一種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，包括智能鎖基站和智能鑰匙，所述智能鎖基站安裝在門上，其中，所述智能鎖基站包括基站主控模塊、觸發(fā)模塊、低頻發(fā)送模塊及低頻發(fā)送天線和電機驅(qū)動模塊；所述智能鑰匙包括鑰匙主控模塊、低頻接收模塊及低頻接收天線、高頻發(fā)送模塊及高頻發(fā)送天線；所述智能鎖基站還包括門外高頻接收模塊及門外高頻接收天線、門內(nèi)高頻接收模塊及門內(nèi)高頻接收天線，所述門外高頻接收天線和門外高頻接收天線均與所述高頻發(fā)射天線配合。本發(fā)明有效區(qū)分鑰匙位于門內(nèi)還是門外、安全性良好。
【專利說明】一種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng) 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能鎖系統(tǒng)，尤其是智能電子鎖。 【背景技術】
[0002] PKE是英文Passive keyless entry的縮寫，中文一般譯為被動式無鑰匙進入系 統(tǒng)。這種技術設計的初衷是使用戶只需隨身攜帶一個電子鑰匙，不需按就可以進入目標系 統(tǒng)。與RKE的單向通信不同，PKE應用的是雙向通信的原理，通過射頻信號來驗證電子鑰匙 的身份以提高安全性。
[0003] 傳統(tǒng)PKE智能鎖的工作過程為：
[0004] 1、喚醒：當用戶攜帶智能鑰匙出現(xiàn)智能鎖基站的檢測范圍時，智能鎖基站發(fā)出低 頻信號，如果這個信號與智能鑰匙內(nèi)存儲的標記喚醒的數(shù)據(jù)相匹配，鑰匙就會被喚醒。智能 鑰匙內(nèi)設計有"喚醒"監(jiān)測模塊（低頻喚醒天線及低頻喚醒模塊），可保證智能鑰匙長期處 于低功耗狀態(tài)僅在喚醒后主控制模塊才進入正常工作，從而有效延長電池的使用時間。智 能鑰匙中通常會使用三維全向天線確保鑰匙不同的姿態(tài)下收到"喚醒"信號。
[0005] 2、驗證：智能鑰匙被喚醒后，它會根據(jù)一定的算法計算出一個加密的ID數(shù)據(jù)通過 高頻信號發(fā)送回智能鎖基站，智能鎖基站高頻接收天線和接收模塊接收到數(shù)據(jù)后發(fā)送給它 的控制模塊，控制模塊根據(jù)對應的算法對接收到的加密ID進行解密，如果解密后的數(shù)據(jù)與 預先存儲的數(shù)據(jù)匹配成功，就會開啟門鎖。
[0006] 在PKE的整個工作過程中，有高頻和低頻2種無線信號，為了提高通信的效率通常 對發(fā)送和接收天線都設計比較高的增益。這2種類型的發(fā)送和接收天線的輻射范圍通常是 全向的（球形），也就是說在以基站天線為半徑的球形范圍內(nèi)接收天線都可以成功的接收 到來自各個方向的高頻信號。對于通信系統(tǒng)來說這樣的全向天線發(fā)送和接收的效果最好。 但在智能鎖系統(tǒng)中，基站高頻和低頻天線的這種全向特點卻會導致在門的內(nèi)部也有一個接 收信號的輻射場，這將導致在門內(nèi)的鑰匙也能接收到喚醒信號，在門內(nèi)被喚醒后的智能鑰 匙發(fā)送的高頻信號也能被智能鎖基站天線接收到。這對智能鎖的使用提出了安全性的問 題。目前也有通過多個低頻發(fā)送天線發(fā)送低頻信號，鑰匙通過判斷不同低頻天線發(fā)送的信 號強度判斷自己離相應低頻天線的距離，從而判斷出自己的位置。但在智能鎖系統(tǒng)中，這樣 由于天線之間的距離不能設計的很近，直接導致鑰匙判斷的精度要求極為苛刻，很難在實 際中得到應用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服已有智能鎖系統(tǒng)的無法有效區(qū)分鑰匙位于門內(nèi)還是門外、安全性較差的 不足，本發(fā)明提供了一種有效區(qū)分鑰匙位于門內(nèi)還是門外、安全性良好的基于高頻天線特 