一种智能锁系统的制作方法

本实用新型属于智能锁技术领域，具体涉及一种智能锁系统。

背景技术：

现有技术中的机械锁安全性不高，随着科技的进步，人们迫切需要智能锁来提高安全性。智能锁作为近几年兴起的智能产品，具有使用方便、安全性高、功能强大等特点。智能锁系统常应用于物品存取货柜上，物品存取是车站、公园、商场、超市、图书馆等场合常用的便民装置，对于公园或者车站等，智能锁系统经常会使用在室外，而智能锁系统大部分采用外部电源进行供电，对于使用在室外的现有的智能锁系统不具有将太阳能转换为电能并用于智能锁供电的作用，无法做到节约能源，且常用的智能锁电路结构复杂。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种智能锁系统，本智能锁系统既可以采用光伏电池板，又可以采用外部电源为充电电池供电从而为智能锁节点供电，节约能源，功能全，还可以实时检测锁本体开关状态，电路结构简单。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种智能锁系统，包括智能锁节点，所述智能锁节点包括光伏电池板、充电电池、外部电源、光伏能量收集电路、锁驱动电源电路、内核电源电路、ZigBee通信模块、锁控制驱动电路、锁状态输入电路、CPU和锁本体，所述光伏电池板、充电电池和外部电源均与光伏能量收集电路连接，所述光伏能量收集电路分别与CPU、锁驱动电源电路和内核电源电路连接，所述CPU分别与锁驱动电源电路、锁控制驱动电路、锁状态输入电路、内核电源电路和ZigBee通信模块连接，所述锁驱动电源电路和锁控制驱动电路连接，所述锁控制驱动电路与锁本体电连接，所述锁本体与所述锁状态输入电路连接，所述内核电源电路分别与锁状态输入电路和ZigBee通信模块连接，所述ZigBee通信模块用于远程通信连接外部控制终端。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述锁本体包括机械锁芯、驱动电机和位置开关，所述锁控制驱动电路与所述驱动电机连接，所述驱动电机与机械锁芯连接且驱动电机用于驱动机械锁芯做开启或闭合动作，所述机械锁芯上安装有位置开关，所述位置开关与所述锁状态输入电路连接，所述位置开关用于检测机械锁芯的开启或闭合状态并发送信号到锁状态输入电路。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括温度传感器，所述温度传感器安装在所述充电电池上，所述温度传感器与所述光伏能量收集电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述光伏能量收集电路采用芯片BQ24166RGE，所述芯片BQ24166RGE的引脚1和引脚21均与光伏电池板连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚20、引脚22和引脚23均与外部电源连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚11和引脚12均与充电电池和CPU连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚9与温度传感器连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚6、引脚7和引脚8均与CPU连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚13和引脚14均与锁驱动电源电路和内核电源电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述内核电源采用稳压芯片TLV73328PDBV,所述稳压芯片TLV73328PDBV的引脚1和引脚3均与芯片BQ24166RGE的引脚13连接，所述稳压芯片TLV73328PDBV的引脚5与CPU、锁状态输入电路和ZigBee通信模块连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述锁驱动电源电路采用升降压芯片TPS63020DSJ，所述升降压芯片TPS63020DSJ的引脚12和引脚14与CPU连接，所述升降压芯片TPS63020DSJ的引脚10和引脚11与芯片BQ24166RGE的引脚13连接，所述升降压芯片TPS63020DSJ的引脚4和引脚5均与锁控制驱动电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述锁控制驱动电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、三极管Q3、MOS管Q4和二极管D3，所述电阻R24的一端与CPU连接，所述电阻R24的另一端分别与电阻R25的一端和三极管Q3的基极连接，所述电阻R25的另一端和三极管Q3的发射极连接有电源，所述三极管Q3的集电极与电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端均与电阻R27的一端和MOS管Q4的栅极连接，所述电阻R27的另一端和MOS管Q4的源极与升降压芯片TPS63020DSJ的地线连接，所述MOS管Q4的漏极与二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极与升降压芯片TPS63020DSJ的引脚4连接，所述二极管D3的负极和MOS管Q4的漏极均与锁本体内的驱动电机连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述锁状态输入电路包括电阻R28和电容C21，所述位置开关的一端连接地线，所述位置开关的另一端分别与电阻R28的一端和电容C21的一端连接，所述电阻R28的另一端连接内核电源，所述电容C21的另一端连接有地线，所述电阻R28的一端和电容C21的一端均与CPU连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，外部控制终端包括远程服务器、主控制器和移动终端，所述移动终端与远程服务器通信连接，所述远程服务器与主控制器通信连接，所述智能锁节点为若干个，所述ZigBee通信模块与所述主控制器通信连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，若干个所述智能锁节点中的CPU均与所述主控制器通过ZigBee无线网络通信连接，所述主控制器通过3G通信网络、4G通信网络或WiFi无线网络与所述远程服务器连接，所述移动终端与远程服务器通过3G通信网络、4G通信网络或WiFi无线网络连接，所述充电电池为锂电池。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

