一种利用计算机程序控制电子锁的方法及其装置 【技术领域】
本发明涉及锁具， 尤其是利用计算机程序进行控制、 依靠电子密码进行识别、 可对 电子密码进行更换和管理的电子锁套件， 包括 ： 电子锁芯、 电子钥匙以及相应的管理器。背景技术
锁具作为一种保护性物品， 是人们现代生活中不可缺少的办公和日常用具， 而锁 芯是锁具的核心部件， 对锁具性能的优劣起着至关重要的作用。 目前， 市面上的锁芯主要有 机械弹子锁芯和有源电子锁芯两大类， 其中以机械弹子锁芯的应用最为广泛。
机械弹子锁芯虽然实现形式种类繁多， 性能也有较大的差异， 但其基本原理都是 ： 在内、 外锁芯壁之间的孔中设置多组靠弹簧顶住的两截弹子， 位于内、 外锁芯之间的弹子阻 止了内锁芯在外锁芯中旋转 ； 若开锁者用钥匙或特殊工具刚好使所有内弹子靠外的一端与 内锁芯靠外的洞口平齐， 则可以借助外部扭力旋转内锁芯， 实现开锁。 上述原理使机械弹子 锁芯从本质上不可避免地存在以下一种或多种缺陷 ：
1) 容易被专用工具在无损坏方式下破解开锁， 安全性差 ；
2) 理论上一把钥匙只能开一种用途的锁， 因而每个人平时需要带许多钥匙， 方便 性差 ；
3) 钥匙所含有的密码信息不易改变， 发生钥匙移交时往往需要更换锁芯， 灵活性 差；
4) 配钥匙一般需要较昂贵且体积较大的专门工具或使用专业技巧， 一些防盗性能 好但形状特殊的钥匙更是需要通过厂家才能配到， 可维护性差。
有源电子锁芯虽能消除机械弹子锁芯的大多数缺陷问题， 但由于本身存在需要电 源支持、 成本较高等缺陷， 使用条件苛刻， 应用场所有限， 不能广泛推广， 在实际生活中尚不 能完全解决使用机械弹子锁芯所带来的困扰。 发明内容 本发明的目的是提供一种使用电子密码识别的无源电子锁芯和无源电子钥匙， 以 及能够对所述的电子锁芯及电子钥匙的电子密码进行管理的密码管理器， 和能够对所述的 电子钥匙进行管理的钥匙管理器。 以上所述装置及其所包含的软件方法既能够克服现有机 械弹子锁芯的安全性差、 方便性差、 灵活性差、 可维护性差等问题， 又能够避免有源电子锁 芯的需要电源支持、 成本较高等缺陷。
本发明包括电子锁芯、 电子钥匙、 密码管理器、 钥匙管理器四个相互独立的装置， 其中 ： 电子锁芯、 密码管理器、 钥匙管理器的电子电路中含有单片机， 需使用特定的管理软 件进行相应的控制和操作， 因此， 本发明还包括电子锁芯、 密码管理器、 钥匙管理器的管理 软件的软件方法。
本发明所述的电子锁芯装置包括锁眼槽 (29)、 供电选择开关 (22)、 发电装置、 电 源及信号接口 (24)、 锁芯电子电路 (I)、 开锁驱动装置 ；
1) 锁眼槽 (29) 是电子锁芯的壳体内的一个凹槽， 有入口与电子锁芯前端外面相通； 2) 供电选择开关 (22) 位于锁眼槽 (29) 的侧面 ；