征判別的智能鎖系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0009] -種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，包括智能鎖基站和智能鑰匙，所述智 能鎖基站安裝在門上，其中，所述智能鎖基站包括基站主控模塊、觸發(fā)模塊、低頻發(fā)送模塊 及低頻發(fā)送天線和電機驅(qū)動模塊；所述智能鑰匙包括鑰匙主控模塊、低頻接收模塊及低頻 接收天線、高頻發(fā)送模塊及高頻發(fā)送天線；所述智能鎖基站還包括門外高頻接收模塊及門 外高頻接收天線、門內(nèi)高頻接收模塊及門內(nèi)高頻接收天線，所述門外高頻接收天線和門外 高頻接收天線均與所述智能鑰匙高頻發(fā)射天線配合。
[0010] 進一步，所述門外高頻接收天線和門外高頻接收天線均為半球面福射天線，所述 門外高頻接收天線的輻射強度為門外強于門內(nèi)，所述門內(nèi)高頻接收天線的輻射強度為門內(nèi) 強于門外。其中，所述門外高頻接收天線和門外高頻接收天線只要是具有一定方向性的天 線即可，也可以選用其他的天線。
[0011] 更進一步，所述高頻接收天線為PCB偶極天線。當然，也可以采用其他的半球面輻 射天線。
[0012] 更進一步，所述智能鎖基站中，所述觸發(fā)模塊接收到用戶觸發(fā)開鎖信號后，喚醒基 站主控模塊進入通信狀態(tài)，基站主控模塊控制低頻發(fā)送模塊通過低頻發(fā)送天線發(fā)送無線低 頻喚醒信號，門內(nèi)高頻接收模塊通過門內(nèi)高頻接收天線、門外高頻接收模塊通過門外高頻 接收天線等待接收位于門外的智能鑰匙返回的高頻無線信號；
[0013] 所述智能鑰匙中，所述低頻接收模塊及低頻接收天線收到無線低頻喚醒信號后， 喚醒所述鑰匙主控模塊，控制高頻發(fā)送模塊通過高頻發(fā)送天線發(fā)送無線高頻ID信號到智 能鎖基站；
[0014] 門外高頻接收模塊通過門外高頻天線接收到智能鑰匙返回的高頻信號，門內(nèi)高頻 接收模塊通過門內(nèi)高頻天線接收到智能鑰匙返回的高頻信號，基站主控模塊通過門外高頻 天線接收到的信號特征與門內(nèi)高頻天線接收到的信號特征比較，判斷鑰匙在門還還是門 夕卜，如果推斷鑰匙在門外，則對ID進行匹配認證，認證通過后控制電機驅(qū)動模塊開啟智能 鎖；反之說明鑰匙在門內(nèi)，就不進行ID匹配與認證。
[0015] 若智能鎖在設定的時間內(nèi)沒有收到合法的無線高頻ID信號，則進入低功耗狀態(tài)， 等待再次被喚醒。
[0016] 如果門外高頻天線接收到的信號強度高于門內(nèi)高頻天線的強度，推斷鑰匙在門 夕卜。該方式采用信號強度作為特征值進行比較，屬于常用的方式；當然，也可以采用其他的 特征值進行比較。
[0017] 本發(fā)明的技術構(gòu)思為：采用2根高頻接收天線，分別對應2個高頻接收模塊，基站 主控模塊分別從門外、門內(nèi)2個高頻接收模塊中獲得接收信號的強弱，如果門外高頻模塊 接收信號的強度滿足某種特定的關系（通常為大于），則推斷鑰匙在門外，智能鎖基站對接 收信號進行ID認證，反之推斷鑰匙在門內(nèi)，則不認證當前ID。
[0018] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：有效區(qū)分鑰匙位于門內(nèi)還是門外，即有效解決智 能鑰匙在門內(nèi)開鎖的問題，安全性良好。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是智能鎖的基本功能框圖。
[0020] 圖2是電機驅(qū)動電路實例。
[0021] 圖3是高頻接收模塊的尺寸與原理圖。
[0022] 圖4是傳統(tǒng)智能鎖基站的工作流程圖。
[0023] 圖5是傳統(tǒng)智能鑰匙的工作流程。
【具體實施方式】 [0024] 圖6是門內(nèi)高頻接收模塊和門外高頻接收模塊接收到信號的RSSI值的示意圖。 【具體實施方式】 [0025]
