CN102587734B - 机电双控智能锁具及门锁系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机电双控智能锁具，包括锁体，在锁体上设置有门磁定位传感器、电机驱动系统和电控主板，门磁定位传感器、电机驱动系统分别通过导线与电控主板连接；在门把上设置按键板和射频采集电路，按键板和射频采集电路通过电缆与电控主板连接；还公开了一种门锁系统，包括至少两个机电双控智能锁具，每个机电双控智能锁具通过通讯模块与管理员终端连接。本发明的积极效果是：支持多种开启方式和锁定方式；具备完善的使用管理系统，配合严格的权限管理，系统支持多用户、多权限操作；具备完善的信息管理系统，支持联网信息记录、脱机操作信息记录及信息查询与打印；具有自动报警、紧急驱动、断电保护及防非法开启等应急处理功能。

Description

机电双控智能锁具及门锁系统

技术领域

本发明涉及一种锁具及门锁系统，尤其是涉及一种机电双控智能锁具及门锁系统。

背景技术

现有的电动锁只有单一的开门、关门功能，只对门禁进行控制，本身的输入信号检测简单，只有门磁检测，没有对锁体本身的控制，而且也不具有网络通讯功能，不能实现远程控制。传统的电动锁的控制没有形成闭合的反馈系统，不能准确地得知开关、关门命令的执行结果；传统的锁具不能辨别开锁命令是否非法、开锁人是否被胁迫等。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种高安全、高可靠、高度人性化的机电双控智能锁具及门锁系统，支持多种开启方式和锁定方式；具备完善的使用管理系统，配合严格的权限管理，系统支持多用户、多权限操作；具备完善的信息管理系统，支持联网信息记录、脱机操作信息记录及信息查询与打印；具有自动报警、紧急驱动、断电保护及防非法开启等应急处理功能；标准RS485总线配套安全、智能、人性化的管理员终端，组成强大的网络控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机电双控智能锁具，包括锁体，在锁体上设置有门磁定位传感器、电机驱动系统和电控主板，所述门磁定位传感器、电机驱动系统分别通过导线与电控主板连接；在门把上还设置有按键板和射频采集电路，所述按键板和射频采集电路通过电缆与电控主板连接；所述电控主板通过导线与通讯模块、开关电源连接；所述电控主板包括电源单元、CPU微处理器、数据综合处理单元及对外接口。

所述电源单元包括断电延时保护模块、第一稳压模块和第二稳压模块，所述断电延时保护模块通过电源接口与开关电源连接；断电延时保护模块还依次与第一稳压模块和第二稳压模块连接，第一稳压模块与CPU微处理器和键盘连接，第二稳压模块通过电缆与射频采集板连接。

所述断电延时保护模块包括依次连接的防反相模块、限流模块和储能器件，所述防反相模块与第一稳压模块连接；在所述限流模块和第一稳压模块之间还连接有储能限制模块；所述限流模块还通过检测模块与微处理器连接。

所述数据综合处理单元包括分别与CPU微处理器连接的电机驱动控制器、通讯回路、光电隔离回路、信号采集回路、模拟量输入回路、开关量输出回路和锁舌行程检测回路，其中：通讯回路通过通讯接口与通讯模块连接；光电隔离回路和信号采集回路通过开门信号接口与外部开关连接；模拟量输入回路与电源单元连接；开关量输出回路通过开关量输出接口与外围设备连接；电机驱动控制器通过电机驱动接口与电机连接。

所述CPU微处理器还与报警装置连接。

本发明还提供了一种利用机电双控智能锁具的门锁系统，包括至少两个机电双控智能锁具，每个机电双控智能锁具通过通讯模块与管理员终端连接。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：解决了现有锁具不具备通讯功能的问题，运用标准RS485总线配套安全、智能、人性化的管理员终端，组成强大的网络控制系统，综合射频技术、网络技术、电子技术，实现锁具的多种开启方式和锁定方式，实现数据共享，具备完善的使用管理、权限管理、信息管理，具有自动报警、紧急驱动、断电保护及防非法开启等应急处理功能，具体表现如下：

