一种智能锁论文和设计-林智铃

全文摘要

本实用新型提供了一种智能锁，包括一微控制单元、一蓝牙BLE通讯模块、一NFC读卡模块、一状态显示模块、一RTC时钟模块、一输入模块、一电源管理模块、一数据存储模块、一门锁开关控制模块及一门锁状态监测模块，所述微控制单元分别与蓝牙BLE通讯模块、NFC读卡模块、状态显示模块、RTC时钟模块、输入模块、电源管理模块、数据存储模块、门锁开关控制模块及门锁状态监测模块连接。本实用新型能快速搜索物联网，快速连接物联网，有效的管理物联网终端设备的联网实时性、超低功耗保持链路连接传输数据、工作持续时间长、低成本。

主设计要求

1.一种智能锁，其特征在于：包括一微控制单元、一蓝牙BLE通讯模块、一NFC读卡模块、一状态显示模块、一RTC时钟模块、一输入模块、一电源管理模块、一数据存储模块、一门锁开关控制模块及一门锁状态监测模块，所述微控制单元分别与蓝牙BLE通讯模块、NFC读卡模块、状态显示模块、RTC时钟模块、输入模块、电源管理模块、数据存储模块、门锁开关控制模块及门锁状态监测模块连接。

设计方案

2.如权利要求1所述的一种智能锁，其特征在于：还包括一报警模块，所述报警模块连接至微控制单元。

3.如权利要求2所述的一种智能锁，其特征在于：所述微控制单元通过通用串行接口与蓝牙BLE通讯模块相连，所述微控制单元通过通用外设接口与NFC读卡模块相连，所述微控制单元通过通用输出接口分别与状态显示模块、报警模块和门锁开关控制模块相连，所述微控制单元通过通用输入接口分别与输入模块和门锁状态监测模块相连，所述微控制单元通过电源管理接口与电源管理模块相连，所述微控制单元通过通用串行总线与数据存储模块相连。

4.如权利要求1所述的一种智能锁，其特征在于：所述RTC时钟模块集成于微控制单元构成片上系统，或者所述微控制单元通过I^{2<\/sup>C接口与RTC时钟模块相连。}

5.如权利要求1所述的一种智能锁，其特征在于：所述输入模块为物理按键或触控按键。

6.如权利要求1所述的一种智能锁，其特征在于：所述状态显示模块包括一第一LED指示灯和一第二LED指示灯，所述第一LED指示灯和第二LED指示灯均连接至微控制单元。

7.如权利要求1所述的一种智能锁，其特征在于：所述电源管理模块上设有一应急供电口，所述应急供电口连接至微控制单元。

8.如权利要求1所述的一种智能锁，其特征在于：所述蓝牙BLE通讯模块采用的芯片型号为NRF52832，所述微控制单元采用的芯片型号为GD32F103RCT，所述RTC时钟模块采用的芯片型号为PCF8563，所述数据存储模块采用的芯片型号为W25Q64，所述NFC读卡模块采用的芯片型号为FM17550。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种锁，尤其涉及一种智能锁。

背景技术

传统的机械锁需要佩戴钥匙，在便捷的生活时代出现负担，而且一旦钥匙忘带或丢失，就无法代开锁，需要找人开锁更换锁具，造成时间及金钱的损失。传统的机械锁在用户识别、安全性和管理性方面无法满足物联网的发展需求，就需要一种更加好管理的智能锁。市面上的智能锁种类繁多，因为智能锁要实时保持与互联网的通信，需要消耗很多功率，现有的智能锁大多出存在功耗大、待机时间短、成本比较高、连接速度慢、市电网络差等缺点。

有鉴于此，本实用新型针对这一特性进行研究并由此产生本案。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种智能锁，能快速搜索物联网，快速连接物联网，有效的管理物联网终端设备的联网实时性、超低功耗保持链路连接传输数据、工作持续时间长、低成本。

本实用新型是这样实现的：一种智能锁，包括一微控制单元、一蓝牙BLE通讯模块、一NFC读卡模块、一状态显示模块、一RTC时钟模块、一输入模块、一电源管理模块、一数据存储模块、一门锁开关控制模块及一门锁状态监测模块，所述微控制单元分别与蓝牙BLE通讯模块、NFC读卡模块、状态显示模块、RTC时钟模块、输入模块、电源管理模块、数据存储模块、门锁开关控制模块及门锁状态监测模块连接。

进一步地，还包括一报警模块，所述报警模块连接至微控制单元。

进一步地，所述微控制单元通过通用串行接口与蓝牙BLE通讯模块相连，所述微控制单元通过通用外设接口与NFC读卡模块相连，所述微控制单元通过通用输出接口分别与状态显示模块、报警模块和门锁开关控制模块相连，所述微控制单元通过通用输入接口分别与输入模块和门锁状态监测模块相连，所述微控制单元通过电源管理接口与电源管理模块相连，所述微控制单元通过通用串行总线与数据存储模块相连。