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0027] 參照圖1?圖6,一種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，包括智能鎖基站和智 能鑰匙，智能鎖基站包括基站主控模塊31、觸發(fā)模塊32、低頻發(fā)射模塊33及低頻天線34、門 外高頻接收模塊35及門外高頻接收天線36、電機驅(qū)動模塊37,門內(nèi)高頻接收模塊38及門 內(nèi)高頻接收天線39 ;
[0028] 智能鑰匙包括鑰匙主控模塊21、低頻接收模塊22及低頻天線23、高頻發(fā)送模塊24 及高頻發(fā)送天線25 ;
[0029] 智能鎖基站的觸發(fā)模塊37接收到用戶觸發(fā)開鎖信號后，喚醒基站主控模塊31進 入通信狀態(tài)，基站主控模塊31控制低頻發(fā)射模塊33通過低頻天線34發(fā)送無線低頻喚醒信 號，智能鎖的高頻接收模塊35等待接收智能鑰匙返回的高頻無線信號。
[0030] 智能鑰匙的低頻接收天線23和低頻接收模塊22收到無線低頻喚醒信號后，喚醒 鑰匙的主控模塊21，鑰匙的主控模塊21控制高頻發(fā)送模塊通過高頻天線24發(fā)送無線高頻 ID信號到智能鎖基站。
[0031] 智能鎖基站的門外高頻接收模塊35通過門外高頻天線36接收到智能鑰匙返回的 高頻信號，門內(nèi)高頻接收模塊35通過門內(nèi)高頻天線36接收到智能鑰匙返回的高頻信號，基 站主控模塊31判斷門外和門內(nèi)接收到的信號強度。如果門外高頻天線接收到的信號強度 高于門內(nèi)高頻天線的強度，推斷鑰匙在門外，則對ID進行匹配認證，認證通過后控制電機 驅(qū)動模塊開啟智能鎖；反之說明鑰匙在門內(nèi)，就不進行ID匹配與認證。
[0032] 智能鎖基站被觸發(fā)并發(fā)送低頻喚醒信號后，在一定的時間間隔內(nèi)門外、門內(nèi)高頻 接收模塊如果都沒有收到智能鑰匙返回的高頻信號，則進入低功耗狀態(tài)。
[0033] 圖1是一個典型的PKE智能鎖系統(tǒng)。它的設計方案是設計一個智能鎖基站端和相 應的智能鑰匙。智能基站端采用一個微控制模塊作為主控模塊11，這種微控制器可以是性 能較低的8位單片機（如8051)，也可以是性能較高的16位或32位處理器（如ARM)，具備 編程能力并具有低功耗的特征。開發(fā)者通過開發(fā)相應的軟件實現(xiàn)智能鎖基站的基本功能。
[0034] 基站主控模塊11的引腳連接觸發(fā)模塊12。觸發(fā)模塊的作用是感知智能鎖系統(tǒng)被 外部觸發(fā)，喚醒處于低功耗狀態(tài)的主控模塊進入工作狀態(tài)。觸發(fā)模塊有多種實施實例：1、采 用機械按鍵的方式，當用戶按下按鍵時，電平信號傳導到基站主控模塊11，主控模塊引腳產(chǎn) 生中斷喚醒系統(tǒng)；2、采用觸摸按鍵的方式，通過感應用戶人體或手與觸摸鍵盤產(chǎn)生的電容， 引發(fā)系統(tǒng)中斷；3、采用近距離感應的方式，當用戶人體或手靠近時引發(fā)系統(tǒng)中斷；4、通過 紅外等感應的方式，產(chǎn)生系統(tǒng)中斷。
[0035] 低頻發(fā)送模塊13是一個產(chǎn)生低頻無線信號的模塊，典型的低頻頻率是125KHZ。通 常通過芯片內(nèi)部PWM引腳產(chǎn)生一個頻率為125K的方波，然后通過一個三極管控制該載波調(diào) 制到低頻天線上，三極管導通和關閉將實現(xiàn)該基準載波在天線上和不在天線上，從而實現(xiàn) 信號〇和1的發(fā)送。編碼方式通常采用曼徹斯特編碼。低頻天線由并聯(lián)的電阻、電容和電 感組成。為了達到最優(yōu)低頻接收靈敏度，電感和電容諧振頻率要達到125KHZ。
[0036] 高頻接收模塊15采用傳統(tǒng)超外差或超再生的設計方法，主頻設計在315MHz、 433ΜΗζ、868ΜΗζ、965ΜΗζ和2. 4GHz等民用的公開無線頻段。本實施例建議購買現(xiàn)成的無線 模塊降低設計難度，這里以深圳市無線佳企提供的GW-R10DL低電壓低功耗超外差接收模 塊為例說明原理，其模塊的尺寸圖和原理圖如圖3所示。它采用SWA本振，性能穩(wěn)定，使用溫 度范圍廣泛，供電電壓為3V，接收功耗僅為1mA，可適用于250-450MHZ的各個頻點的通信。 接收天線采用1. 4波長的單振子天線。
