电子锁系统的制作方法

1.本披露内容涉及一种锁系统、特别是电子锁系统。本技术要求于2020年6月2日提交的美国临时申请63/033,571和于2020年8月6日提交的美国临时申请号63/062,166的优先权，这些临时申请的全部披露内容通过援引并入本文。


背景技术：

2.到目前为止，门锁是住宅和商业环境中最常见的安全措施之一。数百年来，锁的基本结构一直没有改变。试图开门的用户将不规则齿状的钥匙插入锁中。齿对应于锁中的弹子，并且在物理上与弹子相互作用。如果所有的弹子都被其对应的钥匙齿提升到正确的水平高度，用户就可以解开锁定机构。虽然这种系统得到了广泛的使用，但它确实存在局限性。因为只有一种齿配置可以打开给定的锁，如果钥匙丢失、被复制或被盗，那么锁就不再安全。一旦发生这种情况，就必须更换整个锁或重新配制钥匙，并向所有用户发放新钥匙，这是一个繁琐且耗时的过程。因为锁本质上是纯机械的，所以它不会产生何人开了门或何时开门的录入记录。
3.物理锁面通常必须是坚固的且具有较高的硬度，以承受恶意攻击。在一些锁中，这是通过将小钢片添加到黄铜锁面上来实现的，黄铜锁面处很容易钻孔和绕开。在其他锁中，整个面由坚固的钢制成，以便能够保护整个面。
4.关于射频识别(rfid)锁，电磁信号无法穿过金属平面。因此，一种常见的解决方案是使用带有rfid读取器的塑料面，其锁定机构附接在门锁的内侧。如果塑料面被钻穿，则不易获得实际的锁定机构。其他一些锁使用玻璃。一种锁使用大猩猩玻璃(gorilla glass)，这是一种由康宁公司(corning)研发的化学强化玻璃。玻璃是无定形的，且受热会逐渐软化。
5.用户试图通过使用电子锁来解决这些问题，需要令牌、代码、生物特征输入或其他唯一标识符才能打开电子锁。因为这些系统是电子的，所以它们需要电源，比如线路电源或电池。如果锁的电池耗尽，或者锁被切断了线路电源，那么这个锁就变得毫无用处。密码锁可能会将其代码泄露给其他未经授权的用户。锁的钥匙卡可能与其他卡混淆或丢失。此外，这些锁不适合传统的门把手，并且必须专门安装。
6.在现有技术中，对可以改装到现有的门和锁系统上并解决上述问题的电子锁系统的需求尚未得到满足。


技术实现要素：

7.在此呈现的实施例提供了通过使用锁来改进访问控制的方法、装置和系统。所呈现的一些实施例包括榫接和留匙形状因数的锁。
8.在一个实施例中，智能锁头可以执行包括以下操作的过程：接纳钥匙，发射电磁辐射能量源；检测由于该钥匙的物理性质引起的该能量源的变化，根据该能量源的变化确定该钥匙的物理性质，将该物理性质与预定值进行比较，以及当该物理性质与该预定值相匹
配时，接合操作性地耦接到锁定装置的机构，使该锁定装置解锁。
9.在另一个实施例中，智能锁头可以将能量源实施为光。
10.在另一个实施例中，智能锁头可以将钥匙的物理性质实施为钥匙的形状。
11.在另一个实施例中，钥匙被设计为在传统的弹子锁、叶片锁、盘簧锁和杠杆锁的任何组合中起作用。
12.在另一个实施例中，能量源从能量发射阵列发射，并且其中，在能量检测阵列中检测能量源的变化。
13.在另一个实施例中，能量源在偏振滤光片中被偏振。
14.在另一个实施例中，能量源对于特定的智能锁头是唯一的。
15.在另一个实施例中，钥匙被接纳在钥匙槽中。
16.在另一个实施例中，在传感器的二维阵列中测量能量源的变化。
17.在另一个实施例中，智能锁头进一步实施以下过程：通过至少部分地容纳在智能锁头中的电磁装置接合该机构；并且当该电磁装置被配置为充当发电机时，用该电磁装置中生成的能量给该智能锁头供电。
18.在另一个实施例中，钥匙的物理性质是钥匙的两个或更多个侧面的形状。
19.在另一个实施例中，智能锁头被设计为适合传统的标准化锁头。
20.在另一个实施例中，在像素传感器、mxene光电探测器、电荷耦合装置、medipix传感器、互补金属氧化物半导体传感器、光电二极管传感器和光电像素阵列中的一个或多个中测量能量源的变化。
21.在另一个实施例中，能量源的变化衡量钥匙投射的阴影、钥匙反射的光、钥匙区域的电容以及钥匙区域的导电率中的一个或多个性质。
22.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：将钥匙接纳在钥匙槽中；通过钥匙在钥匙槽中的旋转生成电力；将该电力储存在储存装置中；用该电力操作智能锁头。