进一步地，所述RTC时钟模块集成于微控制单元构成片上系统，或者所述微控制单元通过I^{2<\/sup>C接口与RTC时钟模块相连。}

进一步地，所述输入模块为物理按键或触控按键。

进一步地，所述状态显示模块包括一第一LED指示灯和一第二LED指示灯，所述第一LED指示灯和第二LED指示灯均连接至微控制单元。

进一步地，所述电源管理模块上设有一应急供电口，所述应急供电口连接至微控制单元。

进一步地，所述蓝牙BLE通讯模块采用的芯片型号为NRF52832，所述微控制单元采用的芯片型号为GD32F103RCT，所述RTC时钟模块采用的芯片型号为PCF8563，所述数据存储模块采用的芯片型号为W25Q64，所述NFC读卡模块采用的芯片型号为FM17550。

本实用新型的优点在于：本实用新型采用了蓝牙BLE通讯模块和NFC读卡模块进行开锁，由于蓝牙BLE通讯模块的优点是快速搜索，快速连接，超低功耗保持链路连接传输数据，NFC技术的建立时间小于0.1S，即“接触即建立”，一次只和一台机器链接，拥有较高的保密性与安全性，同时还有低耗电的优点；使得本实用新型能快速搜索物联网，快速连接物联网，有效的管理物联网终端设备的联网实时性、超低功耗保持链路连接传输数据、工作持续时间长、低成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一种智能锁的结构示意图(RTC时钟模块与微控制单元独立分开设计时)。

图2为本实用新型一种智能锁的结构示意图(RTC时钟模块与微控制单元集成时)。

图3为本实用新型一种智能锁的工作原理图。

图中标号说明：

智能锁100、微控制单元1、蓝牙BLE通讯模块2、NFC读卡模块3、状态显示模块4、第一LED指示灯41、第二LED指示灯42、RTC时钟模块5、输入模块6、电源管理模块7、应急供电口71、数据存储模块8、报警模块9、门锁开关控制模块10、门锁状态监测模块11、带蓝牙的智能终端201、NFC卡片202、开锁终端设备203。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作出进一步地详细说明，但本实用新型的结构并不仅限于以下实施例。

请参阅图1所示，本实用新型的一种智能锁，所述智能锁100包括一微控制单元1、一蓝牙BLE通讯模块2、一NFC读卡模块3、一状态显示模块4、一RTC时钟模块5、一输入模块6、一电源管理模块7、一数据存储模块8、一报警模块9、一门锁开关控制模块10及一门锁状态监测模块11，所述蓝牙BLE通讯模块2采用的芯片型号为NRF52832，所述微控制单元1采用的芯片型号为GD32F103RCT，所述RTC时钟模块5采用的芯片型号为PCF8563，所述数据存储模块8采用的芯片型号为W25Q64，所述NFC读卡模块3采用的芯片型号为FM17550。

所述微控制单元1分别与蓝牙BLE通讯模块2、NFC读卡模块3、状态显示模块4、RTC时钟模块5、输入模块6、电源管理模块7、数据存储模块8、报警模块9、门锁开关控制模块10及门锁状态监测模块11连接；所述微控制单元1通过通用串行接口与蓝牙BLE通讯模块2相连，所述微控制单元1通过通用外设接口与NFC读卡模块3相连，所述微控制单元1通过通用输出接口分别与状态显示模块4、报警模块9和门锁开关控制模块10相连，所述微控制单元1通过通用输入接口分别与输入模块6和门锁状态监测模块11相连，所述微控制单元1通过电源管理接口与电源管理模块7相连，所述微控制单元1通过通用串行总线与数据存储模块8相连；如图2所示，所述RTC时钟模块5集成于微控制单元1构成片上系统(即采用微控制单元1自带的RTC功能)，如图1所示，或者所述微控制单元1通过I^{2<\/sup>C接口与RTC时钟模块5相连。本实用新型具有蓝牙开锁、NFC卡开锁和应急钥匙开锁功能。用户只需要一物联网终端设备进行开锁，物联网终端设备可以为一个支持蓝牙BLE功能的带蓝牙的智能终端201、一个13.56MHZ的NFC卡片202或一个同时具有蓝牙BLE功能和NFC功能的开锁终端设备203，这样就可以通过佩戴一个支持蓝牙BLE功能的带蓝牙的智能终端201实现开锁和锁状态的管理；或者只需佩带一个13.56MHZ的NFC卡片202就能实现开锁的功能；或者同时具有蓝牙BLE功能和NFC功能的开锁终端设备203(如智能手机)实现开锁。此方案的智能锁100使用、管理方便，更加安全。}

