专利名称：锁、钥匙及开锁方法
技术领域：
本发明涉及一种基于射频识别技术的锁、钥匙及开锁方法。
背景技术：
常用的锁具包括机械锁和电子锁。其中，机械锁因其价格便宜而被广泛采用，但机械锁的结构相对简单，安全性不高。另外，机械锁的锁头孔暴露在外，雨水容易进入到锁头内，锁头会因生锈而造成接触不良，影响其寿命和使用。电子锁则采用电子信号承载开锁数据，由于开锁数据可以设置的较为复杂，因此安全性较高，且由于其结构不需要暴露在外，也避免了雨水的浸溃，寿命较长，使用较方便。如中国专利申请号为200720067038. 6的实用新型的说明书中就公开了一种电子 锁和对应的电子钥匙，其采用了射频识别(RFID)技术来读取电子钥匙中的开锁数据，实现开锁。但是，上述采用RFID技术的电子锁存在下述问题其由于采用射频方式传输，因此，需要电子锁始终处于带电状态以形成供电子锁感应的磁场，因此能耗较大。而对于电子锁应用在如电动车、电动摩托等使用电池的设备上时，由于电能有限，因此对降低能耗提出了更高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种锁、钥匙及开锁方法，以实现对能耗的降低。本发明涉及一种锁，包括钥匙检测模块，用于在钥匙被正确置入锁的特定位置时输出特定数量的电平跳变信号;控制模块，与钥匙检测模块连接，用于当一定时间内收到所述特定数量的电平信号时控制射频感应天线进入工作模式，以及根据射频感应天线上传的钥匙的开锁数据控制开锁；射频感应天线，与控制模块连接，用于在控制模块控制其进入工作模式时，接收钥匙的开锁数据上传给控制模块。由上，用于实现当有钥匙插入时，控制模块唤醒射频感应天线，当钥匙未插入时，则射频感应天线不进入工作模式，可保持在低能耗模式，从而实现节能。其中，所述钥匙检测模块包括设置在锁的腔体内的红外线检测模块或弹性接触式开关，用于检测钥匙是否被正确置入锁的特定位置，或/和检测钥匙上的孔数量并对应生成特定数量的电平跳变信号。由上，通过判断钥匙孔数量是否正确，作为判断钥匙是否为正确的钥匙的一个步骤，不仅可以在非正确钥匙时仍控制射频感应天线不进入工作模式，保持低功耗节能，并且还可以实现对钥匙正确的一个判断，增强安全性，降低钥匙被盗用开锁数据的可能性。
进一步的，锁还包括报警模块，与控制模块连接，用于接收控制模块当判断上传的钥匙的开锁数据无效时的控制发出报警。由上，用于实现无效开锁时发出报警信息，进一步提高安全性。本发明还涉及一种钥匙，包括依次连接的射频感应天线、控制模块和存储有开锁数据的芯片；所述钥匙的控制模块用于将所述芯片中的开锁数据通过所述射频感应天线发送给锁。
所述钥匙对应锁的钥匙检测模块部位设置设定数量的孔。由上，实现钥匙与锁相匹配。进一步的，所述不同孔之间的间距、不同孔的大小按照设定的数值设置。由上，通过所述孔之间的间距、不同孔的大小，可以进一步作为检测钥匙是否匹配的依据，提高开锁的安全性。本发明还涉及一种锁的开锁方法，包括步骤A、获取在钥匙被置入锁的特定位置时输出的电平跳变信号；B :判断所述孔数量为特定数量时，控制锁进入工作模式，接收钥匙的开锁数据控制开锁。由上，用于实现当有钥匙插入时，且输出的电平跳变信号符合要求的特定数量时，即初步判断钥匙有效时，控制锁进入工作模式，否则可保持在低能耗模式，从而实现节能。且通过电平跳变次数作为判断钥匙有效的步骤，提高了开锁安全性。其中，所述锁的特定位置为锁的腔体；步骤A所述电平跳变信号为钥匙插入锁的腔体时由锁输出的一个跳变电平信号。由上，实现了当钥匙插入后，才控制锁进入工作模式，否则可保持在低能耗模式，从而实现节能。