（1）本智能锁节点环境适应性强，视室外、室内等应用场合的不同，既可采用锂电池供电，通过光伏能量收集电路由光伏电池板或外部电源实现对锂电池的充电，使用光伏电池板可节约部分能源；可以通过锁状态输入电路实时检测锁本体开关状态，供系统记录锁本体开关信息，电路简单实用。

（2）本系统采用ZigBee无线网络实现智能锁节点与主控制器的互连，借助ZigBee网络的自组网特性，有效提高了智能锁系统的可扩展性，同时，避免现有智能锁系统采用集中式控制器控制多个智能锁节点所带来的布线困难。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的智能锁节点的内部电路原理示意图。

图3为本实用新型的光伏能量收集电路的电路原理示意图。

图4为本实用新型的内核电源电路的电路原理示意图。

图5为本实用新型的锁驱动电源电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型的锁控制驱动电路的电路原理示意图。

图7为本实用新型的锁状态输入电路的电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图7对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

如图1所示，一种智能锁系统，包括若干个智能锁节点1，若干个智能锁节点1通信连接外部控制终端，外部控制终端包括远程服务器3、一台主控制器2和移动终端4（例如智能手机），所述移动终端4内安装有与远程服务器3通信连接的手机APP客户端，即移动终端4与远程服务器3通信连接，所述远程服务器3与所述主控制器2通信连接，所述主控制器2与若干个智能锁节点1通信连接；若干个所述智能锁节点1均与所述主控制器2通过ZigBee无线网络通信连接，所述主控制器2通过3G通信网络、4G通信网络或WiFi无线网络与所述远程服务器3连接，所述移动终端4内的手机APP客户端与远程服务器3通过3G通信网络、4G通信网络或WiFi无线网络连接，所述充电电池为锂电池。

