专利名称：一种智能门锁的制作方法
技术领域：
本发明涉及锁具技术领域，尤其涉及一种智能门锁。
背景技术：
人脸识别属于生物识别领域，是生物识别领域的一个重要组成部分，将其应用到智能门锁领域，可以改变人们传统的使用钥匙开门和关门的习惯，而用人脸识别的方法开门和关门，避免了人们忘带钥匙无法开门带来的不便，并且更加直观友好、方便、安全等。目前具有人脸识别功能的智能门锁，其工作时功耗较大，平常关机时也存在一定的静态功耗，如果使用市电来供电，虽然可以满足长期使用的要求，但是必须在门锁附近安装电源插座和布置电缆，影响门锁整体外观，安装复杂。如果使用电池供电，由于门锁工作功耗和静态功耗消耗，一般使用几个月就需要更换电池，需要经常更换电池，用户体验较差。综上所述，现有技术人脸识别智能门锁通过外部电源供电的方式存在诸多不便， 亟待提供一种更佳的供电方式。
发明内容
本发明实施例提供了一种智能门锁，用以实现带有自动发电功能的人脸识别智能门锁。本发明实施例提供的一种智能门锁包括
人脸识别模块，用于采集用户的人脸图像，通过对人脸图像的识别，对用户进行鉴权； 门锁控制模块，与人脸识别模块相连，用于当人脸识别模块对用户鉴权通过时，控制开启门锁；
电源模块，与人脸识别模块和门锁控制模块相连，用于在用户通过锁柄开启或关闭门锁时，通过锁柄的转动发电，并存储电能，以供人脸识别模块和门锁控制模块使用。所述电源模块进一步包括动力传导单元，与锁柄相连，用于通过锁柄的转动产生动能；微型发电机，与动力传导单元相连，用于将动力传导单元产生的动能转化为电能；储能单元，与微型发电机相连，用于存储微型发电机产生的电能；电源管理单元，与储能单元相连，用于当需要通过人脸识别开启门锁时，向人脸识别模块和门锁控制模块提供电源。本发明实施例提供的一种智能门锁中，人脸识别模块，用于采集用户的人脸图像， 通过对人脸图像的识别，对用户进行鉴权；门锁控制模块，与人脸识别模块相连，用于当人脸识别模块对用户鉴权通过时，控制开启门锁；电源模块，与人脸识别模块和门锁控制模块相连，用于在用户通过锁柄开启或关闭门锁时，通过锁柄的转动发电，并存储电能，以供人脸识别模块和门锁控制模块使用，从而实现了带有自动发电功能的人脸识别智能门锁。
图1为本发明实施例提供的一种智能门锁的结构示意图； 图2为本发明实施例提供的一种智能门锁的具体结构示意图； 图3为本发明实施例提供的门锁控制模块的结构示意图4为本发明实施例提供的人脸识别门锁的整体结构及各模块的结构示意图； 图5为本发明实施例提供的外锁体内自发电模块和储能单元结构示意图； 图6为本发明实施例提供的电源管理单元的结构示意图7为本发明实施例提供的电源管理单元的上电按键启动电路的电路原理示意图； 图8为本发明实施例提供的电源管理单元的电源电压转换电路的电路原理示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种智能门锁，用以实现带有自动发电功能的人脸识别智能门锁，无需外电供电。本发明实施例提供的技术方案，实现了一种具有人脸识别功能的智能门锁，并且无需外接电源或使用电池供电，能够在每次开关门的操作中通过转动锁柄自动发电，并通过储能元件将电能储存起来，在需要时给整个门锁系统供电。下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案进行说明。参见图1，本发明实施例提供的一种智能门锁，包括锁柄，还包括
人脸识别模块11，用于采集用户的人脸图像，通过对人脸图像的识别，对用户进行鉴
权；
门锁控制模块12，与人脸识别模块11相连，用于当人脸识别模块对用户鉴权通过时， 控制开启门锁；
