一种光励蓝牙ID智能安全锁芯的制作方法

本发明涉及智能安全锁芯装置技术领域，特别是涉及一种采用机械结构、红外、射频通信校验的多重验证的智能锁芯。

背景技术：

传统门锁锁芯是完全由机械结构实现的，存在牙花编码不足的问题，造成钥匙的互开率较高，为解决这个问题，有些厂家采用在钥匙端增加全球id唯一的芯片，该芯片以maxim公司的ds2400为代表，它们是单总线结构，对其控制只要一根地线和一根信号线即可。该方法提高了传统锁芯的安全性，实现了机电结合。但是由于存在接触方式将id码送到锁芯中的mcu中，需要在钥匙弹子的位置设立触点，这减少了机械钥匙上的牙花数，如房大伟,孙晓冬,马青玉,缪华.基于pic单片机的智能锁芯设计[j].南京师范大学学报(工程技术版),2013,01:25-29.文献中的锁芯。如果钥匙上供电，触点数更多，使得机械部分的牙花互开率上升更多，同时，这种通过弹子结构进行数据通信的方式电气连接工艺复杂，研发成本高。本发明可有效解决普通智能锁芯采用id芯片方案牙花编码减少、机械部分的牙花互开率上升、电气连接工艺复杂、研发成本高和稳定性差的不足。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种光励蓝牙id智能安全锁芯结构。

一种光励蓝牙id智能安全锁芯包括锁芯侧和钥匙侧。锁芯侧包括锁芯侧主控系统芯片电路，红外发射电路，433mhz射频接收电路，电机驱动及堵转检测电路，一键开关电源保持电路，电源电压检测电路，电池供电连接电路和开关。钥匙侧包括红外接收电路，主控制芯片电路，电源电路和射频发射电路。

所述的锁芯侧主控系统芯片电路包括单片机u2，第一非极性电容c1、第二非极性c2、第一极性电容c3和第三非极性c4；单片机u2型号为stm8s105。

所述的单片机u2的1脚与第一非极性电容c1的一端连接，第一非极性电容c1的另一端接gnd；单片机u2的4脚、10脚接gnd，5脚与第二非极性c2的一端连接，第二非极性c2的另一端接gnd；单片机u2的6脚、7脚、9脚与第一极性电容c3的正极、第三非极性c4的一端连接并接电池p3的正极，第一极性电容c3的负极、第三非极性c4的另一端连接并接地；单片机u2的2脚、3脚、8脚、14脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚、23脚、25脚、26脚、29脚、30脚、31脚、32脚架空。

红外发射电路包括第一电阻r1、第二电阻r4、第三电阻r7、第四电阻r8、第五电阻r16，第一三极管p5、第二三极管p8，第一红外发射二极管led1，第一肖特基二极管d1和第二肖特基二极管d3。

所述的第一电阻r1的一端与第二电阻r4的一端、第一三极管p5的发射极连接并接电池p3的正极，第一电阻r1的另一端与第二肖特基二极管d3的阴极、第三电阻r7的一端连接并接单片机u2的12脚，第二电阻r4的另一端与第四电阻r8的一端、第一肖特基二极管d1的阴极连接并接单片机u2的11脚；第一肖特基二极管d1的阳极和第二肖特基二极管d3的阳极接gnd；第三电阻r7的另一端与第一三极管p5的基极连接，第一三极管p5的集电极与第二三极管p8的发射极连接，第二三极管p8的基极与第四电阻r8的另一端连接，第二三极管p8的集电极与第五电阻r16的一端连接，第五电阻r16的另一端与第一红外发射二极管led1的阳极连接，第一红外发射二极管led1的阴极接gnd。

433mhz射频接收电路使用的是h3v4f型433mhz射频接收模块；所述的射频接收模块的1脚接电池p3的正极，2脚接单片机u2的13脚，3脚接gnd；

锁芯侧电机驱动及堵转检测电路包括第六电阻r2、第七电阻r5、第八电阻r10、第九电阻r6、第十电阻r3、第十一电阻r11、第十二电阻r14、第十三电阻r15，第一三极管p6、第二三极管p7、第三三极管n4、第四三极管n5和电机motor。

