专利名称：指纹电子锁的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种指纹电子锁，尤其是用于户室门的指纹电子锁。
背景技术：
目前，市场上进口的或类似的指纹电子锁，还存在以下缺陷有采用电机转换电能为机械能的开锁结构，电机联动螺杆，螺杆旋动螺母，螺母带动弹簧杆，弹簧杆拨动开锁机件。然而，螺杆和螺母间高速旋动会摩擦发热，无润滑会磨毛卡住；螺母有作功和复位的两次位移过盈幅度，使弹簧杆有正反向两次弯曲，久之会疲劳性断裂；螺杆有两次高速旋合光杆端的螺母，两者间的初始旋合面会因高速旋合磨毛卡住，这种结构久之会出现上不了锁或开不了锁的问题。
有采用弹簧张力的开锁结构，弹簧有四种内应力的变化a、机件有时效内应力变化的共同性；b、弹簧长期处于工作状态，有疲劳性内应力变化；c、弹簧被强行绕制成型，有恢复原状的内应力变化；d、弹簧有畜能和作功运作引起的内应力变化，而这种结构的弹簧是长时间处于被压缩畜能状态，内应力变化大而张力变小，久之弹推不了横锁栓完全出锁孔，会导致开不了门的结果。
有的门外实现不了上锁保险，易被薄片拨开锁栓。
有的碰舌(关碰栓)设在门板侧面，锁栓还未对准锁孔就被弹出，划掉门框防锈层，磨塌锁孔。
有的自动上锁脱钩件工作面与弹推拖板的弹簧作用方向相对，脱钩摩擦正压力全等于弹簧张力，摩擦压力大，久之脱钩面磨损斜塌失能。
有的采用拉簧张力为机件复位动力，其弹簧被拉伸和作功时，其中一支承点绕另一支承点不断转动，两支承面间有位移摩擦，弹簧易磨损断裂。
有的采用扭簧扭力为上锁动力，其弹簧作功和蓄能时，扭力方向不断改变，力臂轴上的作用点不断移动，力臂轴易被卡住或磨损断裂。
机件直接安装在盒体上，易从门外侧对准关键处钻敲掉机件，开启门锁。
有的缺少指纹登录的保密功能，按下登录键即可录入指纹，易被他人录入指纹。
有的缺少指纹编码功能，按下删除键就删除所有录入的指纹。诸如此类的问题都直接影响指纹电子锁的性能和寿命。
发明内容
本发明所要解决的问题，在于提供一种经力学分析、数学计算且机械结构合理、电子技术适用、综合性能稳定、全新完整的机电一体的指纹电子锁。
本发明指纹电子锁，主要由电子技术装置、锁具本体机构、能量传递机构、锁具主机机构和自动上锁机构五大部分组成电子技术装置包括电源、总开关、电源欠压模块，键盘模块、液晶显示屏模块、指纹采集板、MC单片机、功能模块和电磁铁等；锁具本体机构，包括固定板、盒体、盒盖、面板等；能量传递机构，包括磁拉块、钢球导板、磁拨块等；锁具主机机构，包括拖板、外旋板、内旋板、主力板、钢球套板、升降拨块、升降拉板、芯轴、芯轴套、内锁芯、内锁套、横锁栓等；自动上锁机构，包括拉板、拉板固定板、扣板、扣板固定板、关碰栓等。
本发明指纹电子锁所采用的技术方案一是应用数学法则，在固定板上设定一点为坐标原点，建立平面直角坐标系；并设芯轴轴芯线垂直且重合于坐标原点，拖板运动方向为X轴方向，内锁芯轴芯线垂直于坐标平面并相交于Y轴，升降拉板运动轨迹与Y轴平行，且垂直于X轴。
以固定板上已设定的坐标原点为矢点，建立极坐标系，经力学分析数学计算所得的外旋板、主力板、内旋板的旋转角为定角，在极坐标系中截取它们所对应的各矢角。
根据各部件和各机件的物理量确定各矢量，在极坐标系中截取所对应的各矢点a、外旋板上安装磁拨块的轴销孔中心点；b、固定板上安装升降拨块的轴销孔中心点；c、主力板上扣顶横锁栓的圆顶头的弧中心点和主力板上旋推拖板的圆弧头的弧中心点；圆顶头、圆弧头和主力板都是连体结构，当圆触头旋推拖板时，圆顶头也同时施转偏离横锁栓，拖板可继续向右运动。这样主力板不旋动，横锁栓被圆顶头扣顶而不被拨开。
以外旋板上安装磁拨块的轴销孔中心点为圆心并作圆，此圆心点为外旋板旋转运动轨迹所得的圆上一动点，此圆为内锁拨块旋转运动轨迹所得的圆的外接圆，又此圆为磁拉块直线运动轨迹的相切圆。
