牙广播功能的手机，均能实现近距离自动开锁，远距离自动关锁的功能。

需要说明的是，蓝牙手机配对需要一定的条件，如果手机操作系统版本过低，有可能无法完成，此时外卖员随身携带电子腰牌400即可。

在本实用新型的另一个具体实例中，电路板150的射频电路采用深圳市大夏龙雀有限公司的蓝牙模块DX-BT05，通过SPI接口与电机驱动MCU相连，使用该公司提供的AT命令进行编程。

在本实用新型的另一个具体实例中，电路板150的射频电路采用NORDIC公司的NRF24L01，该芯片通过SPI口与电机驱动MCU进行通信，工作在应答模式，设计的信号发射功率电平和接收的灵敏度根据自动开关锁的距离而设计并反复试验确定。

图8为电子腰牌的外形示意图，带有一个电源开关401，电源开关401保持按下状态时，电子腰牌工作，电源开关401保持弹起状态时，电子腰牌不工作；电子腰牌通过广播的方式，在2.4G频段向外界发送身份ID信息，其电池可用3V纽扣电池。

图9为备用钥匙的形状示意图，可以看到前端的凸起为饺子形状；这里仅仅处于示意的目的，在实际产品中，其形状可设计为各种不同的形状。

需要说明的是，上面所描述的实施例仅为示意性的某具体实施方式，并非限定本实用新型的范围，任何本领域的人员在不脱离本实用新型的构思和原则下做出的等同变化和修改，均应属于本实用新型的保护范围，比如，把电子腰牌换成电子手环。