（1）采用了最新嵌入式计算机技术，综合了射频技术、网络技术、电子技术等。

（2）宽范围直流电源供电，适应范围广、可靠性高。

（3）抗冲击力强、机械强度高、防暴力破坏。

（4）采用大功率电机驱动，独特齿轮及滑道传动，开关流畅、响应迅速。

（5）实现网络通讯。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的机电双控智能锁具的结构示意图；

图2是本发明的门锁系统图；

图3是本发明的智能控制系统原理框图；

图4为本发明的断电延时保护模块的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种机电双控智能锁具，包括门磁定位传感器1、电机驱动系统2、电控主板3、锁体4、按键板5、门把6、通讯模块7和开关电源8，其中：门磁定位传感器1、电机驱动系统2、电控主板3通过螺钉安装在锁体4上，按键板5通过螺钉安装在门把6上，门磁定位传感器1、电机驱动系统2分别通过导线与电控主板3连接，完成数据传输。电控主板3与按键板5之间通过扁平电缆连接，完成数据传输。电控主板3与通讯模块7、开关电源8之间采用导线连接。

如图2所示，每一单个的机电双控智能锁具还具备联网功能，可通过其通讯模块7实现与上位系统或管理员终端的通讯联网，每个管理员终端可以监控128个锁，通过网络中继器级联，可以实现无限制的级联。

如图3所示，电控主板3和按键板5组成机电双控智能锁具的智能控制系统，其中电控主板3包括电源单元、CPU微处理器、数据综合处理单元及对外接口；所述按键板5包括射频发射装置、按键区和刷卡、键盘接口。

所述CPU微处理器采用ATmega系列RISC结构单片机作为核心处理器，实现数据存储，具备断电保持功能。

所述电源单元包括断电延时保护模块、第一稳压模块和第二稳压模块，所述断电延时保护模块通过电源接口与开关电源连接；断电延时保护模块还依次与第一稳压模块和第二稳压模块连接，第一稳压模块与CPU微处理器和键盘连接，第二稳压模块通过电缆与射频采集板连接。

所述数据综合处理单元包括分别与CPU微处理器连接的电机驱动控制器、通讯回路、光电隔离回路、信号采集回路、模拟量输入回路、开关量输出回路和锁舌行程检测回路，其中：通讯回路通过通讯接口与通讯模块连接；光电隔离回路和信号采集回路通过开门信号接口与外部开关连接；模拟量输入回路与电源单元连接；开关量输出回路通过开关量输出接口与外围设备连接；电机驱动控制器通过电机驱动接口与电机驱动系统连接。

如图4所示，断电延时保护模块包括依次连接的防反相模块、限流模块和储能器件，所述防反相模块与第一稳压模块连接；在所述限流模块和第一稳压模块之间还连接有储能限制模块；所述限流模块还通过检测模块与微处理器连接。其中：

防反相模块用于防止用户误操作，将外部开关电源输入的直流电压信号正端和负端接反，避免损坏内部元器件。

限流模块用于避免直流电源直接接在储能器件上，损坏储能器件。

储能限制模块的作用是：一.防止外部直流电源正常时通过防反相模块直接接在储能器件上，损坏储能器件。二.防止外部直流电源失电时，电源必须经过限流模块，造成电源损耗。

储能器件的作用是：当外部直流电源正常时，经过限流模块对储能器件进行充电，保证当外部直流电源突然失电时为稳压模块短时间提供备用电源。

检测模块的作用是：外部直流电源突然失电时，检测储能器件是否工作，并将检测值送至微处理器，由微处理器判断储能器件是否储满电能。

本发明的工作原理是：管理员终端可实现门锁的远程控制：开启、紧急开启（系统在紧急情况下可以启动应急功能，通过总台或管理员终端发出指令，快速打开所有的联网锁具，便于特殊情况下人员的疏散，确保人身安全）、电子锁定（管理终端和开门按钮、密码、刷卡均无法开门，只有使用钥匙才可以开启锁具。）、机械锁定（管理终端和开门按钮、密码、刷卡可开门，使用钥匙无法开启锁具。）锁死锁定（管理终端和开门按钮、密码、刷卡、钥匙均无法开门，只有通过键盘密码解锁后才可以开门），可实时读取操作者开门信息、门锁状态信息（开启、关闭、故障），具有胁迫开门、门锁断电报警提示功能，且历史开门记录可以转换成文本格式，实现数据共享，具备多级管理功能。

所述数据综合处理单元的通讯回路是RS485通讯回路，管理员终端通过该回路实现对锁具的操作，以及读取来自锁具的反馈数据，实现锁具内保存的用户信息、操作信息等实时上传，即使断电后数据仍存在锁具内部。