所述的第六电阻r2的一端接电池p3的正极，第六电阻r2的另一端与第七电阻r5的一端、第八电阻r10的一端连接并接单片机u2的28脚，第七电阻r5的另一端与第一三极管p6的基极连接，第一三极管p6的发射极连接到电池p3的正极，第一三极管p6的集电极与电机motor的2脚、第三三极管n4的集电极连接，第三三极管n4的基极连接到第八电阻r10的另外一端，第三三极管n4的发射极与第十二电阻r14的一端、第十三电阻r15的一端和第四三极管n5的发射极连接，第十三电阻r15的另外一端连接到单片机u2的16脚，第十二电阻r14的另外一端连接到gnd，第四三极管n5的集电极与电机motor的1脚和第二三极管p7的集电极连接，第四三极管n5的基极连接到第十一电阻r11的一端，第十一电阻r11的另外一端与单片机u2的27引脚、第十电阻r3的一端和第九电阻r6的一端连接，第九电阻r6的另外一端连接到第二三极管p7的基极，第十电阻r3的另外一端连接到电池p3的正极，第二三极管p7的发射极连接到电池p3的正极。

锁芯侧一键开关电源保持电路包括第十四电阻r13、第十五电阻r19、第十六电阻r9、第十七电阻r18、第十八电阻r20，第三肖特基二极管d2，第五三极管n1、第六三极管p1和第七三极管n3。

所述的第十四电阻r13的一端与单片机u2的22脚连接，第十四电阻r13的另一端与第十五电阻r19的一端、第五三极管n1的基极连接，第十五电阻r19的另一端与第三肖特基二极管d2的阴极连接并接gnd，第三肖特基二极管d2的阳极与第五三极管n1的发射极连接，第五三极管n1的集电极与第十六电阻r9的一端连接，第十六电阻r9的另一端与第六三极管p1的基极连接，第六三极管p1的发射极与电池p3的正极连接，第六三极管p1的集电极与第十七电阻r18的一端、第十八电阻r20的一端连接，第十七电阻r18的另一端与第七三极管n3的基极连接，第七三极管n3的集电极接gnd，第七三极管n3的发射极与第十八电阻r20的另一端连接并接pgnd。

锁芯侧电源电压检测电路包括第一发光二极管led2，第十九电阻r23和第二十电阻r24。

所述的第一发光二极管led2的阳极接电池p3的正极，第一发光二极管led2的阴极与第十九电阻r23的一端、第二十电阻r24的一端连接，第十九电阻r23的另一端与单片机u2的24脚连接，第二十电阻r24的另一端与单片机u2的15脚连接。

锁芯侧电池连接电路包括3节8号电池p3；电池p3的负极接pgnd，电池p3的正极接vcc。

锁芯侧开关是开关p4；开关p4的一端接pgnd，另一端接gnd。

钥匙侧红外接收电路包括hs0038红外接收管u5；红外接收管u5的1脚与单片机u3的4脚连接，2脚接gnd,3脚与单片机u3的3脚连接。

钥匙侧主控制芯片电路包括单片机u3和第二十一电阻r25，单片机u3的型号是msp430g2001；第二十一电阻r25的一端与单片机u3的10脚连接，第二十一电阻r25的另一端与电池p9正极连接；单片机u3的1脚接电池p9正极，14脚接gnd；5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、11脚、12脚、13脚架空。

钥匙侧电源电路包括电池p9，电池p9型号是cr2032；电池p9负极接gnd。

钥匙侧射频发射电路包括433mhz发射模块u4，发射模块u4型号是h34b-433；所述的发射模块u4的1脚与电池p9正极连接，2脚与单片机u3的2脚连接，单片机u3的3脚接gnd。

