一種智能門鎖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能門鎖，該門鎖是由直線電機提供門栓驅(qū)動力的電子門鎖，由于直線電機的運動為直線形式可直接用于驅(qū)動門栓，不需要設(shè)置用于運動形式轉(zhuǎn)換的復(fù)雜機械傳動裝置。采用直線電機可以降低鎖定或解鎖的噪音。為了使得在市電故障或停止時，門鎖依舊可以正常工作，采用可充電蓄電池作為電子門鎖的后備電源；市電電源線與門鎖之間過門軸連接容易導(dǎo)致線路折斷，本申請?zhí)岢霾捎脽o線供電技術(shù)為門鎖及其蓄電池提供電力，克服了開關(guān)門之間導(dǎo)致電源線容易折斷為門鎖帶來的安全隱患。
【專利說明】
一種智能門鎖
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種智能門鎖，具體涉及一種安裝在門上由直線電機驅(qū)動的門鎖。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有電子門鎖主要是通過控制器驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，通過機械傳動裝置將電機的轉(zhuǎn)動運行形式轉(zhuǎn)換為門栓的直線運動形式完成鎖定或解鎖的操作，因此，機械傳動裝置增加了門鎖的成本、并使得門鎖整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致其不容易安裝、檢修，為此，提出一種由直線電機提供門栓驅(qū)動力的電子門鎖，由于直線電機的運動為直線形式可直接用于驅(qū)動門栓，因此，不需要設(shè)置用于運動形式轉(zhuǎn)換的復(fù)雜機械傳動裝置。與此同時，采用直線電機可以降低鎖定或解鎖的噪音。為了使得在市電故障或停止時，門鎖依舊可以正常工作，本申請中提出采用可充電蓄電池作為電子門鎖的后備電源;市電電源線與門鎖之間過門軸連接容易導(dǎo)致線路折斷，本申請?zhí)岢霾捎脽o線供電技術(shù)為門鎖及其蓄電池提供電力，克服了開關(guān)門之間導(dǎo)致電源線容易折斷為門鎖帶來的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠、擴展性強、可控度高的智能門鎖。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:一種智能門鎖，它包括主控制器、用戶操作系統(tǒng)、直線電機、直線電機驅(qū)動器、無線充電裝置和蓄電池，主控制器通過用戶操作系統(tǒng)接受用戶輸入的指令，主控制器根據(jù)將用戶的指令轉(zhuǎn)換為直線電機驅(qū)動器驅(qū)動信號從而驅(qū)動直線電機按用戶的指令進(jìn)行鎖定或開鎖動作，無線充電裝置為蓄電池充電。
[0005]直線電機為交流直線電機或直流直線電機、當(dāng)直線電機為直流直線電機時，蓄電池通過DC/DC變換器提供給直流直線電機工作所需的額定直流電壓，當(dāng)直線電機為交流直線電機時，蓄電池通過DC/AC變換器提供交流直線電機工作所需的交流電壓。
[0006]直線電機的驅(qū)動控制方式為PID控制或自適應(yīng)控制。
[0007]無線充電裝置包括電源控制模塊、無線電力發(fā)送端和無線電力接受端，其中無線電力發(fā)送端包括無線電力發(fā)送線圈，無線電力接收端包括無線電力接收線圈和整流電路，整流電路將無線電力接收線圈接受到的交流電整流成蓄電池充電所需的直流電。
[0008]電源控制模塊內(nèi)部設(shè)定蓄電池剩余電量閾值并采集蓄電池的剩余電量，當(dāng)電池的剩余電量大于所述蓄電池剩余電量閾值時，停止充電，當(dāng)電池的剩余電量小于所述蓄電池剩余電量閾值時，電源控制模塊控制無線電力發(fā)送端向無線電力接受端傳輸電力為蓄電池充電。
[0009]無線充電裝置由市電供電，當(dāng)市電正常時，由無線充電裝置的無線電力接收端提供交流電為交流直線電機提供交流驅(qū)動電力或無線電力接收端提供交流電經(jīng)整流器轉(zhuǎn)換為直流電為直流直線電機提供直流驅(qū)動電力。
[0010]用于鎖定或解鎖的直線電機為多個，當(dāng)用戶進(jìn)行開鎖或解鎖的操作時，多個直流電機間隔執(zhí)行開鎖或解鎖操作。