电源模块13，与人脸识别模块11和门锁控制模块12相连，用于在用户通过锁柄开启或关闭门锁时，通过锁柄的转动发电，并存储电能，以供人脸识别模块和门锁控制模块使用。较佳地，所述电源模块13，包括
动力传导单元131，与锁柄相连，用于通过锁柄的转动产生动能； 微型发电机132，与动力传导单元131相连，用于将动力传导单元131产生的动能转化为电能；
储能单元133，与微型发电机132相连，用于存储微型发电机132产生的电能； 电源管理单元134，与储能单元133相连，用于当需要通过人脸识别开启门锁时，向人脸识别模块11和门锁控制模块12提供电源。较佳地，所述动力传导单元131，包括
充电转动齿轮，位于锁柄的轴上，由锁柄带动进行转动；
变速加速齿轮组，与充电转动齿轮咬合，随着充电转动齿轮的转动而转动，达到预设转速，从而带动微型发电机发电。较佳地，所述预设转速，是预先根据微型发电机发电时间及发电功率确定的，例如，所述预设转速，可以为50转/秒。
4
较佳地，所述储能单元133，由多个超级电容器构成。较佳地，所述多个超级电容器，通过串联和/或并联的方式连接，使得所述储能单元133能够存储预设电量。较佳地，所述电源模块13，还包括
启动按键，与电源管理单元相连，用于控制电源管理单元向人脸识别模块和门锁控制模块提供电源。较佳地，所述人脸识别模块11，包括 图像采集单元111，用于采集人脸图像； 图像存储单元112，用于存储人脸图像；
匹配处理单元113，用于将采集到的人脸图像，与存储的人脸图像进行匹配，当匹配成功时，触发门锁控制模块开启门锁。较佳地，所述人脸识别模块11，还包括
登记按键，用于控制图像存储单元112存储图像采集单元111采集到的人脸图像； 删除按键，用于控制删除图像存储单元112存储的人脸图像。较佳地，所述锁柄，包括外锁柄和内锁柄。上述动力传导单元131和微型发电机132，构成自发电模块。由此可见，自发电模块、储能单元与电源管理单元一起组成为电源模块，电源模块为人脸识别模块、门锁控制模块提供电源，人脸识别模块识别人脸成功时，驱动门锁控制模块对锁芯控制，开启门锁。自发电模块通过在每次开关门的操作中，转动锁柄手动发电，将电能储存在储能单元中，储能单元可以是一种储能电容，例如超级电容。储能单元与电源管理单元连接，其存储的电能在系统工作的时候提供给电源模块。电源模块与人脸识别模块、门锁控制模块给与其连接的人脸识别模块和门锁控制模块供电。人脸识别模块与门锁控制模块之间，通过串口连接进行通讯，其中所述串口为通用异步串行接口(UART)。图2是本发明实施例提供的一种智能门锁的具体结构原理框图。整个门锁包括三个部分，分别是外锁体、门板和内锁体。外锁体安装在门的外侧。在外锁体中，主要包括图像采集单元111、图像存储单元 112、匹配处理单元113、动力传导单元131、微型发电机132、储能单元133和电源管理单元 134。其中，图像采集单元111，由红外LED补光灯和红外摄像模组组成。红外发光二极管LED在红外摄像模组采集人脸图像时，用以红外辅助补光。匹配处理单元113包括有嵌入式处理器和同步动态处理器(SDRAM)。闪存(FLASH)为图像存储单元112。嵌入式处理器通过数据总线与闪存(FLASH)、同步动态处理器(SDRAM)连接。当采集到一张有效人脸图像时，进行人脸识别算法处理，识别成功时，通过串口 UART发出相应信号给门锁控制模块12。指示灯10，用以指示门锁的开关状态以及登记过程的状态，例如，门锁开启时，指示灯10的颜色为绿色，当门锁关闭时，指示灯10的颜色为红色，当进行人脸识别时，指示灯 10闪烁。