[0037] 智能鎖基站的主控模塊在認證通過后，電機控制模塊17發(fā)送電平信號給電機，驅(qū) 動電機開鎖。典型的電機驅(qū)動芯片采用L9110,它是為控制和驅(qū)動電機設計的兩通道推挽式 功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片1C之中，使外圍器件成本降低，整機 可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CM0S兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端 能直接驅(qū)動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過750?800mA的 持續(xù)電流，峰值電流能力可達1. 5?2. 0A ;同時它具有較低的輸出飽和壓降。
[0038] 智能鑰匙的低頻接收模塊22連接低頻天線23,為了獲得良好的接收效果，低頻 天線通常采用3軸低頻天線。典型的低頻接收模塊采用PIC16F639內(nèi)部的模擬前端模塊 (AFE)，3個天線連接引腳分別為LX、LY、LZ。通過連接3個分別指向X軸、y軸、z軸的天線， 智能鑰匙可以隨時接收來自任何方向的信號，從而降低由天線的方向性而造成信號丟失的 可能性。在此系統(tǒng)中，3個方向的低頻天線23采用PREM0公司設計的集成天線模塊，該天線 模塊體積小、精度高，電感值在出廠時已經(jīng)配置好，只需要配合對應通道的電容便可使用。
[0039] 智能鑰匙高頻發(fā)送模塊24采用與智能鎖基站對應頻率的高頻發(fā)送電路。圖4給 出了一個典型的高頻發(fā)送電路原路圖，它通過主控模塊PIC16F639產(chǎn)生一個PWM信號并與 一個聲表面濾波器（SAW)連接在一起構(gòu)成一個諧波振蕩電路，實施例中是一個433MHz的聲 表面濾波器。
[0040] 圖4給出了一個典型的PKE智能鎖基站的工作流程。在通常狀態(tài)下，智能鎖基站 處于低功耗狀態(tài)。當外部觸發(fā)模塊接收到人體感應的信號后，產(chǎn)生中斷信號喚醒智能鎖基 站的主控模塊。主控模塊被喚醒后發(fā)送低頻喚醒信號給智能鑰匙，并等待智能鑰匙返回的 高頻ID信號。如果在規(guī)定的時間內(nèi)收到高頻信號后，對接收到的ID進行解碼，然后與系 統(tǒng)中存儲的合法鑰匙ID進行比較，如果比較合法，則開鎖；如果ID比較不合法，則不開鎖。 在等待高頻的過程中，如果在規(guī)定時間內(nèi)沒有接收到有效的ID信號（低頻覆蓋區(qū)域內(nèi)無鑰 匙），則進行重發(fā)。如果重發(fā)的次數(shù)已經(jīng)達到最大重發(fā)次數(shù)，則進入低功耗狀態(tài)。
[0041] 圖5顯示智能鑰匙的工作流程。在低頻感應區(qū)域內(nèi)的智能鑰匙感應到喚醒信號 后，從低功耗狀態(tài)退出，并檢查發(fā)送過來的低頻喚醒信號是否合法。如果當前接收的低頻信 號合法，則通過高頻模塊發(fā)送加密的ID ;如果當前接收的低頻信號不合法，則不發(fā)送加密 的ID。智能鑰匙僅在被喚醒后工作在正常模式下，平時都處于低功耗狀態(tài)，所以它能夠?qū)崿F(xiàn) 在紐扣電池工作下使用時間大于1年。
[0042] 本實施例中，采用門內(nèi)門外雙高頻天線的智能鎖基站實施實例，具體實施方案如 下：
[0043]在無線傳輸系統(tǒng)中，RSSI (Received Signal Strength Indication)用于表征接收 信號強度，目前通過接收到的信號強弱來測定信號點與接收點的距離的方法被廣泛應用于 定位系統(tǒng)中。在本實施實例中，高頻接收模塊需要選擇能夠檢測RSSI值的高頻RF接收芯 片，主控模塊能夠分別讀出門外高頻模塊與門內(nèi)高頻模塊的RSSI值。通常情況下，高頻發(fā) 射模塊與高頻接收的距離越近，接收到的RSSI的值就越大，反之就越小。圖6顯示了一個 在門外的智能鑰匙，它發(fā)射的高頻信號被門外的高頻模塊接收到的RSSI1的值通常高于被 門內(nèi)的高頻模塊接收到的RSSI2的值。所以在基站的主控模塊設計中，若接收到的RSSI1 的值大于RSSI2的值，推斷鑰匙在門外此時可對ID進行認證；反之則推斷鑰匙在門內(nèi)就不 再對ID進行認證。增加了這樣的認證機制后，傳統(tǒng)的PKE智能鎖方案就有了門內(nèi)門外定位 的功能，安全級別有了很大的提升。