[0011]當(dāng)?shù)谝慌_直線電機完成鎖定或開鎖操作后，主控制器內(nèi)延時繼電器或直線電機驅(qū)動器內(nèi)置延時定時器啟動，Tl時間后，第二臺直線電機開始進(jìn)行鎖定或開鎖操作，當(dāng)?shù)诙_直線電機完成鎖定或開鎖操作后，主控制器內(nèi)延時繼電器或直線電機驅(qū)動器內(nèi)置延時定時器T2啟動，T2時間后，第三臺直線電機開始進(jìn)行鎖定或開鎖操作，直至所有直線電機按照上述間隔啟動方式完成開鎖或解鎖操作。
[0012]主控制器連接存儲器，存儲器內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)庫，用于記錄并更新鎖定或開鎖的操作信息，當(dāng)用戶執(zhí)行鎖定指令時，主控制器結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的鎖定或開鎖的操作信息歷史信息，執(zhí)行相應(yīng)的解鎖或開鎖的操作。
[0013]用于鎖定或解鎖的直線電機為多個，主控制器內(nèi)部設(shè)置時間閾值，當(dāng)用戶執(zhí)行鎖定指令時，主控制器結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的鎖定或開鎖的操作信息歷史信息，判斷出用戶下次解鎖的時間，當(dāng)用戶離開的時間小于所述時間閾值時，僅部分直線電機被驅(qū)動用于執(zhí)行鎖定任務(wù)，當(dāng)用戶離開的時間大于所述時間閾值時，全部直線電機被驅(qū)動用于執(zhí)行鎖定任務(wù)。
[0014]當(dāng)直線電機的驅(qū)動控制方式為PID控制時，控制方式具體設(shè)計為速度和電流雙閉環(huán)控制，其中，外環(huán)為速度閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流閉環(huán)控制，通過電流傳感器、CLARK變換器和PARK變換器得到直線電機實際運行狀態(tài)下的直軸電流驅(qū)動值Id和交軸電流驅(qū)動值Iq，通過光柵尺采集電機位移信號s并將其轉(zhuǎn)換為直線電機實際運動速度V*和直線電機相位角Φ，將直線電機相位角Φ輸入到PARK變換器，設(shè)定直線電機運動參考速度為Vref，直線電機實際運動速度為V*，將Vref與V*差值信號輸入至第一比例積分調(diào)節(jié)器得到直線電機交軸電流驅(qū)動調(diào)制參考值Iqref，將Iqref與Iq差值信號輸入至第二比例節(jié)分調(diào)節(jié)器得到直線電機交軸電壓驅(qū)動參考值Uqref，設(shè)定直線電機直軸電流調(diào)制參考值為Idref，將Idref與Id差值信號輸入至第三比例節(jié)分調(diào)節(jié)器得到直線電機直軸電壓驅(qū)動調(diào)制參考值Udref ,Uqref和Udref經(jīng)PARK逆變換后輸入至SVPWM控制器，SVPWM控制器根據(jù)Uqref和Udref相應(yīng)的輸出電壓逆變器開關(guān)的驅(qū)動控制信號，通過實時調(diào)節(jié)直線電機輸入的電壓來實現(xiàn)調(diào)節(jié)直線電機運動狀態(tài)。
[0015]當(dāng)直線電機的驅(qū)動控制方式為自適應(yīng)控制時，控制方式具體設(shè)計為速度和電流雙閉環(huán)控制，其中，外環(huán)為速度閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流閉環(huán)控制，通過電流傳感器、CLARK變換器和PARK變換器得到直線電機實際運行狀態(tài)下的直軸電流驅(qū)動值Id和交軸電流驅(qū)動值Iq，通過光柵尺采集電機位移信號s并將其轉(zhuǎn)換為直線電機實際運動速度V*和直線電機相位角Φ，將直線電機相位角Φ輸入到PARK變換器，設(shè)定直線電機運動參考速度為Vref，計算得到Vref與V*差值A(chǔ)V，并將該差值信號輸入至微分器得到d(AV)/dt，將微分器輸出的d(AV)/dt乘以常數(shù)c后得到cXd(AV)/dt，將AV與cXd(AV)/dt的差值輸入到自適應(yīng)控制器，通過自適應(yīng)律式計算得到基函數(shù)矢量估計值Φ及其對應(yīng)的權(quán)矢量估計值w，將AV與c X d (ΛV) /dt的差值、基函數(shù)矢量估計值Φ及其對應(yīng)的權(quán)矢量估計值w輸入到控制律式，通過控制律式計算得到直線電機交軸電壓驅(qū)動調(diào)制值Uqref，設(shè)定直線電機直軸電流參考值為Idref，將Idref與Id差值信號輸入至比例節(jié)分調(diào)節(jié)器得到直線電機直軸電壓驅(qū)動調(diào)制值Udref，Uqref和Udref經(jīng)PARK逆變換后輸入至SVPffM控制器，SVPffM控制器根據(jù)Uqref和Udref相應(yīng)的輸出電壓逆變器開關(guān)的驅(qū)動控制信號，通過實時調(diào)節(jié)直線電機輸入的電壓來實現(xiàn)調(diào)節(jié)直線電機運動狀態(tài)。
[0016]實施本發(fā)明的智能門鎖，具有以下有益效果，當(dāng)門鎖內(nèi)包含多個電機時，多個電機同時啟動容易形成沖擊市電或蓄電池的過電流，通過電機間隔啟動的控制方式克服電機同時啟動沖擊電源的問題；同時使用多個電機完成鎖定或解鎖操作必定會導(dǎo)致電能的浪費，通過數(shù)據(jù)庫記錄并更新執(zhí)行鎖定開始時間、鎖定和解鎖操作的時間間隔歷史記錄，當(dāng)再次執(zhí)行鎖定操作時，控制器根據(jù)執(zhí)行鎖定的開始時間，調(diào)用數(shù)據(jù)庫的歷史記錄從而分析判斷出鎖定和解鎖操作的時間間隔，當(dāng)分析判斷出用戶離開時間較短時，離開期間發(fā)生盜竊事故的概率相對較低且在該時間段內(nèi)很難撬開多個電機，因此，不需要控制全部電機執(zhí)行鎖定任務(wù)，只需要部分電機執(zhí)行鎖定任務(wù)，從而節(jié)約了電能；門鎖中的電機驅(qū)動控制方式為PID或自適應(yīng)控制，通過設(shè)置位移參考值可以使得電機適應(yīng)各種不同結(jié)構(gòu)的門形和門框，并且鎖定或解鎖的速度均可根據(jù)實際需要自行設(shè)置從而增加了門鎖的兼容性和可擴展性。
【附圖說明】
[0017]圖1為智能門鎖整體裝配示意圖。
[0018]圖2為用戶操作系統(tǒng)的示意圖。
[0019]圖3電機間隔啟動控制示意圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1智能門鎖整體裝配示意圖中主要包括如下元件:I門板、2門框、3門栓容置槽、4門栓、5合頁、6第一電機、7第二電機、8第三電機、9第四電機、10第五電機、11主控制器、12用戶操作系統(tǒng)、13無線電力發(fā)送端、14無線電力接收端、15直線電機驅(qū)動器、16充電器、17蓄電池和18門鎖驅(qū)動桿。
[0021]主控制器11通過用戶操作系統(tǒng)12接受用戶輸入的指令，根據(jù)將用戶的指令控制第一直線電機6、第二直線電機7、第三直線電機8、第四直線電機9或第五直線電機10按用戶的指令進(jìn)行鎖定或開鎖動作，直線電機驅(qū)動器15與主控制器間采用通訊總線連接，將主控制器11的指令轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動直線電機的驅(qū)動控制信號。無線電力發(fā)送端13將市電傳輸至無線電力接收端14，無線電力接收端14將接收到的電力經(jīng)充電器16轉(zhuǎn)換為直流電為蓄電池17充電，當(dāng)市電正常時，由無線電力接收端14直接為各臺直線電機提供驅(qū)動電源，當(dāng)市電故障或停止時，蓄電池17存儲的電能經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電為各臺直線電機提供驅(qū)動電源。門栓4、第一電機6、第二電機7、第三電機8、第四電機9、第五電機10、主控制器11、用戶操作系統(tǒng)12、無線電力接收端14、直線電機驅(qū)動器15、充電器16和蓄電池17均安裝在門板I內(nèi)部。當(dāng)執(zhí)行鎖定操作時，門栓4由直線電機帶動的門栓驅(qū)動桿18推入至門栓容置槽3，從而將門板I固定在門框2上，當(dāng)執(zhí)行解鎖操作時，門栓4由直線電機帶動的門栓驅(qū)動桿18從門栓容置槽3中抽離，從而將門板I和門框分離，從而使得用戶推門即可進(jìn)入。無線電力發(fā)送端13與市電相連安裝在門框2旁的墻體上。