23.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：将钥匙接纳在钥匙槽中；通过钥匙在钥匙槽中的平移生成电力；将该电力储存在储存装置中；用该电力操作智能锁头。
24.在另一个实施例中，储存装置在智能锁头的内部。
25.在另一个实施例中，在线圈中生成电力，并且向该线圈供应电力以接合锁定机构。
26.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：通过感应天线接收电力；将该电力储存在储存装置中；以及用该电力操作智能锁头。
27.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：从钥匙、射频标识、超宽带信号和生物特征衍生标识中的两个或更多个的组合接收唯一标识；并且当该唯一标识与预定值相匹配时，接合操作性地耦接到锁定装置的机构，使该锁定装置解锁。
28.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：接收关于钥匙的一组信息；对该组信息执行数学函数；将数学函数的结果与预定值进行比较；并且当该唯一标识与预定值相匹配时，接合操作性地耦接到锁定装置的机构，使该锁定装置解锁。
29.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：在通信波段上从中央服务器接收解锁代码；并且当该解锁代码与预定值相匹配时，接合操作性地耦接到锁定装置的机构，使该锁定装置解锁。
30.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：测量旋钮的旋转；将旋转角度与
预定值进行比较；并且当该旋转角度与预定值相匹配时，接合操作性地耦接到锁定装置的机构，使该锁定装置解锁。
31.在另一个实施例中，智能锁头可以实施以下过程：识别具有第一物理特性的第一把钥匙；进入编程模式；接受具有第二物理特性的第二把钥匙；以及将第二把钥匙记录为用于接合机构的有效钥匙。
附图说明
32.图1是智能锁头的一个实施例的图示。
33.图2是构成智能锁头的一个实施例的部件的图示。
34.图3是智能锁头中的锁芯的一个实施例的图示。
35.图4是智能锁头的离合器和发电机的图示。
36.图5是智能锁头的离合器和发电机接合时的图示。
37.图6是不同形状因数的智能锁头的实施例的图示，在本例中为留匙锁头或kik锁头。
38.图7是kik锁头形状因数的实施例的分解视图的图示。
39.图8是用于智能锁头的通信和充电的天线复合体的示意性图示。
40.图9是用于扫描物理钥匙的一种配置的图示。
41.图10是钥匙1010和检测器区域1020的平面视图的图示，其突出显示了钥匙1030的正在被数字化的区域。
42.图11是突出显示了用于对钥匙进行数字化的方法的图示。
43.图12是被数字化的钥匙部分的图像的图示。
44.图13是线性数字化系统的图示。
45.图14是二维数字化系统的图示。
46.图15是可以操作性地耦接到智能锁头(未示出)的wi-fi网桥1520的图示。
47.图16是智能锁头的图示，其中密码锁形成解锁程序的一部分。
48.图17是智能锁头系统中的面板1710和通信板1720的图示。
49.图18是具有用于给智能锁供电的集成太阳能电池的智能锁通信板的简图。
50.图19是智能锁头的电源管理单元1900的框图。
51.图20是具有微控制器单元(mcu)和内部加速度计的智能锁头控制板的图示。
52.图21是使用警报地图作为其主要用户界面的智能锁系统的界面的图示。
53.图22示出了通过图21的警报地图访问的终端用户界面2200。
54.图23示出了具有替代性锁定界面的智能锁头。
具体实施方式
55.下面参考附图描述代表性实施例。应当理解，以下描述旨在描述代表性实施例，而不是限制所附权利要求。在本说明书中，为了简洁、清楚和理解，使用了某些术语。除了现有技术的要求之外，没有施加不必要的限制，因为这些术语仅用于描述的目的，并且旨在进行广泛的解释。本文描述的不同系统和方法可以单独使用或者与其他系统和方法结合使用。在所附权利要求的范围内，各种等同物、替代物和修改是可能的。所附权利要求中的每个限
制旨在仅当术语“用于
……
的装置”或“用于
……
的步骤”在相应的限制中被明确陈述时才援引35u.s.c.