其中，所述钥匙上设置设定数量的孔；所述锁的特定位置为锁的腔体；步骤A所述电平跳变信号为钥匙插入锁的腔体过程中，由锁通过检测所述设定数量的孔所生成的特定数量的电平跳变信号。由上，当输出的电平跳变信号符合要求的特定数量时，即初步判断钥匙有效时，控制锁进入工作模式，否则可保持在低能耗模式，从而实现节能。且通过电平跳变次数作为判断钥匙有效的步骤，提高了开锁安全性。进一步的，步骤B还包括判断孔数量非特定数量时，控制锁处于包括断开到锁的射频感应天线供电的低功耗模式。由上，实现对能耗的降低。进一步的，所述钥匙上设置的设定数量的孔具有不同的间距或不同的大小；步骤A还包括获取对应所述孔的不同的间距或不同的大小的特定电平信号的波形，或特定电平信号的占空比；步骤B控制锁接收钥匙的开锁数据控制开锁前还包括判断所述波形或所示占空比为特定波形或占空比的步骤。由上，通过锁孔距对应的波形、占空比作为开锁的一个依据，进一步增加锁的安全性。
图I为本发明提供的电子锁的结构示意图；图2为本发明提供的电子锁、电子钥匙的原理图；图3为本发明提供的红外线检测模块的电路图；图4为本发明提供的开锁方法流程图；图5为本发明电子钥匙插入电子锁中所检测出的电平变化示意图。
具体实施例方式下面结合图I到图3详细介绍本发明提供的锁。本发明的实施例中所匹配的钥匙采用了如图I中示出的卡式电子钥匙，本实施例将以该电子钥匙和匹配的电子锁作为实施例进行说明。如图2出示了本发明锁的原理图，该图中同时示出了所匹配的电子钥匙200。其中电子钥匙200包括依次连接的射频感应天线、控制模块和存储有开锁数据的芯片(未图示)。所述开锁数据包括电子钥匙ID和/或开锁码字等。射频感应天线通过与电子锁100的电磁感应产生电流为电子钥匙200进行供电，并由控制模块将上述芯片中的开锁 数据处理后通过射频感应天线发送给电子锁100。其中，本例中电子钥匙200采用了感应卡式，不难理解，也可以是异形电子钥匙，包括钥匙圈或个性化图形等。电子锁100包括红外线检测模块110、控制模块111、射频感应天线112和报警模块114。其中红外线检测模块110与控制模块111连接，用于检测电子钥匙200是否被放置在电子锁100的特定位置，如检测是否插入图I示出的电子锁100的腔体内，并将检测结果传送至控制模块111。如图I所示的实施例中，红外线检测模块110包括分别设置于电子锁100腔体上、下部的红外线发射管和红外线接收管。当电子锁100的腔体中未插入电子钥匙200时，红外线接收管接收红外线发射管所发射的红外线，使得红外线接收管导通，向与其连接的控制模块111输出高电平信号。相应的，当电子锁100的腔体中插入电子钥匙200时，红外线接收管因红外线被电子钥匙200所阻断而无法导通，向与其连接的控制模块111输出低电平f目号。如图3示出了上述的红外线检测模块110的电路原理图，包括作为红外线发射管的发光二极管、作为红外线接收管的NPN型光敏三极管IC6，发光二极管的正极和光敏三极管IC6的集电极连接+5V电源，IC6的发射极连接一并联的RC电路接地，IC6的发射极用于连接控制模块111。控制模块111分别与红外线检测模块110、射频感应天线112和报警模块114连接，用于根据红外线检测模块110的检测结果控制自身及射频感应天线的工作模式，以及根据通过射频感应天线112接收的电子钥匙200的开锁数据控制开锁。 所述控制模块111至少包括带有可模拟存储器功能的闪存(FLASH ROM)的微处理器(MCU)、信息收发电路和电平检测电路(图中均未标出)。其中，电平检测电路与图3中光敏三极管IC6的发射极连接，信息收发电路与图2中的射频感应天线112连接。微处理器根据电平检测电路检测的低高电平，控制自身及射频感应天线112是否进入工作模式，以及根据从信息收发电路接收的射频感应天线112上传的电子钥匙200的开锁数据控制开锁。