本发明的有益效果在于：

1.智能锁芯牙花数不减少：这是最重要的功能，牙花的多少直接决定锁芯的安全性，牙花不减少，机械部分的牙花互开率降低，锁芯的安全性也相应提升。

2.电气连接工艺简单：通过无线和红外的方式，线路工艺简单，稳定性提高，研发成本降低，系统更稳定。

3.低功耗：钥匙侧采用ti低功耗单片机，纽扣电池供电；锁芯侧使用一键开关电路，使得系统功耗低。

4.低成本：不使用机械方式进行数据通信，电气连接工艺简单，降低了成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是锁芯侧主控系统芯片电路图；

图3是锁芯侧红外发射电路图；

图4是锁芯侧433mhz射频接收电路图；

图5是锁芯侧电机驱动及堵转检测电路图；

图6是锁芯侧一键开关电源保持电路图；

图7是锁芯侧电源电压检测电路图；

图8是锁芯侧电池连接电路图；

图9是锁芯侧开关；

图10是钥匙侧红外接收电路图；

图11是钥匙侧主控制芯片电路图；

图12是钥匙侧电源电路图；

图13是钥匙侧射频发射电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，一种光励蓝牙id智能安全锁芯包括锁芯侧和钥匙侧。锁芯侧包括锁芯侧主控系统芯片电路，红外发射电路，433mhz射频接收电路，电机驱动及堵转检测电路，一键开关电源保持电路，电源电压检测电路，电池供电连接电路和开关。钥匙侧包括红外接收电路，主控制芯片电路，电源电路和射频发射电路。

如图2所示，所述的锁芯侧主控系统芯片电路包括单片机u2，第一非极性电容c1、第二非极性c2、第一极性电容c3和第三非极性c4；单片机u2型号为stm8s105。

所述的单片机u2的1脚与第一非极性电容c1的一端连接，第一非极性电容c1的另一端接gnd；单片机u2的4脚、10脚接gnd，5脚与第二非极性c2的一端连接，第二非极性c2的另一端接gnd；单片机u2的6脚、7脚、9脚与第一极性电容c3的正极、第三非极性c4的一端连接并接电池p3的正极，第一极性电容c3的负极、第三非极性c4的另一端连接并接地；单片机u2的2脚、3脚、8脚、14脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚、23脚、25脚、26脚、29脚、30脚、31脚、32脚架空。

如图3所示，红外发射电路包括第一电阻r1、第二电阻r4、第三电阻r7、第四电阻r8、第五电阻r16，第一三极管p5、第二三极管p8，第一红外发射二极管led1，第一肖特基二极管d1和第二肖特基二极管d3。

所述的第一电阻r1的一端与第二电阻r4的一端、第一三极管p5的发射极连接并接电池p3的正极，第一电阻r1的另一端与第二肖特基二极管d3的阴极、第三电阻r7的一端连接并接单片机u2的12脚，第二电阻r4的另一端与第四电阻r8的一端、第一肖特基二极管d1的阴极连接并接单片机u2的11脚；第一肖特基二极管d1的阳极和第二肖特基二极管d3的阳极接gnd；第三电阻r7的另一端与第一三极管p5的基极连接，第一三极管p5的集电极与第二三极管p8的发射极连接，第二三极管p8的基极与第四电阻r8的另一端连接，第二三极管p8的集电极与第五电阻r16的一端连接，第五电阻r16的另一端与第一红外发射二极管led1的阳极连接，第一红外发射二极管led1的阴极接gnd。

如图4所示，433mhz射频接收电路使用的是h3v4f型433mhz射频接收模块；所述的射频接收模块的1脚接电池p3的正极，2脚接单片机u2的13脚，3脚接gnd；

如图5所示，锁芯侧电机驱动及堵转检测电路包括第六电阻r2、第七电阻r5、第八电阻r10、第九电阻r6、第十电阻r3、第十一电阻r11、第十二电阻r14、第十三电阻r15，第一三极管p6、第二三极管p7、第三三极管n4、第四三极管n5和电机motor。