§
112第六段下的解释。
56.一方面，该系统的自供电智能锁头可以允许家庭和企业所有者将任何机械锁系统变换成高度安全的智能锁。安装后，用户通常可以对任何现有的访问装置(比如但不限于物理钥匙、射频识别(rfid)装置或智能手机)进行永久或临时访问编程。放置在智能锁头中的电子传感器可以扫描和存储物理钥匙的配置文件，以允许所有者以数字方式管理、跟踪和授权访问。
57.系统内的锁可以是自供电的，并且与现有的门硬件向后兼容。一方面，这种“交钥匙”解决方案允许用户快速将他们的机械录入系统变换成智能锁系统。此外，当联网时，这些锁可以结合其他访问方法，比如但不限于rfid、蓝牙和生物特征验证，并充当生成有价值的录入数据的安全访问监控系统。访问管理系统通常使用户能够通过其管理网络来管理、存储和共享其用户的数字签名。另外，用户可以通过自己的数字配置文件管理和共享其自己的物理钥匙和rfid钥匙的访问。
58.图1是智能锁头100的一个实施例的图示。智能锁头100可以包括带有钥匙槽120的锁芯110、带有可能的螺纹或引导件的锁头本体130以及凸轮锁150。智能锁头100呈榫接锁的形状因数，但是其他形状因数也是可能的。智能锁头100可以被配置为适合其他传统的或标准化的锁头，例如但不限于榫接锁头、留匙(kik)锁头、欧式锁头、卵形锁头以及可互换芯的锁头。
59.图2是构成智能锁头200的一个实施例的部件的图示。锁芯本体210包括一个或多个偏振片212、一个或多个发射器/检测器阵列214以及一个或多个发射器/检测器控制模块216。这些部件的不同配置也被认为是其他实施例的一部分。锁芯本体210的部件被锁芯盖220所包含。锁芯本体210、锁头面板224和通信板226被包含在锁头壳体235中。
60.电力储存装置240也被包含在锁头壳体235中，并且可以包括电容器、电池和其他电力储存配件的组合。控制板245也称为控制模块，通常控制并操作性地耦接到智能锁头的各种部件，并在整个装置中连接和分配电力。与通信板226结合，控制板245可以收集、整流和储存智能锁头200内或由智能锁头产生的能量。离合器轴250、转子255、定子260和带有集成离合器压盘的凸轮锁260允许锁转动与锁接合的机械连杆。当生成电力时，锁芯本体210通常自由旋转，通过转子255相对于定子260的运动生成电能。能量可以由控制板245收集、整流并储存在电力储存装置240中。这些元件的其他配置也被认为是其他实施例的一部分。
61.图3是智能锁头中的锁芯的一个实施例的图示。锁芯通常包括带有可选钥匙槽322的锁芯本体320。锁芯本体320进一步包括能量发射控制板330、能量发射阵列340、可选的发射滤光片350、可选的检测滤光片360、能量检测阵列370、能量检测控制板380和锁芯盖390。可选的发射滤光片350和可选的检测滤光片360可以是偏振滤光片、准直器滤光片或其他发射调节滤光片。
62.在操作中，能量发射控制板330或远程控制模块可以激活和控制来自能量发射阵列340的能量发射。能量发射阵列340是一种形式的能量发射器，并且产生和发射电磁能量，无论是可见光谱光、紫外光、红外光、高频无线电波的形式，还是可由能量检测阵列370检测的任何其他能量形式。这种能量的发射可以从发射器的二维阵列中均等地或以规则的模式产生。能量发射的持续时间可以从短暂的闪光到持续的照明。发射对于每个智能锁头可以
是唯一的，或者被设计为使得在所有单元或其子集上是一致的。
63.当钥匙被接纳并且能量发射阵列340被激活时，能量检测板380从能量检测阵列370或其他能量检测器接收数据并且控制来自能量检测阵列或其他能量检测器的能量检测。由于钥匙的物理性质，检测到的能量不同于发射的能量。能量检测阵列370可以是能够检测从能量发射阵列340产生的能量的存在和大小的传感器或传感器阵列。能量检测阵列370的传感器可以被配置为线性的、二维的或采用侧重于钥匙的测量特性的其他配置。传感器的潜在类型包括但不限于以下各项的任何组合：像素传感器；2d过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物(mxene)光电探测器；电荷耦合装置(ccd)；medipix传感器；互补金属氧化物半导体(cmos)、光电二极管传感器和光电像素阵列。可以使用其他类型的传感器，其中一些传感器可以更好地检测其他形式的电磁辐射。然后可以从检测到的能量中推断出钥匙的物理性质。一些可以测量的物理性质(不仅限于这些物理性质)包括钥匙投射的阴影、钥匙反射的光、钥匙区域的电容、钥匙区域的导电率、钥匙区域的颜色等。发射器和传感器的不同配置可以对钥匙的两个或更多个侧面进行数字化。