以固定板上安装升降拨块的轴销孔中心点为圆心作圆，拖板的直线运动轨迹和升降拉板直线运动的轨迹为此圆的两条相互垂直的切线。
以已设定的平面直角坐标系的原点为原点，以芯轴轴心线为正Z轴，建立三维直角坐标系。这样，可得到较准确的物理量，特别是自动上锁的动力源弹簧(16)的物理量，从而使各部件各机件都有详尽推算可依的科学数据。
本发明指纹电子锁所采用的技术方案二是应用嵌入式模块系统集成电路技术和活体指纹采集、识别技术，实现在单片机上进行两个指纹的比对运算，将电子技术和机械技术有机结合，MC、ME集成技术相比较成熟，可有得放矢地应用在实际中。
本发明指纹电子锁所采用的技术方案三是采用电磁铁转换电能为机械能，由磁拉块和磁拨块传递能量，由拖板向左上锁运动带动磁拔块复位，克服了电机转换能量结构的缺陷，且电磁铁瞬间作功，用电时间短，用电次数少，用电量小，干电池能满足其用电量，减少了使用交流电电路中的用电器，避免了使用交流电的漏电隐患。
本发明指纹电子锁所采用的技术方案四是根据力矩法则，在自动上锁机构中，设连接安装两拉板的三个圆柱销的中心点间的连线为一等腰三角形，当拖板向右运动到位静止时，扣板扣顶两拉板，弹推拖板的弹簧张力可分解为两个分力作用在扣板上的单位正切力和分别作用在三个圆柱销上的单位余切力。这样，扣板与两拉板的摩擦压力小，磨损少；由于三个圆柱销面与其三个内孔面间作同向、同步运作，磨损小，耐用性好。
本发明指纹电子锁所采用的技术方案五是采用弹簧张力上锁，人工开锁的结构，所使用的弹簧均为压簧，弹簧作功时无方向改变，其支承面无位移无磨损，且弹簧长期处于无畜能状态，内应力变化小，弹簧能长期保持一定的张力，不会引发开不了锁的结果。
本发明指纹电子锁所采用的技术方案六是将门外开锁机械功能和门内开锁机械功能以及门内、门外上锁保险机械功能集中在一个整体机件主力板上实现，其结构简单实用，性能稳定。
下面结合附图和实施方式对本发明指纹电子锁作进一步详细说明图1是本发明指纹电子锁的机械结构示意图；图2是图1中A-A向剖视图；图3是图1中B-B向剖视图；图4是图1中关碰栓的俯视结构示意图；图5是本发明指纹电子锁的电路原理图。
图中1-面板，2-升降拨块，3-升降拉板，4-磁拨块，5-内锁拨块，6-磁拉块，7-电磁铁，8-外旋板，9-钢球，10钢球导板，11-拖板，12-圆柱钉，13-固定板，14-盒体，15-磁芯棒，16-弹簧，17-内旋板，18-芯轴，19-主力板，20-拉板，21-弹簧，22-扣板固定板，23-扣板，24-关碰栓，25-弹簧，26-拉板固定板，27-圆柱，28-横锁栓，29-弹簧杆，30-盒盖，31-芯轴套，32-内锁套，33-弹簧片，34-钢球套板，35-卡板，36-内锁芯，37-外接板，38-内锁盖板，39-封孔板，40-门板，41-门框，42-外手把，43-内手把，44-电源，45-总开关，46-欠压模块，47-键盘模块，48-MC单片机，49-显示窗模块，50-功能模块，51-单片机电池，52-指纹采集板，53-支路开关，54-小灯泡。
具体实施例方式
在图1实施例中，电磁铁(7)和钢球导板(10)安装在固定板(13)上；磁芯棒(15)和磁拉块(6)相固定；磁拉块(6)设有弧槽，钢球导板(10)设有长方槽和配装钢球(9)的钢球孔，钢球孔中镶装的钢球(9)的部分球体配合在磁拉块(6)的弧槽中。这样，电磁铁(7)得电，磁芯棒(15)在磁场力作用下联动磁拉块(6)，作轴向定向的直线运动，磁芯棒(15)的复位工作由其自身重力或磁拉块(6)复位动作完成，磁芯棒(15)和磁缸壁之间存在浮磁间隙，两者间不易摩擦、磨毛。且磁拉块(6)、钢球(9)和钢球导板(10)之间是钢球(9)滚动摩擦运动，阻力小，当电源欠压时，还具有一定的启动力。