其中，上述工作模式包括正常工作及正常供电模式，对应的非工作模式包括控制模块111的低功耗模式及射频感应天线112的断电模式。所述微处理器依据电平检测电路输入其端口的电平低或高，判断是否有电子钥匙200插入电子锁100的腔体，进而控制整个系统的工作模式。具体来说，若红外线检测模块110输出高电平(无电子钥匙200插入)，则微处理器控制系统进入低功耗模式，降低电流输出以节省系统电能消耗；相应的，若红外线检测模块110输出低电平，则唤醒控制模块111，微处理器发出控制信息，控制射频感应天线112发出驱动频率。另外，控制模块111还可用于根据接收到的红外线检测模块110的检测结果和通过射频感应天线112接收的电子钥匙200的开锁数据同时控制开锁。这里所述的检测结果包括设定时间内接收到的红外线检测模块110的高低电平的数量。如图5示出了电子钥匙·插入电子锁中所检测出的电平变化示意图，该图中示出电子钥匙200设置有多个孔，在钥匙插入锁的过程，由于红外线检测模块110被连续的遮挡，从而对应输出高低电平信号。图5中的波形，即为钥匙向左侧插入锁时所得到的高低电平构成的波形，该波形0时刻之前是钥匙未遮挡红外检测模块110，故红外检测模块110在对应0时刻之前输出高电平，之后被卡片遮挡及被孔部分有导通，从而相应的输出了图5所示的波形。对应的，控制模块111将会连续依次接收到对应的多个高低电平信号，并可将多个高低电平信号转换为对应的多个数值I与0，将所转换的多个I与0构成的值作为判断是否开锁的一部分，用于是否控制射频感应天线112进行正常工作模式的条件。对于无孔的电子钥匙，可视为孔为0的特例，此时，未有电子钥匙200插入时低电平数量为0，对应上述例子中插入一次时低电平数量为I。进一步的，还可以设置不同孔之间的不同距离，进而不仅可得到的高低电平的数量，还可以得到每个孔对应的高低电平的占空比(即高电平时长、低电平时长，此时收到的第一个跳变信号之后与最后一个跳变信号之前的信号为用于计算占空比的有效信号)或得到对应如图5示出的不同间距的高低电平的波形图(此时为0与I的跳变信号图，0表示低电平，I表示高电平)，相应的用于是否控制射频感应天线112进入工作的条件，增加了安全性。具体来说，若孔间距离(L1)与孔的长度(L2)相等，则控制模块111所接收到的高低电平的各自持续时间相同，其比为I : 1，即孔的占空比为1/2。若孔间距离(L1)为孔的长度(L2)一倍，即L1 = 2L2时，不难理解，控制模块111所接收到的高低电平的各自持续时间的比为I 2，即孔的占空比为1/(1+2) =1/3。其中，上述高低电平的数量的记录可采用计数模块实现，所述每个孔对应的高低电平的占空比或所占时间比可采用计时器记录相应的时间并进行计算来实现。另外，对应波形或占空比来说，与钥匙插入锁的是否匀速有关，因此，上述波形和占空比可以设置一定的误差范围，当在所述误差范围内均作为所符合的波形或占空比。射频感应天线112与控制模块111连接，用于在控制模块111控制其处于工作模式时，产生用于为电子钥匙200进行电磁感应供电的交变磁场，及接收电子钥匙200的开锁数据上传给控制模块111。