[0022]圖2中用戶操作系統(tǒng)主要包括如下元件:20指紋錄入模塊、21身份驗證模塊、22微控制器模塊、23操作模塊和24報警模塊。指紋錄入模塊20用于采集用戶指紋信息并輸入至身份驗證模塊21以待身份確認(rèn)，當(dāng)身份驗證模塊21通過指紋比對確認(rèn)該用戶為合法用戶時，將該驗證信息輸入至微控制器模塊22，由微控制器模塊22為操作模塊23上的操作界面解鎖，從而使得用戶可以通過操作模塊23上的操作界面向微控制器模塊22輸入鎖門和開門的指令，微控制器模塊22將該指令通過通信總線傳輸至主控制器11，主控制器11根據(jù)將用戶的指令轉(zhuǎn)換為直線電機驅(qū)動器驅(qū)動信號從而驅(qū)動直線電機按用戶的指令進(jìn)行鎖定或開鎖動作。當(dāng)身份驗證模塊21通過指紋比對確認(rèn)該用戶為非法用戶時，將該驗證信息輸入至微控制器模塊22，微控制器模塊22觸發(fā)報警模塊24發(fā)出警報。
[0023]圖3中電機間隔啟動控制主要包括如下元件:31直線電機啟動開關(guān)SB、32斷路器QFl的合閘線圈KMl、33合閘線圈KMl的常開觸點開關(guān)、34斷路器QFl的合閘指示燈、35第一時間繼電器線圈KTl、36第一時間繼電器KTl的常開觸點開關(guān)、37斷路器QF2的合閘線圈KM2、38合閘線圈KM2的常開觸點開關(guān)、39第二時間繼電器線圈KT2、40斷路器QF2的合閘指示燈、41第二時間繼電器ΚΤ2的常開觸點開關(guān)、42斷路器QF3的合閘線圈ΚΜ3、43合閘線圈ΚΜ3的常開觸點開關(guān)、44第三時間繼電器的常開觸點開關(guān)、45斷路器QF3的合閘指示燈、46第三時間繼電器線圈ΚΤ3、47斷路器QF4的合閘線圈ΚΜ4、48合閘線圈ΚΜ4的常開觸點開關(guān)、49第四時間繼電器的常開觸點開關(guān)、50斷路器QF4的合閘指示燈、51第四時間繼電器線圈ΚΤ4、52斷路器QF5的合閘線圈ΚΜ5、53合閘線圈ΚΜ5的常開觸點開關(guān)、54斷路器QF5的合閘指示燈。
[0024]當(dāng)用戶進(jìn)行鎖定或解鎖操作時，SB由主控制器控制閉合KMl得電，線圈KMl所屬斷路器QFl合閘為第一直線電機通電，KMl的常開觸點開關(guān)閉合，第一時間繼電器線圈KTl得電、第一時間繼電器KTI計時開始，當(dāng)?shù)谝粫r間繼電器KTl定時設(shè)置為TI秒時，TI秒后KTI的常開觸點開關(guān)閉合，ΚΜ2線圈得電，線圈ΚΜ2所屬斷路器QF2合閘為第二直線電機通電，ΚΜ2的常開觸點開關(guān)閉合，第二時間繼電器線圈ΚΤ2得電、第二時間繼電器ΚΤ2計時開始，當(dāng)?shù)诙r間繼電器ΚΤ2定時設(shè)置為Τ2秒時，Τ2秒后ΚΤ2的常開觸點開關(guān)閉合，ΚΜ3線圈得電，線圈ΚΜ3所屬斷路器QF3合閘為第三直線電機通電，ΚΜ3的常開觸點開關(guān)閉合，第三時間繼電器線圈ΚΤ3得電、第三時間繼電器ΚΤ3計時開始，當(dāng)?shù)谌龝r間繼電器ΚΤ3定時設(shè)置為Τ3秒時，Τ3秒后ΚΤ3的常開觸點開關(guān)閉合，ΚΜ4線圈得電，線圈ΚΜ4所屬斷路器QF4合閘為第四直線電機通電，ΚΜ4的常開觸點開關(guān)閉合，第四時間繼電器線圈ΚΤ4得電、第四時間繼電器ΚΤ4計時開始，當(dāng)?shù)谒臅r間繼電器ΚΤ4定時設(shè)置為Τ4秒時，Τ4秒后ΚΤ4的常開觸點開關(guān)閉合，ΚΜ5線圈得電，線圈ΚΜ5所屬斷路器QF5合閘為第五直線電機通電。電機間隔啟動控制程序及主要元件設(shè)置在直線電機驅(qū)動器中，電源L、N是直線電機驅(qū)動器為電機間隔啟動控制電路提供的控制回路電源，電源L1、N是直線電機驅(qū)動器為直線電機提供的驅(qū)動電源。
[0025]本發(fā)明不限于所公開的實施例和附圖，旨在覆蓋落入本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的各種變化和變形。
【主權(quán)項】