启动按键20，连接电源管理模块134，用于控制电源管理模块134给系统上电。在每次转动外锁柄30或内锁柄40时，带动动力传导单元131中的齿轮，将动能传输给微型发电机，微型发电机132将动能转化成电能，输出电源给储能单元133(超级电容) 中，当启动按键20按下，控制电源模块上电，启动人脸识别门锁时，超级电容放电给电源管理单元134，电源管理单元134对电压进行调节，以满足人脸识别模块和门锁控制模块12的电源要求。在门板中，主要包括门锁控制模块12，门锁控制模块12通过接口方式与嵌入式处理器通讯，门锁控制模块12控制游离锁梢50。参见图3，本发明实施例中门锁控制模块12 内部有微处理器和锁梢控制单元，通过通用串行异步接口 UART、与嵌入式处理器连接通讯 (根据实现设计，还可选择I2C、SPI等接口方式通讯)，当人脸识别成功后，接受门锁开启指令，打开游离锁梢50，此时，外锁柄30转动时可以转动锁舌1，控制锁舌1开启；门板中还有锁舌2，通过外锁柄30或内锁柄40直接控制锁舌2的开关。其中，游离锁梢50被打开后， 经过一定时间(例如10秒等)可以自动关闭，因此，当游离锁梢50关闭时，非登记用户在门外是无法通过外锁柄30开启锁舌1的，因此也就无法开门。内锁体安装在门的内侧。在内锁体中，安装有机械旋钮开关60，直接连接至锁舌 1，用于用户在门内控制锁舌1的开关。当用户在门内，通过机械旋钮开关60对锁舌1上锁时，通过转动机械旋钮开关60打开锁舌1，再通过内锁柄40打开锁舌2，即可打开门锁。登记按键70和删除按键80连接嵌入式处理器的IO 口，当系统上电进入到人脸识别模式时，通过按动登记按键70来控制用户人脸图像的登记，通过按动删除按键80，来控制用户人脸图像的删除。用户出门需要锁门时，先从门内通过机械旋钮开关60打开锁舌1，再通过内锁柄 40开启锁舌2，门打开，用户再从门外直接通过外锁柄30，既可把锁舌1和锁舌2同时关闭， 从而达到锁门的目的。较佳地，本发明实施例中可以设置人脸识别的最大时间，例如5 10秒，若超过该时间范围仍然没有识别成功，则自动断电，不再进行人脸识别，以节省电源。图4是人脸识别门锁的整体结构及各模块的结构示意图。外锁柄30和内锁柄40 转动时，都能带动充电转动齿轮23，从而带动变速加速齿轮组M，每次转动把手都能发电， 提高发电效率。微型发电机132发电，电量直接存储在储能单元133，储能单元133在外锁体内。储能单元133的输出连接电源管理单元134，人脸锁开机人脸识别时，开启储能单元 133的输出使能端，电源管理单元134把储能电压转化成人脸锁系统所需的电压供系统使用。图4中的31为包括匹配处理单元和图像存储单元的用于进行人脸识别的单元，111为图像采集单元，33为LED补光灯，34为锁芯。图5是外锁体内自发电模块和储能单元结构示意图，自发电模块由充电转动齿轮 23、变速加速齿轮组M、微型发电机132组成，另外，外锁柄30和内锁柄40也可以算作自发电模块的一部分。在外锁柄30和内锁柄的手柄的轴上安装有一充电转动齿轮23，手柄的轴连接变速加速齿轮组对，变速加速齿轮组M连接在微型发电机132上，转动手柄时，带动充电转动齿轮23，再转动变速加速齿轮组M，产生一定的转速(至少50转/秒)，带动微型发电机132发电。发电机输出连接存储电荷装置(即储能单元133)。本发明实施例储能单元由超级电容构成，超级电容有充电时间短、长充放循环使用寿命，储存寿命，高可靠性等优点。超级电容器单体储存能量有限且耐压不高，需要通过多个超级电容器的串连和并联方法进行扩容，使得储能单元可以存储足够多的电能(至少达到6V、0. 