如图2所述，所述智能锁节点1包括光伏电池板、充电电池、外部电源、光伏能量收集电路、锁驱动电源电路、内核电源电路、ZigBee通信模块、锁控制驱动电路、锁状态输入电路、CPU和锁本体，所述光伏电池板、充电电池和外部电源均与光伏能量收集电路连接，所述光伏能量收集电路分别与CPU、锁驱动电源电路和内核电源电路连接，所述CPU分别与锁驱动电源电路、锁控制驱动电路、锁状态输入电路、内核电源电路和ZigBee通信模块连接，所述锁驱动电源电路和锁控制驱动电路连接，所述锁控制驱动电路与锁本体电连接，所述锁本体与所述锁状态输入电路连接，所述内核电源电路分别与锁状态输入电路和ZigBee通信模块连接，所述ZigBee通信模块与所述主控制器2通信连接。对室内应用，智能锁节点1由外部电源为锂电池供电，可不安装光伏电池板，对室外应用，可不连接外部电源，由锂电池供电并由光伏电池板通过光伏能量收集电路对锂电池充电，以满足智能锁节点1长期使用的需要。图2中的光伏能量收集电路通过PVPWR接入光伏电池板（图3中的J1为光伏电池板的接口），EPWR接入外部电源（图3中的J2为外部电源的接口），BATT+和GND接入锂电池（图3中的J3的引脚1和引脚2为锂电池的接口），TS为锂电池温度传感器接口（图3中的J3的引脚3和引脚4为温度传感器的接口），用于监测锂电池充电温度，自适应控制锂电池充电电流的大小，保证充电安全，光伏能量收集电路的工作状态STS（图2中的STS为图3中的CHARGE#和PWR0K#）和锂电池的电压VBAT(图2中的VBAT为图3中的VBAT)分别输入至CPU的数字输入引脚DI0和模拟输入引脚AD0，供智能锁节点1监测其电源状态，室外使用采用锂电池供电时可实现电池容量低报警，光伏能量收集电路的4.2V输出SYSPWR（图2中的SYSPWR为图3中的VSYS）为智能锁节点1的初始供电电源，该电源一方面通过锁驱动电源电路升压至5V提供锁控制驱动电路用电源，另一方面通过内核电源电路提供CPU、ZigBee通信模块和锁状态输入电路的所需的2.8V供电电源，锁驱动电源电路和内核电源电路分别接入CPU模拟输入引脚AD1和AD2供CPU监测系统电源状态，实现故障报警，CPU数字输出口DO0接至锁控制驱动电路，用于驱动锁本体中的直流驱动电机实现机械锁芯的开启，机械锁芯的开启或关闭状态通过锁状态输入电路接入CPU数字输入口DI1，供CPU读取锁当前的状态，CPU与ZigBee模块间通过UART串行通信接口互连，实现与主控制器2的信息交换。CPU采用低功耗STM32L051。

所述锁本体包括机械锁芯、驱动电机和位置开关，所述锁控制驱动电路与所述驱动电机连接，所述驱动电机与机械锁芯连接且驱动电机用于驱动机械锁芯做开启或闭合动作，所述机械锁芯上安装有位置开关，所述位置开关与所述锁状态输入电路连接，所述位置开关用于检测机械锁芯的开启或闭合状态并发送信号到锁状态输入电路。本智能锁系统还包括温度传感器，所述温度传感器安装在所述充电电池上，所述温度传感器与所述光伏能量收集电路中的TS接口连接。

如图3所示，所述光伏能量收集电路采用芯片BQ24166RGE和一系列电阻电容等组成，所述芯片BQ24166RGE的引脚1和引脚21均与光伏电池板连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚20、引脚22和引脚23均与外部电源连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚11和引脚12均与充电电池和CPU连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚9与温度传感器连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚6、引脚7和引脚8均与CPU连接，所述芯片BQ24166RGE的引脚13和引脚14均与锁驱动电源电路和内核电源电路连接。其中，J1为光伏电池板的接口，J2为外部电源的接口，J3的引脚1和引脚2为锂电池的接口，J3的引脚3和引脚4为温度传感器的接口，光伏电池板或外部电源通过芯片BQ24166RGE为锂电池供电，芯片U1为光伏能量收集芯片BQ24166RGE，芯片U1监控其TS引脚输入的锂电池温度信息，控制光伏电池板或外部电源给锂电池充电，同时，通过VSYS输出为系统提供供电电源，为了避免VSYS瞬时输出大电流能力的不足，芯片U1通过芯片Q1提供为VSYS提供大电流供电通路，此外，芯片U1输出CHARGE#和PWROK#信号给CPU，供CPU读取其工作状态。图3中FB1、FB2、FB3、FB4为磁珠，用于滤波抗干扰。