所述微控制单元(MCU)1用于控制整个系统，对信号进行处理和分析；

所述蓝牙BLE通讯模块2用于蓝牙通讯，蓝牙低能耗(Bluetooth Low Energy，或称Bluetooth LE、BLE，旧商标Bluetooth Smart)也称低功耗蓝牙，是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用，相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。蓝牙BLE通讯模块2采用芯片自带的蓝牙协议栈，与带蓝牙的智能终端201进行通信。蓝牙协议栈是现有成熟的协议，低功耗蓝牙(BLE)连接都是建立在GATT(Generic AttributeProfile)协议之上，GATT是一个在蓝牙连接之上的发送和接收很短的数据段的通用规范，这些很短的数据段被称为属性。GATT定义的多层数据结构简要概括起来就是服务(service)可以包含多个特征(characteristic)，每个特征包含属性(properties)和值(value)，还可以包含多个描述(descriptor)。蓝牙BLE相对于传统蓝牙的优点：最大化的待机时间、快速搜索、快速连接和低峰值的发送\/接收功耗；

所述NFC读卡模块(13.56MHZ)3用于识别和读取NFC数据，NFC，全称：NearFieldCommunication，翻译成中文就是：近距离无线通讯技术。NFC和我们所熟知的蓝牙、红外等技术一样，都是一种通讯技术，不过NFC最大传输速度只有424kbit\/s，有效传数据率距离只有10cm左右，所以传输距离和速度都完全比不上蓝牙、红外线，但在安全性、建立时间上有着非常大的优势，NFC技术的建立时间小于0.1S，即“接触即建立”，一次只和一台机器链接，拥有较高的保密性与安全性，同时还有低耗电的优点，NFC技术的发展定位并不是取代蓝牙功能，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。

所述状态显示模块4用于显示该智能锁100的状态；

所述RTC时钟模块5用于同步智能锁100的时间，这里的RTC功能可以通过独立的RTC时钟模块5实现，也可以采用MCU自带的RTC功能；

所述输入模块6用于系统唤醒和自检，由输入模块6输入信号时，系统被唤醒开始工作；具有自检功能，若智能锁100中没有信号输入，则系统处于高电平状态，通过输入模块6输入信号后，若系统的电平降低，则说明该系统处于正常状态，可以直接使用；若系统的电平不变或者异常升高，则说明该系统处于异常状态；

所述电源管理模块7用于为整个智能锁100进行供电，所述电源管理模块7包括一电池(未图示)，智能锁100采用电池供电，可以不受市电网络的影响，保证数据的实时性，由于智能锁100的低功耗，一个2500mah在正常的工作网络下，可以工作长达3-5年；

所述数据存储模块8用于存储数据信息，如：用户的开锁数据信息和用户授权卡片信息，数据存储模块8为dataflash，通过dataflash可用来存储大量数据，在智能锁100无法正常传输数据时，先将数据存储于数据存储模块8以免数据丢失；

所述报警模块9用于指示语音提示，当智能锁100从休眠状态转向唤醒状态时给给用户提醒，电源电压异常和开锁时给用户提示；

所述门锁开关控制模块10用于控制门锁开关；

所述门锁状态监测模块11用于监测门锁的当前状态(反锁，开锁，关锁)三个状态。

较佳地，所述输入模块6为物理按键或触控按键，物理按键和触控按键的区别是：①物理按键是有实体的，需要按动的按键；②触控按键是通过触摸来控制系统。所述报警模块9为蜂鸣器，通过蜂鸣器进行语音提醒；所述状态显示模块4包括一第一LED指示灯41和一第二LED指示灯42，所述第一LED指示灯41和第二LED指示灯42均连接至微控制单元1，所述第一LED指示灯41是蓝色LED灯，用于显示智能锁100的工作状态与通信状态，当有数据进行通信时闪烁，第二LED指示灯42是红色LED灯，用于指示电源电压低于标准电压值时慢闪，当未授权的NFC卡片202进行开锁操作，红色LED灯进行快闪指示；所述电源管理模块7上设有一应急供电口71，所述应急供电口71连接至微控制单元1，当电源管理模块7无法正常供电时，通过应急供电口71给智能锁100进行供电。

如图3所示，本实用新型的工作原理如下：

通过输入模块6输入信号以唤醒该智能锁100，接着对系统进行初始化操作，智能锁100根据该输入信号判断是否有NFC卡片202进行刷牙操作，若判断出有NFC卡片202进行刷牙操作，则判断该NFC卡片202是否授权，如果已授权，则直接开锁并存储开锁数据信息，如果未授权，则无法开锁，由报警模块9(蜂鸣器)和状态显示模块4给用户提示，若判断出没有NFC卡片202进行刷牙操作，则继续判断是否能接收到蓝牙数据，如果不能接收到蓝牙数据，无法开锁，结束流程；如果能接收到蓝牙数据，则说明可以通过蓝牙方式进行开锁，对蓝牙数据进行解析并判断是否合法，若不合法则结束流程，若合法则执行相应的命令，完成开锁并存储数据；结束一次开锁后，在等待超时后进入休眠状态。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

设计图

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主设计要求

设计方案

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