所述电源单元接收来自开关电源8的15VDC直流电源，经断电延时保护模块处理后由第一稳压模块转换成5VDC直流电源，供电控主板和按键回路使用，另一路由第二稳压模块转换成3.3VDC直流电源，供射频采集使用；断电延时保护模块主要为系统强制关门时提供电源，另外断电延时保护模块还输出一路信号由CPU采集，用以判断电源信号是否正常，系统断电或电源不正常时输出到CPU的信号状态改变，CPU检测到该信号变化后，通过网络发布报警信息同时发出信号到报警装置，实现自动报警。

所述数据综合处理单元中的锁舌行程检测回路是通过安装在电控主板上的2只锁舌行程传感器检测锁舌的行程，当机电双控智能锁具处于关闭状态时，其中一只锁舌行程传感器输出一个开关量信号至CPU，当机电双控智能锁具处于开启状态时，另一只锁舌行程传感器输出一个开关量信号至CPU。

当接收到外部开门信号，需要开启机电双控智能锁具时，将这个开关量作为开门信号A送至CPU，同时检测外部开门信号量的大小，并且将检测出来的值作为开门信号B送至CPU，由CPU判断该信号是否在信号的有效范围内，当CPU同时接收到两路信号且两种信号均正常,且当前门是处于关闭状态则CPU送出一组信号到电机驱动器，驱动电机带动锁舌快速运动，锁舌移动过程中CPU实时检测锁舌行程是否开到位，如果开到位，则CPU停止驱动电机并输出开到位信号，完成开门动作。如果在预定时间内门没有开到位，则系统送出故障信号。

当门处于开启状态且门对正时，CPU输出电机控制信号,驱动电机带动锁舌快速运动，执行关门动作，锁舌移动过程中CPU实时检测舌行程是否关到位，如果关到位，则CPU停止驱动电机并输出关到位信号，完成关门动作。如果在预定时间内门没有关到位，则系统送出故障信号。

CPU输出一组开关量信号至电机驱动控制器，由该控制器将CPU输出的微弱信号转换成能驱动电机的大功率信号，用以控制电机动作。

CPU输出一组开关量信号，用以指示当前机电双控智能锁具的状态，即是否开到位、是否关到位、是否故障。该信号经开关量输出回路处理后提供给外围设备使用，如果有故障存在，CPU输出一个报警信号到主板上的报警装置，由该装置发出报警声提示用户报警存在。

当用户需要开启或锁定锁具时，可通过按键区输入密码，也可采用射频ID卡或IC卡在射频发射装置处扫描，采集到的数据经射频采集电路传输到主板上的CPU微处理器上，由CPU发出信号实现开门动作。

本发明能实现如下功能：

1）锁具开启：锁具开启可分为电控开启与钥匙开启两种。钥匙开启锁具的操作与传统的机械锁具开启相同。电控开启锁具，可分为：电子钥匙可以采用射频ID卡或IC卡开启锁具；密码输入开启锁具；网管控制中心开启锁具；直接通过锁具开启按钮开关开启锁具。

2）锁门：当锁具检测到以下情况，自动完成锁门操作：

正常开启防盗门后，通过闭门器关闭防盗门，门磁定位检测正确，锁具自动完成锁门；锁具完成开启操作，但未开启防盗门，门磁定位检测正确，则延时5～6秒后，锁具自动完成锁门。