具体地，所述光伏能量收集电路包括芯片U1、芯片Q1、磁珠FB1、磁珠FB2、磁珠FB3和磁珠FB4，所述芯片U1采用芯片BQ24166RGE，所述芯片Q1采用芯片DMP2008UGF,所述光伏电池板分别与磁珠FB1的一端和磁珠FB2的一端连接，所述磁珠FB1的另一端连接有压敏电阻RVA1的一端，所述压敏电阻RVA1的另一端连接有气体放电管GDT1的一端、所述气体放电管GDT1的另一端与磁珠FB2的一端连接，所述磁珠FB2的另一端连接有二极管D1的正极、电容C1的一端、电容C2的一端和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接有电阻R1的一端，所述二极管D1的负极、电容C1的另一端、电容C2的另一端和电阻R1的另一端均与磁珠FB1的另一端和芯片U1的引脚21连接，所述电阻R1和电阻R2均与芯片U1的引脚1连接，所述芯片U1的引脚22连接有电容C4的一端、电容C3的一端和磁珠FB3的一端，所述芯片U1的引脚20连接有电容C5的一端，所述电容C5的另一端分别与电容C4的另一端、电容C3的另一端和磁珠FB4的一端连接，所述磁珠FB3的另一端和磁珠FB4的另一端均与外部电源连接，所述芯片U1的引脚23连接有电容C6的一端，所述电容C6的另一端分别与所述电容C5和电容C4连接，所述电容C3和磁珠FB4的连接端连接有地线，所述芯片U1的引脚6连接有电容C12的一端和电阻R3的一端，所述电容C12的另一端与所述电容C4连接，所述电阻R3的另一端连接有发光二极管LED1的一端，所述芯片U1的引脚8连接有发光二极管LED2的一端，所述发光二极管LED2的另一端连接有电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端与所述芯片U1的引脚6连接，所述发光二极管LED1的另一端和发光二极管LED2的另一端均与CPU连接，所述发光二极管LED1的另一端与芯片U1的引脚7连接，所述芯片U1的引脚4连接有电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接有半导体二极管D2的负极，所述半导体二极管D2的正极与电阻R4连接，所述电阻R5连接有电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端连接有电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端与芯片U1的引脚24连接，所述芯片U1的引脚19通过电容C7与芯片U1的引脚18连接，芯片U1的引脚18连接有电感L1的一端，电感L1的另一端连接有电容C8的一端和电容C9的一端，电容C8的另一端和电容C9的另一端连接地线，芯片U1的引脚13和引脚14连接，芯片U1的引脚13与芯片Q1连接，芯片Q1与电容C8连接，芯片Q1通过电阻R9与芯片U1的引脚10连接，芯片U1的引脚11和引脚12与半导体二极管D2的正极和CPU连接，芯片U1的引脚11和引脚12均与芯片Q1连接，芯片Q1连接有电容C10和电容C11, 电容C10和电容C11连接地线，芯片U1的引脚9与温度传感器连接，芯片U1的引脚12与充电电池连接，芯片U1的引脚5连接有电阻R16，芯片U1的引脚15连接有电阻R15，电阻R15和电阻R16的另一端连接地线。

如图4所示，所述内核电源采用稳压芯片TLV73328PDBV,所述稳压芯片TLV73328PDBV的引脚1和引脚3均与芯片BQ24166RGE的引脚13连接，所述稳压芯片TLV73328PDBV的引脚5与CPU、锁状态输入电路和ZigBee通信模块连接。芯片U2为低压降、低静态功耗稳压芯片，将系统电源VSYS稳压到CPU、ZigBee通信模块和锁状态输入电路的所需的2.8V内核电源VDD。

如图5所示，所述锁驱动电源电路采用升降压芯片TPS63020DSJ和一系列电路，其中FB5、FB6为磁珠，用于滤波抗干扰，所述升降压芯片TPS63020DSJ的引脚12和引脚14与CPU连接，所述升降压芯片TPS63020DSJ的引脚10和引脚11与芯片BQ24166RGE的引脚13连接，所述升降压芯片TPS63020DSJ的引脚4和引脚5均与锁控制驱动电路连接。Q2为开关型高效升/降压芯片，接收来自CPU的VMOT_ON信号控制，当VMOT_ON信号为高电平时，将系统电源VSYS升压为锁控制驱动电路所需要的VMOT电源，同时可输出VMOT_OK电源状态正常信号供CPU（图2中的AD1）监控其输出状态。