3) 发电装置包括启动齿轮组 (30)、 双向齿轮组 (31)、 止退装置、 前级齿轮组 (32)、 发条装置 (17)、 后级齿轮组 (16)、 微型电机 (15)、 电源电路 ； 启动齿轮组 (30) 位于锁眼槽 (29) 的侧面， 启动齿轮组 (30) 有两种结构 ： 一种结构包括两个齿轮， 这两个齿轮均仅有顶 齿伸入到锁眼槽 (29) 的空间内， 并分别与双向齿轮组 (31) 的两组齿轮组的第一个齿轮啮 合； 另一种结构包括一组固定联接在一起的齿轮， 其中一部分齿轮均仅有顶齿伸入到锁眼 槽 (29) 的空间内， 剩下的两个齿轮分别与双向齿轮组 (31) 的两组齿轮组的第一个齿轮啮 合； 双向齿轮组 (31) 包括两组齿轮组， 每组齿轮组各包括一组相互之间啮合或固定联接的 齿轮， 其中一组比另一组多一个齿轮， 这两组齿轮组的最后一个齿轮分别各与一个止退装 置的棘轮 (36) 固定联接， 这两个止退装置的棘爪 (33) 分别从两面固定到前级齿轮组 (32) 的第一个齿轮 (35) 上 ； 发电装置的所有止退装置均有相同的结构， 每个止退装置包括棘轮 (36)、 棘爪 (33)、 棘爪簧 (34)， 棘爪 (33) 在棘爪簧 (34) 的弹力压迫下与棘轮 (36) 咬合 ； 前级齿轮组 (32) 包括一组相互之间啮合或固定联接的齿轮， 其最后一个齿轮与发条装置 (17) 的发条齿轮啮合 ； 发条装置 (17) 包括发条、 发条齿轮、 支撑轴 ； 发条两端分别固定在发 条齿轮和支撑轴上 ； 发条齿轮与后级齿轮组 (16) 的第一个齿轮的连接有两种结构 ： 一种是 两个齿轮直接啮合， 另一种是发条齿轮与一个止退装置的棘轮 (36) 固定联接且该止退装 置的棘爪 (33) 固定到后级齿轮组 (16) 的第一个齿轮上 ； 后级齿轮组 (16) 包括一组相互之 间啮合或固定联接的齿轮， 其最后一个齿轮固定在微型电机 (15) 的轴芯上 ； 微型电机 (15)
的供电输出接入到电源电路的输入端 ；
4) 电源及信号接口 (24) 与锁芯电子电路 (I) 相接 ；
5) 锁芯电子电路 (I) 放置于电路板 (14) 上， 包括单片机、 可在线读写掉电不丢失 2 的存储器 ( 包括 ： E PROM、 FLASH MEMORY)、 开锁驱动控制电路， 单片机通过总线与存储器、 开 锁驱动控制电路相连接 ； 开锁驱动控制电路的输出与微型电机 (3) 的供电输入相接 ；
6) 开锁驱动装置包括微型电机 (3)、 销钉 (12)、 锁孔 (10) ； 微型电机 (3) 在已有技 术结构基础上作如下改进 ： 轴芯 (2) 内部为部分带有内螺纹的圆筒， 轴芯 (2) 外面有根部 相连的铁抓 (6)， 铁抓 (6) 的前端为铁磁质材料并绕有线圈， 该线圈经转换电路与微型电机 (3) 的供电输入相接， 铁抓 (6) 的前端的外围有一圈固定在微型电机 (3) 壳体上的永磁环 (5)， 永磁环 (5) 的内圈和外圈各为一个磁极 ； 销钉 (12) 的后半部分带有与轴芯 (2) 的内螺 纹相啮合的外螺纹并插入到轴芯 (2) 中， 销钉 (12) 的前半部分为前端带有突起 (13) 的圆 柱体并伸入到锁孔 (10) 中 ； 锁孔 (10) 是一条贯通电子锁芯的锁体固定部分 (25) 与开锁移 动部分 (27) 的半径一致且位置吻合的圆孔， 锁孔 (10) 的孔内有一条向内凸起且与筒壁平 行的凸梁 (11)。
所述的电子锁芯还包括钥匙定位装置 (18)、 锁芯密码复位拨动开关 (1) ； 钥匙定 位装置 (18) 位于锁眼槽 (29) 的侧面 ； 锁芯密码复位拨动开关 (1) 有两个端子， 分别接入锁 芯电子电路 (I) ； 拨动锁芯密码复位拨动开关 (1) 有两种状态， 一种是 “正常状态” ( 两个端 子开路 )， 一种是 “复位状态” ( 两个端子短路 )。