64.图4是智能锁头的离合器和发电机的图示。关于离合器轴410、转子420、定子430、离合器435和凸轮锁440示出了锁芯400。离合器轴410具有连接到锁芯400的面板表面。凸轮锁440具有结合到转子的集成离合器压盘。转子420和凸轮锁440可以通过机械齿或通过摩擦结合。其他离合器机构也是可能的。
65.图5是智能锁头的离合器和发电机接合时的图示。离合器轴510接合电磁转子520，该电磁转子被磁化并建立吸引从动离合器540的磁回路。从动离合器540可以被拉向转子520，从而在接触时产生摩擦力。可替代地，转子520可以被拉向从动离合器540，从而在接触时产生摩擦力。瞬时摩擦可以通过转子520和从动离合器540的类似于对应齿轮齿的接触表面来实现。从动离合器540驱动机械耦接到锁定机构的凸轮。离合器和发电机可以完全或部分地容纳在智能锁头中，或者可以远离智能锁头但操作性地耦接到智能锁头。因此，当智能锁头确定钥匙与预定值相匹配时，凸轮可以被接合，以使智能锁头锁定或解锁锁定机构。
66.智能锁头的离合器也可以用于生成电力。任何线圈，在存在移动磁场的情况下，都会产生可以被整流和使用的能量。在一种实施方式中，定子530可以被供电以生成磁场。当转子520在用户的动作下旋转时，生成可以被整流并储存在电力储存装置中的电流，随后或同时使用该电力给智能锁头供电。在另一种实施方式中，定子530可以被实施为永磁体。在另一种实施方式中，转子520可以用于通过电磁体或通过永磁体生成磁场，而定子530可以生成电力。在这种实施方式中，可以接合离合器从而转动锁定机构，或者可以选择足够弱的磁场以不接合离合器。
67.图6是不同形状因数的智能锁头的实施例的图示，在本例中为留匙锁头或kik锁头。智能锁头可以被构造为兼容多种不同的形状因数，包括榫眼、轮缘和图示的kik形状因数。带有钥匙槽620的锁头本体610与作为锁定机构的螺线管630耦接。在智能锁头的这种实施方式中，不需要离合器机构，因为锁与螺线管630接合。螺线管630可以实施为双稳态或闭锁螺线管。用于致动锁定机构的其他机电机构也是可能的。
68.图7是kik锁头形状因数的实施例的分解视图的图示。示出了锁头本体710、螺线管712和螺线管芯714。还示出，锁芯本体720包括显示环722、盖724、外部辐射滤光片726或锁芯护套(其被设计为防止外部光或外来物体进入智能锁头)、发射和检测阵列730、控制板
740和壳体盖750。一旦钥匙扫描完成且钥匙配置文件被接受，螺线管712就会通电，从而释放螺线管芯714，并使锁芯本体720旋转以将门解锁。
69.图8是用于智能锁头的通信和充电的天线复合体的示意性图示。描绘了天线810、天线820、天线830、天线840和天线850，其中开关860允许天线830耦接到天线820。天线可以具有不同的尺寸，以便最好地使用入射辐射来经由智能锁头的感应天线进行感应供电或者在许多不同频率上进行通信。
70.智能锁头通常可以使用几种不同的rfid频率。通常，最常见的是低频(lf)(125khz至134khz)、高频(hf)(13.56mhz)和超高频(uhf)(433mhz和860mhz至960mhz)。与智能锁头相关联的多个天线允许系统在检测到无源或有源标签时在不同的传输频率之间切换。因此，智能锁头可以用较小的封装尺寸实现双重功能。在一个实施例中，天线可以同时检测和读取两个不同频率(例如但不限于，125khz和13.56mhz)的rfid标签。天线830可以在期望的频率下操作，直到开关860闭合，然后以不同的期望频率发射。该功能可以提高安全性，因为只允许访问的rfid标签可以使用第一频率，而允许访问智能锁头编程的rfid标签可以使用第二频率。