如图6所示，所述锁控制驱动电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、三极管Q3、MOS管Q4和二极管D3，所述电阻R24的一端与CPU连接，所述电阻R24的另一端分别与电阻R25的一端和三极管Q3的基极连接，所述电阻R25的另一端和三极管Q3的发射极连接有电源，所述三极管Q3的集电极与电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端均与电阻R27的一端和MOS管Q4的栅极连接，所述电阻R27的另一端和MOS管Q4的源极与升降压芯片TPS63020DSJ的地信号GMOT连接，所述MOS管Q4的漏极与二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极与升降压芯片TPS63020DSJ的引脚4连接，所述二极管D3的负极和MOS管Q4的漏极均与锁本体内的驱动电机连接。来自CPU的控制信号MDRV0（如图2中的CPU的DO0引脚）经过三极管Q3转换为Q4所需的驱动电平，当MDRV0为低电平时，Q4导通，连接在VMOT和MOT0之间的锁本体打开。

如图7所示，所述锁状态输入电路包括电阻R28和电容C21，J4为位置开关的接口，所述位置开关的一端连接地线，所述位置开关的另一端分别与电阻R28的一端和电容C21的一端连接，所述电阻R28的另一端连接内核电源，所述电容C21的另一端连接有地线，所述电阻R28的一端和电容C21的一端均与CPU连接。锁状态为开关触点，当机械锁芯关闭时，位置开关断开，MSTS0为高电平，当机械锁芯开启时，位置开关闭合，MSTS0为低电平，CPU（如图2中的引脚DI1）根据MSTS0的电平状态识别机械锁芯当前的开关状态。

本实施例中的若干个智能锁节点1可应用于物品存取货柜上，若干个智能锁节点1全部通信连接到主控制器2上，具体工作原理为：通过移动终端4的手机APP客户端发送信号到远程服务器3；远程服务器3根据用户的登陆信息判断用户是需要存件还是取件；然后远程服务器3远程发送信号到主控制器2，主控制器2通过ZigBee通信模块远程发送信号到可以存件的空闲的智能锁节点1内的CPU或者发送信号到需要取件的对应的智能锁节点1内的CPU上；CPU发送控制信号到锁控制驱动电路，锁控制驱动电路根据CPU的控制指令发送信号到锁本体中的驱动电机，驱动电机带动机械锁芯动作，机械锁芯开启，位置开关安装在机械锁芯开闭的位置，当机械锁芯动作时会触碰到位置开关，从而实现了位置开关检测机械锁芯的开关状态，CPU根据锁状态输入电路的输入电平识别机械锁芯的开关状态；CPU将智能锁节点1的机械锁芯的开关状态通过主控制器2实时反馈到远程服务器3内，远程服务器3记录机械锁芯的开关状态并更新智能锁节点1是否存有物品或是否为空闲状态。

本智能锁节点环境适应性强，视室外、室内等应用场合的不同，既可采用锂电池供电，通过光伏能量收集电路由光伏电池板或外部电源实现对锂电池的充电，也可由外部电源直接供电，无需配置光伏电池板，使用光伏电池板可节约部分能源；可以通过锁状态输入电路实时检测锁本体开关状态，供系统记录锁本体开关信息，为锁本体下次开关作出信息预备，也可以将开关信息发送到移动终端告知用户。电路简单实用。本系统采用ZigBee无线网络实现智能锁节点与主控制器的互连，借助ZigBee网络的自组网特性，有效提高了智能锁系统的可扩展性，同时，避免现有智能锁系统采用集中式控制器控制多个智能锁节点所带来的布线困难。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。