5F的电能)。图6是电源管理单元的结构示意图，电源管理单元包括上电按键启动电路和电源电压转换电路两部分。图7为电源管理单元的上电按键启动电路的电路原理图。上电启动电路主要由D 触发器Ul和上电按键组成，C_BAT为超级电容输出端。当开启人脸识别时，手动按下启动按键SW，产生有效上跳沿，使D触发器Ul输出有效电平，输出给电源电压转换电路使能端。图8为电源管理单元的电源电压转换电路的电路原理图。电源电压转换电路主要由双DC/DC模块AP1534构成，当手动按下启动按键时，电压转换电路U2、U3两路DC/DC分别输出1. 8V和3. 3V给人脸识别模块和门锁控制模块使用。下面结合具体数据说明本发明实施例提供的技术方案。一、人脸识别模块的功耗
现实测得人脸识别模块启动时间ls，启动电流为IOOmA;人脸识别时间为Is 识别时电流为180mA;识别成功后系统待机3s，待机电流为5mA。留取一定余量人脸识别模块识别一次人脸图像平均电流为200mA，时间为k。二、超级电容额定电压及电容容量的选择
超级电容器的两个主要应用高功率脉冲应用和瞬时功率保持。根据人脸识别智能锁特征，应为瞬时功率保持。
根据下述公式计算所需超级电容容量。保持所需能量=超级电容减少的能量。保持期间所需能量=1/21(Vwork+ Vmin) t ； 超级电容减少能量zl/^C^Vworl^ -Vmin2), 因而，可得其容量(忽略由顶引起的压降)为: C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 _Vmin2)。其中，
C(F)表示超级电容的标称容量； R(Ohms)表示超级电容的标称内阻； ESR(Ohms)表示IKZ下等效串联电阻； Vwork(V)表示正常工作电压； Vmin (V)表示截止工作电压； t(s)表示在电路中要求持续工作时间； I(A)表示负载电流。根据人脸识别智能锁具体功耗要求功耗200mA，持续时间5s，最低工作电压为 3V。可得:C=(5+3) X0. 2X5/ (52-32) =8/17=0. 47F ；
根据计算结果，考虑电容在放电过程中内部电阻会消耗小部分能量，可以选择6V，0. 5F 电容就可以满足需要了。具体储能单元设计时，由于超级电容器单体储存能量有限且耐压不高，需要通过相应的串连和/或并联方法扩容，达到上述超级电容指标。三、超级电容充电时间计算超级电容充电时间根据下述公式计算 CXdV=IXt
其中，C表示电容器额定容量；V表示电容器工作电压；I表示电容器充电电流；t表示电容器充电时间。故6V，0. 5F的超级电容器，充电电流为500mA，则充电时间为 t =(CXdV)/I= (0. 5X6) /0. 5=6s
如果选择充电电流为800mA，则只需3. 75s。四、直流微型电机选择
采用无刷技术的直流微型发电机，该发电机有体积小、发电量大、低噪音、寿命长等特点，现有技术中有3-5W，额定电压3、6、9V等微型发电机。 根据超级电容充电要求，可选择3W，额定电压6V，转速3000rpm型微型发电机即可满足充电要求。在设计门锁内部变速加速齿轮组时，可用3-5级传动比(或更高传输比以达到所需转速)，可实现以50rps的转速带动发电机，锁柄转动在6s左右。如选择更大功率的微型发电机，可用占用更少时间发出人脸识别模块完成一次识别所需要的电量。