71.智能锁头还可以使用蓝牙，这是一种无线技术标准，用于使用工业、科学和医疗无线电波段(从2.402ghz至2.480ghz)中的短波长uhf无线电波在固定装置与移动装置之间短距离交换数据，并建立个人局域网(pan)。蓝牙低功耗或rsl10在保持类似的通信范围的同时，大大降低了功耗和成本。智能锁头可以使用这些标准来优化电池寿命。
72.智能锁头可以组合来自两个或更多个识别源(比如，物理钥匙、rfid、超宽带信号、生物特征识别特性或其他特定用途的装置)的信息。因此，要求通过多于一种手段进行认证，从而提高了安全性。此外，智能锁头可以被编程为仅在特定时间或者当另一个人在场时或者当锁在预定的时间窗口内已经被不同的凭证激活时工作。可以通过外部手段检测到另一个人在场，并将此情况传送到智能锁，或者可以通过接收指示该人在场的射频信号或生物特征数据来直接检测。
73.智能锁头可以从外部源编程，也可以通过用预先配置的钥匙对锁进行操作来编程。例如，可以将具有预定物理特性的第一把钥匙插入锁中，使锁进入编程模式。然后可以插入第二把钥匙，以将钥匙的物理特性作为授权钥匙编程到锁中。可以使用类似的技术来要求两把钥匙才能操作一把锁。可以插入第一把钥匙并且将其识别为授权的，但不足以打开锁。然后可以插入第二把钥匙并将其识别为授权的，从而使锁接合或脱离接合。该系统可以要求在第一把钥匙与第二把钥匙之间存在预定时间，以确保两把钥匙近距离呈现。类似地，如果在预定时间窗口内已经使用了第一把钥匙，则可以禁用另一把授权的钥匙。这可以防止两个人被允许同时进入同一空间。
74.图9是用于扫描物理钥匙的一种配置的图示。钥匙910插入发射器模块920与检测器模块930之间的钥匙槽(未示出)中。发射器模块920可以包括发光二极管(led)阵列、发射器控制模块和偏振片，但也可以使用更少的部件。检测器模块930可以包括光电二极管传感器、光电像素阵列或任何其他考虑的传感器元件。检测器模块930还可以包括偏振片和检测器控制模块。取决于所实施的扫描方法，所测量的特性可以包括在钥匙中发现的机械、电气或冶金特征。
75.图10是钥匙1010和检测器区域1020的平面视图的图示，其突出显示了钥匙1030的
正在被数字化的区域。在其他配置中，可以对钥匙的其他部分进行数字化并进行比较。对数字化的这个方面进行了详细说明，以使从业者了解整个过程。
76.图11是突出显示了用于对钥匙进行数字化的方法的图示。在这种方法中，在区域1120中扫描钥匙1110，以确定钥匙边缘1130的物理形状。因此，它测量的特性类似于机械锁测量的特性。但是，它指出了机械锁的重大改进。机械锁仅限于测量每个弹子或凸轮与钥匙相互作用的钥匙，通常只有五个或六个点。本方法在更多的点上测量钥匙，仅受传感器分辨率的限制。本方法可以同时测量钥匙的一个或多个传统特性：与弹子锁、叶片锁、盘簧锁、杠杆锁相互作用的特性、以及其他传统钥匙特性。此外，本方法可以测量钥匙的许多特质，而不仅仅是它的形状。一些特质包括但不限于形状、反射率、导电率、电容、颜色、温度、成分和钥匙的其他物理性质。
77.图12是被数字化的钥匙部分的图像的图示。该图示示出了比机械锁的细节精细得多的智能锁头的细节。使用摄影测量方法对钥匙按比例进行数字化。
78.图13和图14是示出了如何测量钥匙的图示。图13是线性数字化系统的图示，示出了低分辨率扫描1320、中分辨率扫描1330和高分辨率扫描1340。图14是二维数字化系统的图示，也示出了低分辨率扫描1420、中分辨率扫描1430和高分辨率扫描1440。
79.从发射器传递到检测器的光由突出显示的明亮区域表征。一种代表性的技术受黎曼和(riemann sum)数学方法的启发，并且是以检测器的分辨率沿着钥匙的长度执行的。多种分辨率是可能的，较高的分辨率提高更好的粒度，但是较低的分辨率更容易实施。钥匙以可配置的段数进行扫描。通过测量传感器处记录的光量来确定这些段中的每一个的面积。以可配置的误差或公差容限来构造段的字符串。误差容限允许系统适应可允许的钥匙的差异、对准变化和其他因读数不同而变化的特性。钥匙的数字化部分的字符串表示允许在授权钥匙的数据库中进行匹配。这些预定的授权钥匙可以由这些钥匙的预定物理性质来表示。通过查找符合由字符串和误差或公差容限表征的范围的条目，对所呈现的钥匙的数据库查找考虑了误差或公差容限。