磁拨块(4)和磁拉块(6)都设有对应的拉转凸台，磁拨块(4)和主力板(19)都设有对应的扣顶工作面，磁拨块(4)被磁拉块(6)拉转，扣顶主力板(19)；磁拨块(4)和拖板(11)都设有对应的双斜面凸台，拖板(11)向左运动上锁，其凸台压下磁拨块(4)的凸台，磁拨块(4)与主力板(19)脱钩复位。
在图1、图2实施例中，拖板(11)设有一个配装芯轴套(31)的对中心让位孔、两个作用于升降拨块(2)的弧形腰圆孔，一个作用于磁拨块(4)的双斜面凸台，两个直线运动导向孔和被主力板(19)的圆触头旋推的挡板；横锁栓(28)和拖板(11)为连体结构。
外旋板(8)设有一个配装芯轴套(31)的中心圆孔，并和心轴套(31)相固定；磁拨块(4)安装在外旋板(8)上。磁拨块(4)设有一个被磁拉块(6)作用的凸台、一个被内锁拨块(5)作用的凸台、一个被拖板(11)作用的凸台和一个扣顶主力板(19)的工作面。
钢球套板(34)设有一个配装芯轴(18)的中心圆孔和若干个钢球(9)配装孔，配装孔中镶装钢球(9)，钢球套板(34)装配在外旋板(8)和主力板(19)之间，防止门外暴力撬旋芯轴套(31)而摩擦带动主力板(19)旋转，开启门锁。
主力板(19)设有一个配装芯轴(18)的中心圆孔、一个被内旋板(17)旋顶的工作面和一个内旋板(17)凸台的空档，当外旋板(8)旋动主力板(19)时，内旋板(17)的凸台在主力板(19)空档中不被带动；当内旋板(17)旋动主力板(19)时，主力板(19)作逆时针方向旋转，不顶触外旋板(8)，内外锁把(42、43)互不联动；这样，可减少机件运动次数，增加机件的耐用性，特别是内外手把(42、43)复位的扭簧耐用性。主力板(19)还设有一个旋推拖板(11)的圆触头和一个扣顶横锁栓(28)的圆顶头，且圆顶头的中心距大于圆触头中心距，又圆顶头与横锁栓(28)之间设有间隔，当圆触头旋推拖板(11)时，圆顶头也同时在设置的间隔内旋转偏离横锁栓(28)，横锁栓(28)设有对应圆顶头的凹弧面；当主力板(19)不被旋动时，圆顶头扣顶横锁栓(28)，防止门外异物撬拨横锁栓(28)，实现了门里门外上锁保险，其结构简单实用，性能稳定。
升降拨块(2)有两个，都配装有两个拨销和一个安装销，并由安装销将它们分别安装在固定板(13)上。其中一个拨销套装在拖板(11)的弧形腰圆孔中；另一个拨销拨拉升降拉板(3)上下运动。
在图1、图2和图4中，拖板(11)由三个安装在固定板(13)上的圆柱(27)支定平面，并由两个安装在固定板上的圆柱钉(12)作直线导向而套装在芯轴套(31)上，再依次叠装外旋板(8)、钢球套板(34)、主力板(19)和内旋板(17)。拖板(11)设有一个配装芯轴套(31)的对中心让位孔，两个作用于升降拨块(2)的弧形腰圆孔，一个作用于磁拨块(4)复位的双斜面凸台，一个被主力板(19)作用的连体挡板，弹簧杆(29)套装在挡板上。拖板(11)向左运动的动力、拖板(11)带动升降拨块(2)的动力、拖板(11)压转磁拨块(4)的动力都是弹簧(16)的张力，且机件起动所需动力大，又机件被起动后有惯力，设置三次起动分三个阶段进行，可减小所需要的作功动力，从而减小机件间的摩擦压力，增加机件耐用性。
芯轴套(31)外端面与外接板(37)连接，外接板(37)设有正方通孔，正方通孔中配装外手把(42)；芯轴套(31)外端设有凸台阶，圆柱面设有卡槽，由两个弧形卡板(35)卡进卡槽，将其卡装在固定板(11)和盒体(14)上；芯轴套(31)与外旋板(8)相固定；芯轴套(31)内端面设有配装芯轴(18)的内圆孔，；芯轴(18)与芯轴套(31)为分体结构，芯轴(18)内端设有轴芯，轴芯镶装在芯轴套(31)的圆孔内，芯轴(18)外端设有台阶，台阶镶装在盒盖(30)上，芯轴(18)设有正方闷底孔，闷底孔中套装内手把(43)。