由此可见，本发明实施例通过锁柄转动充电转动齿轮，带动齿轮组产生一定转速，只要达到50rps，时间要6s-10s，即可产生一次人脸识别即控制开启门锁所需的功耗。综上所述，本发明实施例模块化设计结构简单，安装方便。电源由自发电模块、储能单元和电源管理单元构成，解决了门锁长期使用，电源供电带来的更换电池的烦恼，通过每次转动把手自发电，并存储电能供每次识别使用。自发电模块采用把手转动带动齿轮组， 调整齿轮传输比，满足发电所需转速要求；储能单元采用超级电容，可以调整超级电容串、 并联个数，满足人脸门锁功耗及输入电压需求。整体机械与电路结构简单，实现了一种自发电的人脸识别智能门锁。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种智能门锁，包括锁柄，其特征在于，该门锁还包括人脸识别模块，用于采集用户的人脸图像，通过对人脸图像的识别，对用户进行鉴权； 门锁控制模块，与人脸识别模块相连，用于当人脸识别模块对用户鉴权通过时，控制开启门锁；电源模块，与人脸识别模块和门锁控制模块相连，用于在用户通过锁柄开启或关闭门锁时，通过锁柄的转动发电，并存储电能，以供人脸识别模块和门锁控制模块使用。
2.根据权利要求1所述的门锁，其特征在于，所述电源模块，包括 动力传导单元，与锁柄相连，用于通过锁柄的转动产生动能；微型发电机，与动力传导单元相连，用于将动力传导单元产生的动能转化为电能； 储能单元，与微型发电机相连，用于存储微型发电机产生的电能； 电源管理单元，与储能单元相连，用于当需要通过人脸识别开启门锁时，向人脸识别模块和门锁控制模块提供电源。
3.根据权利要求2所述的门锁，其特征在于，所述动力传导单元，包括 充电转动齿轮，位于锁柄的轴上，由锁柄带动进行转动；变速加速齿轮组，与充电转动齿轮咬合，随着充电转动齿轮的转动而转动，达到预设转速，从而带动微型发电机发电。
4.根据权利要求3所述的门锁，其特征在于，所述预设转速，是预先根据微型发电机发电时间及发电功率确定的。
5.根据权利要求2所述的门锁，其特征在于，所述储能单元，由多个超级电容器构成。
6.根据权利要求5所述的门锁，其特征在于，所述多个超级电容器通过串联和/或并联的方式连接，使得所述储能单元能够存储预设电量。
7.根据权利要求2-6任一权项所述的门锁，其特征在于，所述电源模块，还包括启动按键，与电源管理单元相连，用于控制电源管理单元向人脸识别模块和门锁控制模块提供电源。
8.根据权利要求1所述的门锁，其特征在于，所述人脸识别模块，包括 图像采集单元，用于采集人脸图像；图像存储单元，用于存储人脸图像；匹配处理单元，用于将采集到的人脸图像，与存储的人脸图像进行匹配，当匹配成功时，触发门锁控制模块开启门锁。
9.根据权利要求8所述的门锁，其特征在于，所述人脸识别模块，还包括 登记按键，用于控制图像存储单元存储图像采集单元采集到的人脸图像； 删除按键，用于控制删除图像存储单元存储的人脸图像。
10.根据权利要求1所述的门锁，其特征在于，所述锁柄，包括外锁柄和内锁柄。
全文摘要
本发明公开了一种智能门锁，用以实现一种可自动发电的人脸识别智能门锁。本发明提供的一种智能门锁包括锁柄，还包括人脸识别模块，用于采集用户的人脸图像，通过对人脸图像的识别，对用户进行鉴权；门锁控制模块，与人脸识别模块相连，用于当人脸识别模块对用户鉴权通过时，控制开启门锁；电源模块，与人脸识别模块和门锁控制模块相连，用于在用户通过锁柄开启或关闭门锁时，通过锁柄的转动发电，并存储电能，以供人脸识别模块和门锁控制模块使用。
文档编号E05B49/00GK102230343SQ20111014604
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者丁勇, 刘昌平, 刘迎建, 曾建军, 李鑫旺, 石践 申请人:汉王科技股份有限公司