80.图15是可以操作性地耦接到智能锁头(未示出)的wi-fi网桥1520的图示。wi-fi网桥1520包括天线1530和天线1540。wi-fi网桥1520可以通过与智能锁头的单独数字通信将智能锁头连接到建筑物的无线互联网。由于这些类型的数字通信协议(ble、xbee等)的典型有限范围能力，可能需要将wi-fi网桥1520插入到安装智能锁头的位置一定距离(比如但不限于《2米)内的插座(比如但不限于标准120v电力线)中。wi-fi网桥1520不仅提供了将智能锁头连接到互联网的机会，还提供了经由感应充电对智能锁头进行无线再充电的机会。明显的好处是在智能锁头的使用寿命内，智能锁头将不再需要手动再充电或更换电池。除wi-fi之外，智能锁头还可以通过收集其他环境电磁能量的系统来供电。智能锁头可以拦截和储存所有数字通信方式中使用的无线能量。入射的射频辐射被接收在智能锁头天线中并被整流。由此产生的电力短期或长期储存在电容器或电池中。
81.图16是智能锁头的图示，其中密码锁形成解锁程序的一部分。智能锁头1610示出了旋钮1615。旋钮1615可以是始终与锁保持在一起的手柄，或者可以是已经插入智能锁头1610的钥匙。当旋钮1615是钥匙时，智能锁头可以验证是否已经插入正确的钥匙以及密码锁是否输入正确，从而在接合锁之前确认两个单独的凭证。智能锁头1610以配置1620和配置1630示出，展现了旋钮1615或钥匙被设置到旋钮位置1625和旋钮位置1635。智能锁头可
以测量旋钮1615或钥匙的旋转变化，将旋转角度与预定值或值序列进行比较，并且当旋转与预定值或值序列相匹配时接合锁。智能锁头1610上的标记被示出为圆点。然而，可以用示出每个标记的任何符号的主动式显示器来制作标记。以这种方式，每次用户解锁密码时，密码运动都可以改变。
82.图17是智能锁头系统中的面板1710和通信板1720的图示。面板1710为智能锁头提供保护和安装表面。传统的锁的面板是由金属制成的，有时会加固以使其更难被撬开。智能锁可能需要将射频通信、射频电力、用于通信的光和电力传递到通信板1720。可以使用塑料面板，因为它可以被形成为允许这些通过，但是塑料会受到影响，因为该塑料面板更容易被穿透且总体上不太安全。
83.智能锁面板1710可以由陶瓷面制成。陶瓷的优点是能够由使电磁波谱波长通过的材料形成。可以形成使射频或特定波长的光通过的特定材料。另外，陶瓷可以形成为坚硬且耐钻的，以满足并超越传统的锁的面板的需求。
84.智能锁面板1710可以由蓝宝石制成。蓝宝石在摩氏矿物硬度表(mohs scale of mineral hardness)上的硬度为9。因此，蓝宝石对钻孔和其他形式的篡改具有很强的抵抗力。另外，蓝宝石还将保持无划痕。蓝宝石可以在工业过程中形成，并且用金刚石工具形成。蓝宝石不易碎，并且比玻璃或其他替代品能更好地使光谱通过。通常，玻璃的透射率波长在300nm至3000nm之间，而蓝宝石的透射率在300nm至6000nm之间。这允许蓝宝石锁面覆盖光伏电池，并且与其他解决方案相比使更多可用光通过以用于能量生产。
85.也可以使用用于智能锁面板x10的其他材料，比如氧化锆、尖晶石、钇铝石榴石(yag)和氧化钇。一种具有高强度和现有供应链的常见陶瓷是二氧化锆(zro2)，也称为氧化锆。这通常用于陶瓷刀等消费产品。氧化锆是摩氏硬度大于9的不透明材料。另一种令人感兴趣的陶瓷是铝酸镁尖晶石(mgal2o4)，也称为尖晶石。尖晶石的光学透射率范围与蓝宝石相似，可用于军事应用的透明装甲。存在类似的陶瓷，称为钇铝石榴石(yag)，其化学形式为y3al5o
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。yag的硬度为8.5，但其从200nm至5500nm的光透射率类似于蓝宝石和尖晶石。最后，还存在三氧化二钇(y2o3)，也称为氧化钇，其具有更大的光透射谱。所有这些陶瓷都可以用于制造防篡改的锁面，每一种都具有不同的优点。