1.一種智能門鎖，它包括主控制器、用戶操作系統(tǒng)、直線電機、直線電機驅(qū)動器、無線充電裝置和蓄電池，主控制器通過用戶操作系統(tǒng)接受用戶輸入的指令，主控制器根據(jù)將用戶的指令轉(zhuǎn)換為直線電機驅(qū)動器驅(qū)動信號從而驅(qū)動直線電機按用戶的指令進(jìn)行鎖定或開鎖動作，無線充電裝置為蓄電池充電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能門鎖，其特征在于:直線電機為交流直線電機或直流直線電機、當(dāng)直線電機為直流直線電機時，蓄電池通過DC/DC變換器提供給直流直線電機工作所需的額定直流電壓，當(dāng)直線電機為交流直線電機時，蓄電池通過DC/AC變換器提供交流直線電機工作所需的交流電壓。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能門鎖，其特征在于:直線電機的驅(qū)動控制方式為PID控制或自適應(yīng)控制。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能門鎖，其特征在于:無線充電裝置包括電源控制模塊、無線電力發(fā)送端和無線電力接受端，其中無線電力發(fā)送端包括無線電力發(fā)送線圈，無線電力接收端包括無線電力接收線圈和整流電路，整流電路將無線電力接收線圈接受到的交流電整流成蓄電池充電所需的直流電。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能門鎖，其特征在于:電源控制模塊內(nèi)部設(shè)定蓄電池剩余電量閾值并采集蓄電池的剩余電量，當(dāng)電池的剩余電量大于所述蓄電池剩余電量閾值時，停止充電，當(dāng)電池的剩余電量小于所述蓄電池剩余電量閾值時，電源控制模塊控制無線電力發(fā)送端向無線電力接受端傳輸電力為蓄電池充電。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能門鎖，其特征在于:無線充電裝置由市電供電，當(dāng)市電正常時，由無線充電裝置的無線電力接收端提供交流電為交流直線電機提供交流驅(qū)動電力或無線電力接收端提供交流電經(jīng)整流器轉(zhuǎn)換為直流電為直流直線電機提供直流驅(qū)動電力。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能門鎖，其特征在于:用于鎖定或解鎖的直線電機為多個，當(dāng)用戶進(jìn)行開鎖或解鎖的操作時，多個直流電機相繼執(zhí)行開鎖或解鎖操作。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能門鎖，其特征在于:當(dāng)?shù)谝慌_直線電機完成鎖定或開鎖操作后，主控制器內(nèi)延時繼電器或直線電機驅(qū)動器內(nèi)置延時定時器啟動，Tl時間后，第二臺直線電機開始進(jìn)行鎖定或開鎖操作，當(dāng)?shù)诙_直線電機完成鎖定或開鎖操作后，主控制器內(nèi)延時繼電器或直線電機驅(qū)動器內(nèi)置延時定時器T2啟動，T2時間后，第三臺直線電機開始進(jìn)行鎖定或開鎖操作，直至所有直線電機按照上述分時操作方式完成開鎖或解鎖操作。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能門鎖，其特征在于:主控制器連接存儲器，存儲器內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)庫，用于記錄并更新鎖定或開鎖的操作信息，當(dāng)用戶執(zhí)行鎖定指令時，主控制器結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的鎖定或開鎖的操作信息歷史信息，執(zhí)行相應(yīng)的解鎖或開鎖的操作。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能門鎖，其特征在于:用于鎖定或解鎖的直線電機為多個，主控制器內(nèi)部設(shè)置時間閾值，當(dāng)用戶執(zhí)行鎖定指令時，主控制器結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的鎖定或開鎖的操作信息歷史信息，判斷出用戶下次解鎖的時間，當(dāng)用戶離開的時間小于所述時間閾值時，僅部分直線電機被驅(qū)動用于執(zhí)行鎖定任務(wù)，當(dāng)用戶離開的時間大于所述時間閾值時，全部直線電機被驅(qū)動用于執(zhí)行鎖定任務(wù)。
【文檔編號】E05B45/06GK106088826SQ201610508790
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月2日
【發(fā)明人】周岳
【申請人】周岳