3）锁具锁定：锁具锁定操作可以在锁具的键盘上特殊设定，可以通过联网在总台（或管理员终端）发布指令设定。锁具的锁定分为三种：电子锁定、机械锁定和锁死锁定。其中：

电子锁定：电子锁定后，总台（或管理终端）、开门按钮、密码、刷卡均无法开门，只有使用钥匙才可以开门。

机械锁定：机械锁定后，使用钥匙将无法开门，只有总台（或管理终端）、开门按钮、密码、刷卡可以开门。

锁死锁定：锁死锁定后，总台（或管理终端）、开门按钮、密码、刷卡、钥匙均无法开门，只有通过键盘密码解锁后才可以开门。

4）AB锁：锁具任意两两之间可以直接组成AB锁，实现AB锁功能。

5）锁具应急处理功能：

（1）自动报警

当检测到非法电子钥匙开锁、胁迫开门或系统断电时，锁具自身发出报警声音，同时通过网络发布报警信息，总台或管理员终端可以实时接收报警信息。

（2）紧急驱动

系统在紧急情况下可以启动应急功能，通过总台或管理员终端发出指令，快速打开或快速关闭所有的联网锁具，便于特殊情况下人员的疏散，确保人身安全。

（3）断电保护

锁具断电后，断电延时保护模块开始工作，强制自动关门，同时通过网络发布断电报警信息。

（4）防非法开启

采用独特的硬件、软件安全处理技术，自动识别开门按钮操作是否合法，防止门被非法开启。

（5）防胁迫开启

当工作人员受到非法胁迫，可以输入一组特定的密码开门，锁具通过网络发布胁迫报警信息，总台或管理员终端可以实时接收报警信息。

6）网络管理：

（1）用户管理

电子卡管理：锁具使用的电子卡，包括总控卡、管理员卡、用户卡、应急卡，可以添加电子卡和删除电子卡。

权限管理：可以设置电子钥匙的开启权限。按功能划分：管理级别、总控级别、区域级别、控制级别；按有效时间划分：截止时间型和时间区间型。

锁具可以使用一个电子卡开启多个锁具，也可以一个锁具由多个电子卡开启，系统支持多用户、多权限操作，最大支持50个刷卡用户。

（2）信息管理

联网信息记录：操作记录保存在锁具内，具备断电保持功能，同时操作记录信息实时上传，包括：操作用户信息、时间（年、月、日、小时、分钟、秒）、门号、开启方式（密码开启、开门按钮开启、通讯开启、刷卡开启）、电子钥匙身份号等。

脱机操作信息记录：锁具在脱机操作时，操作信息自动储存在控制芯片内部，联网后，可上传至总台或管理终端。

信息查询与打印：管理部门可根据需要随时查询和打印各类人员开启锁具的详细记录。

（3）管理员终端软件

管理员终端软件具备如下特点：适用于WIN2000 XP/VISTA/WIN7环境；全中文视窗界面、易学易用；运行速度快、操作简单；可实现门锁的远程控制：开启、关闭、电子锁定、强制锁定（只有特殊权限才能解锁）；实时读取操作者开门信息、门锁状态信息（开启、关闭、故障）；胁迫、门锁断电报警提示；历史开门记录可以转换成文本格式，实现数据共享；具备多级管理功能。

Claims (6)

1.一种机电双控智能锁具，包括锁体，在锁体上设置有门磁定位传感器、电机驱动系统和电控主板，所述门磁定位传感器、电机驱动系统分别通过导线与电控主板连接；在门把上还设置有按键板和射频采集电路，所述按键板和射频采集电路通过电缆与电控主板连接；所述电控主板通过导线与通讯模块、开关电源连接；所述电控主板包括电源单元、CPU微处理器、数据综合处理单元及对外接口；所述电源单元包括断电延时保护模块、第一稳压模块和第二稳压模块，所述断电延时保护模块通过电源接口与开关电源连接；断电延时保护模块还依次与第一稳压模块和第二稳压模块连接，第一稳压模块与CPU微处理器和键盘连接，第二稳压模块通过电缆与射频采集电路连接；其特征在于：所述断电延时保护模块包括依次连接的防反相模块、限流模块和储能器件，所述防反相模块与第一稳压模块连接；在所述限流模块和第一稳压模块之间还连接有储能限制模块；所述限流模块还通过检测模块与CPU微处理器连接。

2.根据权利要求1所述的机电双控智能锁具，其特征在于：所述数据综合处理单元包括分别与CPU微处理器连接的电机驱动控制器、通讯回路、光电隔离回路、信号采集回路、模拟量输入回路、开关量输出回路和锁舌行程检测回路，其中：通讯回路通过通讯接口与通讯模块连接；光电隔离回路和信号采集回路通过开门信号接口与外部开关连接；模拟量输入回路与电源单元连接；开关量输出回路通过开关量输出接口与外围设备连接；电机驱动控制器通过电机驱动接口与电机驱动系统连接。

3.根据权利要求1或2所述的机电双控智能锁具，其特征在于：所述CPU微处理器还与报警装置连接。

4.一种利用权利要求1所述的机电双控智能锁具的门锁系统，其特征在于：包括至少两个机电双控智能锁具，每个机电双控智能锁具通过通讯模块与管理员终端连接。

5.根据权利要求4所述的门锁系统，其特征在于：所述数据综合处理单元包括分别与CPU微处理器连接的电机驱动控制器、通讯回路、光电隔离回路、信号采集回路、模拟量输入回路、开关量输出回路和锁舌行程检测回路，其中：通讯回路通过通讯接口与通讯模块连接；光电隔离回路和信号采集回路通过开门信号接口与外部开关连接；模拟量输入回路与电源单元连接；开关量输出回路通过开关量输出接口与外围设备连接；电机驱动控制器通过电机驱动接口与电机驱动系统连接。

6.根据权利要求4所述的门锁系统，其特征在于：所述CPU微处理器还与报警装置连接。

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