所述的第六电阻r2的一端接电池p3的正极，第六电阻r2的另一端与第七电阻r5的一端、第八电阻r10的一端连接并接单片机u2的28脚，第七电阻r5的另一端与第一三极管p6的基极连接，第一三极管p6的发射极连接到电池p3的正极，第一三极管p6的集电极与电机motor的2脚、第三三极管n4的集电极连接，第三三极管n4的基极连接到第八电阻r10的另外一端，第三三极管n4的发射极与第十二电阻r14的一端、第十三电阻r15的一端和第四三极管n5的发射极连接，第十三电阻r15的另外一端连接到单片机u2的16脚，第十二电阻r14的另外一端连接到gnd，第四三极管n5的集电极与电机motor的1脚和第二三极管p7的集电极连接，第四三极管n5的基极连接到第十一电阻r11的一端，第十一电阻r11的另外一端与单片机u2的27引脚、第十电阻r3的一端和第九电阻r6的一端连接，第九电阻r6的另外一端连接到第二三极管p7的基极，第十电阻r3的另外一端连接到电池p3的正极，第二三极管p7的发射极连接到电池p3的正极。

如图6所示，锁芯侧一键开关电源保持电路包括第十四电阻r13、第十五电阻r19、第十六电阻r9、第十七电阻r18、第十八电阻r20，第三肖特基二极管d2，第五三极管n1、第六三极管p1和第七三极管n3。

所述的第十四电阻r13的一端与单片机u2的22脚连接，第十四电阻r13的另一端与第十五电阻r19的一端、第五三极管n1的基极连接，第十五电阻r19的另一端与第三肖特基二极管d2的阴极连接并接gnd，第三肖特基二极管d2的阳极与第五三极管n1的发射极连接，第五三极管n1的集电极与第十六电阻r9的一端连接，第十六电阻r9的另一端与第六三极管p1的基极连接，第六三极管p1的发射极与电池p3的正极连接，第六三极管p1的集电极与第十七电阻r18的一端、第十八电阻r20的一端连接，第十七电阻r18的另一端与第七三极管n3的基极连接，第七三极管n3的集电极接gnd，第七三极管n3的发射极与第十八电阻r20的另一端连接并接pgnd。

如图7所示，锁芯侧电源电压检测电路包括第一发光二极管led2，第十九电阻r23和第二十电阻r24。

所述的第一发光二极管led2的阳极接电池p3的正极，第一发光二极管led2的阴极与第十九电阻r23的一端、第二十电阻r24的一端连接，第十九电阻r23的另一端与单片机u2的24脚连接，第二十电阻r24的另一端与单片机u2的15脚连接。

如图8所示，锁芯侧电池连接电路包括3节8号电池p3；电池p3的负极接pgnd，电池p3的正极接vcc。

如图9所示，锁芯侧开关是开关p4；开关p4的一端接pgnd，另一端接gnd。

如图10所示，钥匙侧红外接收电路包括hs0038红外接收管u5；红外接收管u5的1脚与单片机u3的4脚连接，2脚接gnd,3脚与单片机u3的3脚连接。

如图11所示，钥匙侧主控制芯片电路包括单片机u3和第二十一电阻r25，单片机u3的型号是msp430g2001；第二十一电阻r25的一端与单片机u3的10脚连接，第二十一电阻r25的另一端与电池p9正极连接；单片机u3的1脚接电池p9正极，14脚接gnd；5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、11脚、12脚、13脚架空。

如图12所示，钥匙侧电源电路包括电池p9，电池p9型号是cr2032；电池p9负极接gnd。

如图13所示，钥匙侧射频发射电路包括433mhz发射模块u4，发射模块u4型号是h34b-433；所述的发射模块u4的1脚与电池p9正极连接，2脚与单片机u3的2脚连接，单片机u3的3脚接gnd。

如图1所示，本发明主要分为钥匙侧和锁芯侧两部分，其中钥匙侧能够接收红外信号，并发出433mhz射频信息；而锁芯侧能够发送红外信号和接收433mhz信息，来验证钥匙侧的信息是否匹配。钥匙侧和锁芯侧具体工作如下：

1、钥匙侧：在钥匙上，设计有任意的单片机(比如msp430g2001单片机)，同时设计有红外接收模块电路与433mhz的蓝牙发送电路，在软件协议上配备接收红外激励码、蓝牙发送同步头、id(身份识别码)数据和发送结束码等的方式，可靠地将id通过433mhz的蓝牙技术发送到锁芯侧中。