86.智能锁面板1710可以用多种材料的分层来创建，以便结合每种材料的最佳益处。在一个示例中，蓝宝石可以形成智能锁面的外层，随后是作为减震器的塑料层。智能锁面板1710可以由本身抗微生物的材料制成，比如但不限于银、铜、有机硅烷。或者智能锁面板1710的材料可以是多种材料的混合体，这些材料具有抗菌特性所期望的硬度或其他物理性质。对紫外辐射(uv)透明的智能锁面板1710(比如，蓝宝石或其他材料)可以由uv发光二极管(led)从后面照亮，以对面板进行消毒。无源红外传感器(pir)或其他传感器技术可以用于确定是否有人在场，以便仅当无人在场时进行消毒。智能锁面板1710可以通过将led安装在锁框或门把手上而由uv led正面照亮。
87.图18是具有用于给智能锁供电的集成太阳能电池的智能锁通信板的简图。为智能锁供电既需要激活锁所需的能量，也需要稳态操作所需的持续能量。可以使用太阳能电池来满足这些能量需求。单晶电池的光谱灵敏度范围为300nm(近紫外)至1100nm(近红外)，其中包括可见光(400nm至700nm)，这使其成为室内使用的最佳解决方案。
88.图19是智能锁头的电源管理单元1900的框图。智能锁可以用多个电源构造。一些
示例包括但不限于：线路电源、电池电源、超级电容器电源、发电机电源、太阳能电池电源、感应天线中的射频采集电源。在简图中，示出了发电机1910和光伏电池1920，但是更多的源是可能的。这些源可以由电源管理单元1900组合。需要电源管理单元(pmu)在各种电源之间切换。智能锁使用pmu在电磁离合器充电与太阳能电池充电之间智能切换，或者使用电池作为主电源。例如，因此太阳能电池可以用于对超级电容器或电池充电。在该简图中，示出了能量储存装置1930。在一个示例中，单晶太阳能电池可以直接放置在蓝宝石智能锁面的后面。这可以产生稳定电源，该稳定电源储存在超级电容器或电池中，直到锁需要。在该简图中，电源管理单元1900向微控制器单元(mcu)和其他部件1940供电。太阳能可以在锁的两次使用之间为电力储存机构补充电力，以便在需要时有更多的电力可用。对于需要比太阳能所能提供的电力更多的电力的锁机构，总储存电力将缓慢下降，但是将比没有可用的次级电源时下降得更慢。这可以延长电池的整体寿命，并限制必要的充电事件次数。
89.亚德诺半导体公司(analog devices)的adp5091是一款可用的电源管理单元。电源管理单元1900结合了使用多个输入电源所需的部件。例如，最大电源点跟踪器1950允许光伏电池1920负载阻抗匹配，从而可以提取最大电量。升压转换器1960允许将来自比如发电机1910、光伏电池1920和其他源的各种生成的电压转换为可用电压。能量路由1970从发电机1910、光伏电池1920和能量储存装置1930接收电力，并将电力发送到能量储存装置1930和mcu/部件1940。这种电源管理解决方案允许智能锁头高效地使用尽可能多的可用电源。
90.图20是具有微控制器单元(mcu)2010和内部加速度计2020的智能锁头控制板的图示。加速度计2020可以被配置为锁机构的一部分。由加速度计2020产生的数据可以被mcu 2010用来监测锁的正常功能——检测与锁和该锁保护的门的正常使用相对应的操作。该数据还可以用于检测篡改行为——锤子、锯子、钻头或任何其他装置以意想不到的方式作用于锁。然后，锁可以向远程监控系统发送警报，远程监控系统可以触发警报、或者可以激活故障安全锁定机构，使其更难破门而入。最后，该数据可以用于检测任何机械部件开始出现故障的异常锁定行为。然后，可以向用户和系统管理员通知锁定系统的潜在故障。
91.图21是使用警报地图作为其主要用户界面的智能锁系统的界面的图示。一组智能锁头和控制系统可以一起被配置成电子锁系统。该控制系统可以用预定值的数据库配置各个智能锁头，这些预定值与智能锁头被配置为接受的物理钥匙相对应。实施所描述的智能锁的锁系统可以通过警报地图与用户交互。警报地图是示出安装了一组锁的区域的布局的简图。警报地图2110以宽缩放级别示出了系统。警报地图2120示出了放大到一个建筑物内部的系统。警报地图警告2130示出了可以如何在地图上叠加警告。