这样，由于芯轴(18)和芯轴套(31)为分体结构，内外手把(42、43)互不联动；轴芯顶端和芯轴套(31)圆孔底间并设有钢球(9)，可防门外轴向撬旋。
初始启用时，按下总开关(45)、支路开关(53)和工作键，设置管理者数字密码，确认后，输入指纹号码，手指按在指纹采集板(52)上，再确认后，MC单片机(48)对所输入的数据予以确认保存。门外开门时，按下总开关(45)，将已登录过的手指按在指纹采集板(52)上，经指纹比对成功，MC单片机(48)输出信号给功能模块(50)处理，电磁铁(7)得电，磁芯棒(15)联动磁拉块(6)，磁拉块(6)拉转磁拨块(4)，磁拨块(4)扣顶主力板(19)，人工扳转外手把(42)，联动外旋板(8)，扣转主力板(19)，主力板(19)旋推拖板(11)，拖板(11)向左运动联动横锁栓(28)，并带动升降拨块(2)，升降拨块(2)拨拉升降拉板(3)，锁栓全拉出锁孔，门开启。门内开门时，扳转内手把(43)即可开门。
拖板(11)在套装在弹簧杆(29)上的弹簧(16)作用下，向左运动上锁，其双斜面凸台压下磁拨块(4)凸台，磁拨块(4)脱钩复位，至此，开门、关门的过程全完成。只是门外开门需用电一次，且电磁铁(7)用电作功瞬间完成，用电次数少，用电时间短，用电量小，干电池能满足其用电量，减小了使用交流电电路中的用电器，消除了使用交流电的漏电隐患。
在图1和图3实施例中，内锁套(32)外端设有方台阶，方台阶镶装在固定板(11)和盒体(14)的方孔中，内端面连接内锁盖板(38)与盒盖(30)相固定，内锁套(32)内端面设有内圆孔，圆孔中镶装内锁芯(36)；内锁芯(36)由两个圆形分体件组成，两分体件间镶装内锁拨块(5)抵合磁拨块(4)，内分体件内端面设有镶装封孔板(39)的不通槽，外分体件圆柱面设有配装弹簧片(33)的斜底面通槽，外分体件外端设有台阶，台阶镶装在盒盖(30)上，内锁盖板(38)套装在内锁芯(36)上。
这样，内锁套(32)不转动，内锁芯(36)在外锁芯(未标出)作用下转动，并联动内锁拨块(5)，内锁拨块(5)旋拨磁拨块(4)，当外锁芯被钻拆掉时，封孔板(39)在弹簧片(33)作用下，封住内锁芯(36)的长方孔。
在图1和图4实施例中，所述的拉板(20)有两个，用销连接在一起，其中一个拉板(20)的一端安装在拖板(11)上，另一个拉板(20)的一端安装在拉板固定板(26)上。
关碰栓(24)设在门板(40)平面方位，安装在面板(1)与固定板(13)之间，关碰栓(24)和扣板(23)的接触面为相对的斜平面；扣板(23)安装在扣板固定板(22)上，扣顶两拉板(20)。并设定连接安装两拉板(20)的三个圆柱销中心的连线为等腰三角形，当拖板(11)向右运动到位静止时，锁栓全被拉出锁孔处于开锁状态，扣板(23)扣顶两拉板(20)，弹推拖板(11)的弹簧(16)张力被分解为两个分力作用在扣板(23)上的正压力为单位正切力，作用在三个圆柱孔的正压力为单位余切力；这样，扣板(23)与拉板(20)间的摩擦压力小，磨损少，由于三个圆柱销与其三个圆柱孔面间作同向、同步运作，磨损小，耐用性好。
这样，关门时，门框(41)压下关碰栓(24)，锁栓已全部对准锁孔，关碰栓(24)斜推扣板(23)运动，两拉板(20)脱钩，拖扳(11)在弹簧(16)作用下向左运动自动上锁。扣板(23)在弹簧(21)作用下回位，关碰栓在弹簧(25)作用下回位。