2、锁芯侧：在锁芯上，设计有任意的单片机，内有flashrom或eeprom可以保存程序和设定的多条钥匙id信息，在程序的控制下，mcu发送红外激励码到钥匙上的红外接收管，匹配后钥匙上单片机启动钥匙的433mhz发射电路发送id数据，锁芯接收钥匙的433mhz射频发射的id数据，判断锁芯内部存储中是否存在与钥匙相同的id，如果相同，则控制电机开启锁舌卡扣，达到开启锁芯的目的，如果钥匙的机械牙花不对或id不对，则无法开启锁芯。

为降低锁芯侧的供电，在锁芯中设定开关，同时在电路中实现电源保持电路。达到只有插入机械钥匙，电源电路起作用，平时不消耗电能，延长电池寿命，同时，钥匙侧的红外接收管也是通过单片机控制其启动和停止，平时耗电很低。

具体的工作流程如下：

钥匙上的单片机给红外接收模块进行短脉冲供电同时读取红外接收模块是否有信号输入，平时没有正确红外信号输入时钥匙只有单片机和红外接收管u5工作，而且功耗很低。当钥匙插入锁芯，锁芯内的开关(如图9中的p4)会被按下，gnd和pgnd导通，单片机u2开始上电工作，图6中的gnd-con连接到u2(stm8s105单片机)的io口，单片机可以控制gnd-con的电平实现对锁芯单片机的电源进行控制，pgnd连接到电池的负极，vcc连接到电池的正极，而锁芯单片机的电源供给端分别是连接到vcc和gnd，当p4按键没有按下也就是钥匙没有插入且系统断电状态时，则gnd-con这个连接到单片机io口的引脚是浮空状态，n1的集电极和发射极不导通，从而p1集电极和发射极断开，从而n3集电极和发射极断开，故电池地线pgnd和单片机供电的gnd地线不导通，故形成不了导电回路，系统功耗很小，当钥匙插入锁芯，则图9中的p4按键被按下，gnd和pgnd直接是连在一起，单片机系统上电了，通过程序控制单片机gnd-con引脚为高电平，则n1集电极和发射极导通，从而p1和n3集电极和发射极导通，也就是gnd和pgnd通过单片机控制gnd-con引脚实现了导通，单片机系统可以保持系统通电了，同时，当钥匙拔出，锁芯单片机控制gnd-con引脚为低电平，则gnd和pgnd引脚断开，实现了只有插入钥匙则锁芯单片机u2开始上电并工作，单片机有控制系统通断电的功能。钥匙插入锁芯，单片机u2(使用stm8s105单片机)控制系统一键开关保持电路gnd-con引脚为高电平实现系统上电，上电后控制图3锁芯端红外发射电路发射红外激励码，其中f38khz连接到单片机u2的11引脚给红外发射管led1(比如：tsal6200型号)提供载波，tx-hw连接到单片机u2的12口给led1发送数据。钥匙上的红外接收电路如图10所示，u3单片机检测到有红外激励码则开始通过控制u4实现图13这个433mhz射频发射电路模块(比如：h34b-433)发送钥匙id到图4上u1无线射频接收模块电路(比如：h3v4f)，图2的u2通过图4的u1接收到id后与u2内部存储中的id比较，如果一致则说明钥匙是匹配的，u2控制驱动电路图5(这个是经典h桥电机驱动电路，桥端连接到电机正负极，p-m+和p-m-连接到u2的io口，imotor连接到u2的ad模数转换接口测量电机堵转电流，u2控制p-m+和p-m-这两个引脚实现对电机的控制，r14为一个小电阻，它上面流过的电流在其上面的分压大小显示电机的工作是否正常，堵转则电流大，r14上的电压也就大，imotor连接到u2的ad接口采集到其电压就知道电机是否堵转，故可以进行堵转判断)，如果此时机械部分的牙花也验证通过，则可以成功将锁芯打开，否则，任何一项未验证通过，锁芯都无法打开。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，但这些也应视为本发明的保护范围内。