92.除了向用户管理员发出警报之外，相同的系统界面对终端用户也很有用。警报地图允许用户只需在地图上选择感兴趣的锁并按下请求访问按钮，即可请求访问锁定区域。
93.图22示出了通过图21的警报地图访问的终端用户界面2200。与他们的账户有关的字段(如姓名、电子邮件地址和身份信息)会自动填入。当用户在警报地图上选择了特定锁时，会自动填入与该锁有关的字段(比如建筑物和房间号)。用户可以输入请求访问的原因。
94.然后，锁系统的管理员可以准确地看到用户请求访问的位置，并可以通过类似的界面提供该访问。当有一连串的人需要授权时，请求可以通过该链向上传递，同时完全保留在系统中。可以向终端用户和访问控制链中的每个代理示出请求的去向，以便他们更好地
了解授权的确定时间。当作为物理图呈现时，该系统更直观且更容易理解，并且导致锁定系统的配置中的错误更少。
95.本说明书中所提到的所有出版物和专利申请均通过相同程度的援引并入本文，如同每个单独的出版物或专利申请是通过援引特定且单独并入的。
96.为了展示和描述的目的已经呈现了对代表性实施例的上述描述。上述描述并不意图是穷尽的或将权利要求限于所披露的精确形式，并且鉴于以上教导，修改和变化是可能的或者可以从实践中获得。选择并描述这些实施例的目的在于解释权利要求的原理及其实际实施例，以使本领域的技术人员能够在各种实施例中利用权利要求，并进行各种修改以适合预期的特定用途。
97.应当认识到，本领域技术人员将能够设计出体现本实用新型的原理并且包括在本实用新型的精神和范围内的各种布置(尽管未在本文明确描述或示出)。此外，本文所列举的所有示例和条件语言仅旨在用于教学目的，以帮助读者理解本实用新型的原理。本披露内容及其相关参考文献应被解释为不限于这种具体列举的示例和条件。此外，本文中列举本实用新型的原理、方面和实施例及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其结构等效物和功能等效物。此外，此类等效物意图包括当前已知的等效物以及将来开发的等效物，即，执行相同功能的任何元件，而不管结构如何。
98.本领域技术人员应当认识到，本文的框图表示体现本实用新型原理的说明性电路系统、算法和功能步骤的概念视图。类似地，应当认识到，任何流程图(flow chart)、流程图(flow diagram)、信号图、系统图、代码等表示可以基本上在计算机可读介质中表示并因此由计算机或处理器执行的各种过程，无论这种计算机或处理器是否被明确示出。另外，本文使用了一个或多个流程图。流程图的使用不旨在限制执行这些操作的顺序。
99.附图中所示的各种元件的功能(包括标记为“处理器”或“系统”的功能块)可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、共享处理器或多个单独的处理器(其中一些处理器可以是共享的)来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专门指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(dsp)硬件、用于存储软件的只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、非易失性存储装置或者数字或模拟逻辑的混合体。也可以包括传统的和/或定制的其他硬件。类似地，本文描述的任何部件或装置的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动来执行，具体技术可由实施者选择，如从上下文中更具体理解的。
100.本文表示为用于执行特定功能的装置的任何元件旨在涵盖执行该功能的任何方式，包括例如执行该功能的电路元件的组合或任何形式的软件，因此包括与用于执行该软件以执行该功能的适当电路相结合的固件、微代码等。本文定义的本实用新型在于以下事实，即由各种列举的装置提供的功能以操作描述所要求的方式被组合和汇集在一起。申请人将可以提供这些功能的任何装置视为本文所示装置的等同物。