在图5实施例中，电源(44)为干电池电源，总开关(45)设有定时功能模块；支路开关(53)串联在键盘模块(47)和液晶显示屏模块(49)的并联支路上，功能模块(50)和电磁铁(7)为一串联支路，MC单片机(48)和指纹采集板(52)为一并联支路，三支路相并联；单片机电池(51)和MC单片机(48)的寄存器连接成独立电路，欠压模块(46)并联在总电路中；其中电磁铁(7)的电路中并联一小灯泡(54)。这样，键盘模块(47)将输入的信息传输给MC单片机(48)、指纹采集板(52)收集的信息传输到MC单片机(48)，MC单片机(48)将信息系统处理后的信息传输给液晶显示屏模块(49)或给出指令予功能模块(50)。当遗忘关电源时，定时功能模块自动关闭电源，当无须输入指纹和查看数据时，支路开关断开，可节省电能源；三支路并联可保持合理化分配使用电能源。
权利要求
1.一种指纹电子锁，包括电源、总开关、MC单片机、功能模块、单片机电池、面板、盒体、拖板、弹簧、横锁栓、内手把、外手把、芯轴、外旋板、内旋板、升降拉板等，其特征在于它还包括键盘模块、液晶显示屏模块、支路开关、电磁铁、磁芯棒、固定板、升降拨块、磁拉块、磁拨块、钢球导板、钢球套板、主力板、芯轴套、内锁芯、内锁套、卡板、内锁盖板、拉板、拉板固定板、扣板、扣板固定板、关碰栓等；所述的电源为干电池电源，总开关设有定时功能模块；支路开关串联在键盘模块和液晶显示屏模块的并联支路上，功能模块和电磁铁为一串联支路，MC单片机和指纹采集板为一并联支路，三支路相并联；单片机电池和MC单片机的寄存器连接成独立电路，欠压模块并联在总电路中；电磁铁的支路上还并联一个小灯泡；所述的电磁铁、钢球导板、升降拨块、拉板固定板、扣板固定板，安装在固定板上；所述的内锁套镶装在固定板和盒体上，所述的内锁芯一端配装在内锁套的圆孔中，另一端镶装在盒盖上；所述的芯轴与芯轴套为分体结构，芯轴的外端镶装在盒盖上，内端与芯轴套套装；所述的芯轴套由两个弧形卡板将其卡装在固定板和盒体上；所述的拖板由三个固定在固定板上的圆柱支定平面，并由两个固定在固定板上的圆柱钉作直线导向配装在固定板上，再依次叠装外旋板、钢球套板、主力板、内旋板，所述的弹簧均为压簧，所述的钢球套板镶装有钢球。
2.根据权利要求1所述的指纹电子锁，其特征是所述的磁拨块设有一个安装孔，一个被磁拉块作用的凸台，一个被内锁拨块作用的凸台，一个被拖板作用复位的双斜面凸台和一个扣顶主力板的工作面。
3.根据权利要求1所述的指纹电子锁，其特征是所述的拖板设有一个配装芯轴套的对中心让位孔，两个作用于升降拨块的弧形腰圆孔，一个作用于磁拨块复位的双斜面凸台，两个由圆柱钉作用的直线导向孔和一个被主力板作用的连体挡板，挡板设有两个配装弹簧杆的圆孔，圆孔配装拖板动力源弹簧的弹簧杆。
4.根据权利要求书1所述的指纹电子锁，其特征是所述的主力板设有一个圆形安装孔，一个被磁拨块作用的工作面，一个旋推拖板的圆触头，一个被内旋板作用的工作面，一个扣顶横锁栓的圆顶头；所述的横锁栓设有与主力板圆顶头对应的凹弧面。
全文摘要
本发明公开了一种指纹电子锁，主要由电子技术装置、锁具本体机构、能量传递机构、锁具主机机构和自动上锁机构五大部分组成。所述的电源为干电池电源，总开关设有定时功能模块；支路开关串联在键盘模块和液晶显示屏模块的并联支路上，功能模块和电磁铁为一串联支路，MC单片机和指纹采集板为一并联支路，三支路相并联；单片机电池和MC单片机的寄存器连接成独立电路，欠压模块并联在总电路中；电磁铁支路中还并联有一小灯泡；所述的主力板设有一个扣顶横锁栓的上锁保险的圆顶头，横锁栓设有对应的上锁保险的凹弧面，实行了内外关门上锁保险；所述的磁拔块设有一个被拖板作用复位的双斜面凸台，所述的拖板设有一个作用于磁拔块复位的双斜面凸台。本发明指纹电子锁，电子技术适用、机械结构合理、综合性能稳定、全新完整的机电一体的指纹电子锁。
文档编号E05B47/06GK1601037SQ20041008583
公开日2005年3月30日 申请日期2004年10月20日 优先权日2004年10月20日
发明者程道炎, 张珣 申请人:程道炎