其中，射频感应天线112可包括感应模块1121与线圈1122。其中感应模块1121生成驱动频率驱动线圈113产生交变磁场，以与电子钥匙200交换信息及提供可进行电磁感应供电的交变磁场。另外，上述控制模块111的微处理器和其内部的闪存还可使电子钥匙200具备学习能力，以使电子锁100可以重复使用并提高其安全系数。具体来说，若已授权的电子钥匙200丢失，若依旧使用备用电子钥匙200则势必给电子锁100的安全性带来隐患。若更换电子锁100则会成本上升，并且带来不必要的浪费。有鉴于此，当原电子钥匙200丢失后，用户可到授权部门更换新电子钥匙200’(新电子钥匙200’的开锁数据与之前的电子钥匙200的开锁数据不同)，新电子钥匙200’首先需要学习，即通过某种设定方式，把所读的新电子钥匙200’开锁数据储存至闪存，此数据为新的授权开锁数据。原电子钥匙200便成为无权钥匙。学习过程结束后再次读取新电子钥匙的开锁数据，如果读出的开锁数据和已存储信息一致，即可使得电动车解锁，并正常使用，如果不一致，不能够开锁。报警模块114用于在控制模块111验证接收的电子钥匙200的开锁数据无效时进 行报警，可采用声音报警和LED警示灯报警。下面结合图4示出的电子锁的开锁流程图，对本发明的开锁方法进行详细说明，包括以下步骤步骤310 :红外检测模块110检测是否有电子钥匙200插入电子锁腔体。若是，则进入步骤320，否则重复本步骤。如上文所述，所述红外检测模块110的检测方法为通过红外线接收管是否导通为依据，若电子钥匙200插入，则红外线接收管因被阻断而无法导通。另外，可通过改变电子钥匙200的形状或结构提高安全性。具体来说，为保证电子锁钥匙200读取灵敏度，其内部射频感应天线通常沿电子钥匙200的边界设置，距离边界约2-3mm。由此，可对电子钥匙200中间的空白部分加以利用。例如上文所述，在电子钥匙200中间的空白部分制作一个或多个矩形孔，这样，在电子钥匙200插入腔体过程中，由于矩形孔的存在，使得红外线接收管被多次导通和遮挡，输出对应的多个高、低电平。从而，控制模块111可依据短时间内所述电平变化的个数判断是否插入了正确的电子钥匙200。进一步的，还可通过电子钥匙200插入电子锁腔体的次数为判断依据开锁，以提升开锁的安全系数。例如，预先设定电子钥匙200插入次数N时，则控制模块111检测是否在规定时间内有N组电平变化输入，N可为2、3、4，达到要求后才会进入步骤320。步骤320 :控制模块111控制射频感应天线112发射交变磁场，为电子钥匙200提供感应电源，以及通过射频感应天线112从电子钥匙200获取开锁数据。步骤330 :控制模块111验证上述电子钥匙200的开锁数据的有效性，若验证结果为有效，则控制开锁，结束本流程，否则控制报警模块114进行报警。另外，上述红外线检测模块110是采用红外方式检测电子钥匙是否被插入电子锁腔体这一特定位置并输出相应的低高电平，也可以采用其他方式来进行检测，例如在电子锁腔体内原红外线发射管、接收管处采用一处于常闭状态的弹性接触式开关来替代，同样可以通过检查该开关被开合(被电子钥匙非孔处断开开关)或被闭合(如处于电子钥匙的矩形孔时)的次数输出相应的低、高电平。其中，将用于检测电子钥匙是否被插入电子锁腔体的模块统称电子钥匙检测模块。例如该接触开关为垂直电子钥匙设置的弹性钢片，一端被固定连接与开关的一侧，另一端弹性接触至开关的另一侧的触点，钥匙插入锁的过程，由于孔的存在，会使得弹性钢片与触点进行断开与导通的交替变化。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。例如上述实施例 中的电子钥匙为卡式结构，不难理解，其结构只要是能够伸入电子锁对应的腔体即可。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种锁，其特征在于，包括 钥匙检测模块，用于在钥匙(200)被正确置入锁(100)的特定位置时输出特定数量的电平跳变信号； 控制模块(111)，与钥匙(200)检测模块连接，用于当一定时间内收到所述特定数量的电平信号时控制射频感应天线(112)进入工作模式，以及根据射频感应天线(112)上传的钥匙(200)的开锁数据控制开锁； 射频感应天线(112)，与控制模块(111)连接，用于在控制模块(111)控制其进入工作模式时，接收钥匙(200)的开锁数据上传给控制模块(111)。