[0044] 為了進一步提升門內(nèi)、門外兩個模塊接收到RSSI的值的差別，高頻接收天線可采 用半球面輻射天線，其中門外高頻接收天線的輻射范圍為門外，門內(nèi)高頻接收天線的輻射 范圍為門內(nèi)，這樣可以顯著的區(qū)分RSSI的值。
【權利要求】
1. 一種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，包括智能鎖基站和智能鑰匙，所述智能 鎖基站安裝在門上，其中，所述智能鎖基站包括基站主控模塊、觸發(fā)模塊、低頻發(fā)送模塊及 低頻發(fā)送天線和電機驅(qū)動模塊；所述智能鑰匙包括鑰匙主控模塊、低頻接收模塊及低頻接 收天線、高頻發(fā)送模塊及高頻發(fā)送天線；其特征在于：所述智能鎖基站還包括門外高頻接 收模塊及門外高頻接收天線、門內(nèi)高頻接收模塊及門內(nèi)高頻接收天線，所述門外高頻接收 天線和門外高頻接收天線均與所述智能鑰匙的高頻發(fā)射天線配合。
2. 如權利要求1所述的一種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，其特征在于：所述 門外高頻接收天線和門外高頻接收天線均為半球面福射天線，所述門外高頻接收天線的福 射強度為門外強于門內(nèi)，所述門內(nèi)高頻接收天線的輻射強度為門內(nèi)強于門外。
3. 如權利要求2所述的一種基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，其特征在于：所述 高頻接收天線為PCB偶極天線。
4. 如權利要求1?3之一所述的基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，其特征在于： 所述智能鎖基站中，所述觸發(fā)模塊接收到用戶觸發(fā)開鎖信號后，喚醒基站主控模塊進入通 信狀態(tài)，基站主控模塊控制低頻發(fā)送模塊通過低頻發(fā)送天線發(fā)送無線低頻喚醒信號，門內(nèi) 高頻接收模塊通過門內(nèi)高頻接收天線、門外高頻接收模塊通過門外高頻接收天線等待接收 位于門外的智能鑰匙返回的高頻無線信號； 所述智能鑰匙中，所述低頻接收模塊及低頻接收天線收到無線低頻喚醒信號后，喚醒 所述鑰匙主控模塊，控制高頻發(fā)送模塊通過高頻發(fā)送天線發(fā)送無線高頻ID信號到智能鎖 基站； 門外高頻接收模塊通過門外高頻天線接收到智能鑰匙返回的高頻信號，門內(nèi)高頻接收 模塊通過門內(nèi)高頻天線接收到智能鑰匙返回的高頻信號，基站主控模塊通過門外高頻天線 接收到的信號特征與門內(nèi)高頻天線接收到的信號特征比較，判斷鑰匙在門還還是門外，如 果推斷鑰匙在門外，則對ID進行匹配認證，認證通過后控制電機驅(qū)動模塊開啟智能鎖；反 之說明鑰匙在門內(nèi)，就不進行ID匹配與認證。
5. 如權利要求4所述的基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，其特征在于：若智能鎖 在設定的時間內(nèi)沒有收到合法的無線高頻ID信號，則進入低功耗狀態(tài)，等待再次被喚醒。
6. 如權利要求4所述的基于高頻天線特征判別的智能鎖系統(tǒng)，其特征在于：如果門外 高頻天線接收到的信號強度高于門內(nèi)高頻天線的強度，推斷鑰匙在門外。
【文檔編號】G07C9/00GK104063928SQ201410227805
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權日:2014年5月26日
【發(fā)明者】阮宏鳴 申請人:阮宏鳴