2.根据权利要求I所述的锁，其特征在于，所述钥匙检测模块包括 设置在锁的腔体内的红外线检测模块(110)或弹性接触式开关，用于检测钥匙(200)是否被正确置入锁(100)的特定位置，或/和检测钥匙(200)上的孔数量并对应生成特定 数量的电平跳变信号。
3.根据权利要求I或2所述的锁，其特征在于，还包括 报警模块(114)，与控制模块(111)连接，用于接收控制模块(111)当判断上传的钥匙(200)的开锁数据无效时的控制发出报警。
4.一种钥匙，其特征在于，包括 依次连接的射频感应天线、控制模块和存储有开锁数据的芯片；所述钥匙(200)的控制模块用于将所述芯片中的开锁数据通过所述射频感应天线发送给锁(100)； 所述钥匙(200)对应锁(100)的钥匙检测模块部位设置设定数量的孔。
5.根据权利要求4所述的钥匙，其特征在于，所述不同孔之间的间距、不同孔的大小按照设定的数值设置。
6.一种锁的开锁方法，包括步骤 A、获取在钥匙(200)被置入锁(100)的特定位置时输出的电平跳变信号； B:判断所述电平跳变信号数量为特定数量时，控制锁(100)进入工作模式，接收钥匙(200)的开锁数据控制开锁。
7.根据权利要求6所述的开锁方法，其特征在于， 所述锁(100)的特定位置为锁(100)的腔体； 步骤A所述电平跳变信号为钥匙(200)插入锁(100)的腔体时由锁(100)输出的一个跳变电平号。
8.根据权利要求6所述的开锁方法，其特征在于，所述钥匙(200)上设置设定数量的孔； 所述锁(100)的特定位置为锁(100)的腔体； 步骤A所述电平跳变信号为钥匙(200)插入锁(100)的腔体过程中，由锁(100)通过检测所述设定数量的孔所生成的特定数量的电平跳变信号。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B还包括判断所述电平跳变信号数量非特定数量时，控制锁(100)处于包括断开到锁(100)的射频感应天线供电的低功耗模式。
10.根据权利要求6所述的开锁方法，其特征在于，所述钥匙(200)上设置的设定数量的孔具有不同的间距或不同的大小；步骤A还包括获取对应所述孔的不同的间距或不同的大小的特定电平信号的波形，或特定电平信号的占空比； 步骤B控制锁接收钥匙(200)的开锁数据控制开锁前还包括判断所述波形或所示占空比为特定波形或占空比的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种锁，包括钥匙检测模块，用于在钥匙被正确置入锁的特定位置时输出特定数量的电平信号；控制模块，与钥匙检测模块连接，用于当一定时间内收到所述特定数量的电平信号时控制射频感应天线进入工作模式，以及根据射频感应天线上传的钥匙的开锁数据控制开锁；射频感应天线，与控制模块连接，用于在控制模块控制其进入工作模式时，接收钥匙的开锁数据上传给控制模块。本发明还相应提供了钥匙的开锁方法。使用本发明可以实现锁的能耗的降低。
文档编号G06K7/08GK102758567SQ20111010409
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者俞庆, 朱旬, 杨彪, 汤金武, 范纪青 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔科技有限公司