所述的电子锁芯的单片机电路中含有特定的实现相应控制和操作的软件， 其软件方法的主要特点如下 ：
1) 所述的软件方法， 包括如下步骤 ：
a、 读取锁芯密码复位拨动开关装置 (1) 的状态， 如为 “复位状态” 则跳转到 b 步骤 ； 如为 “正常状态” 则跳转到 c 步骤 ；
b、 执行 “锁芯复位” 操作 ： 清空电子锁芯内的所有电子密码， 然后结束。
c、 从电子锁芯的电源及信号接口 (24) 读取并判断指定的 “标识字节” 的内容， 如 “标识字节” 的内容表示接入设备为电子钥匙， 则跳转至 d 步骤 ； 如 “标识字节” 的内容表示 接入设备为密码管理器， 则跳转至 f 步骤 ； 如 “标识字节” 的内容不在预先定义的范围内则 结束 ；
d、 读取电子钥匙的电子密码进行密码核对， 若有某组电子密码一致则跳转至 e 步 骤， 若所有电子密码都不一致则结束 ；
e、 执行 “开锁操作” ， 然后结束 ；
f、 检查接入设备是否有对电子密码操作的权限， 如果有权限则跳转到 h 步骤， 若 没有权限则跳转到 g 步骤 ；
g、 向密码管理器发送 “不允许密码操作” 的指令， 然后结束 ； h、 向密码管理器发送 “允许密码操作” 的指令以及包括电子锁芯的电子密码的信 息， 然后执行 i 步骤 ；
i、 循环等待密码管理器发出 “修改电子锁芯密码” 指令 ； 若接到 “修改电子锁芯密 码” 指令， 则执行 j 步骤 ；
j、 按接到的指令要求修改电子锁芯的相应电子密码 ； 操作完成后返回 i 步骤。
2) 所述的软件方法， 所采用的防止密码被电子破译的措施包括 ： 对每次密码核对 所读取的接入设备的电子密码的组数的最大值进行限定， 需复位锁芯电子电路 (I) 的单片 机后才能进行下一次的密码核对 ； 向密码管理器传递比较结果前有防护性延时 ； 每次密码 核对需比较完所有有效的接入设备的电子密码后才给出结果 ； 涉及密码核对部分的程序沿 不同分支路径走完所用的时间都相同， 不足的时间用空指令来填补和延时。
3) 所述的软件方法， 其数据结构的主要特点在于 ： 电子密码分别存储在电子锁芯 与电子钥匙中， 每组电子密码使用相同固定长度的不小于 32 位的二进制代码表示 ； 电子锁 芯内存储的电子密码按类型包括管理密码和普通密码， 电子钥匙按类型包括管理钥匙和普 通钥匙 ； 电子锁芯使用管理密码与管理钥匙进行密码核对， 使用普通密码与普通钥匙进行 密码核对 ； 管理钥匙可允许开锁操作和对电子密码进行管理操作， 普通钥匙只允许开锁操 作； 电子钥匙通过在特定的 “标识字节” 内存储 “管理钥匙表示字串” 或 “普通钥匙表示字串” 来标识该电子钥匙为管理钥匙或普通钥匙 ； 电子锁芯内存储的管理密码按类型包括当前管 理密码、 更新前的旧管理密码 ； 电子锁芯内存储的普通密码按类型包括当前普通密码、 更新 前的旧普通密码。
本发明所述的电子钥匙装置包括齿条 (43)、 电源及信号接口 (42)、 钥匙电子电路 (II) ； 齿条 (43) 位于电子钥匙前半部分， 齿条 (43) 尾部有一段凹槽 (44) ； 电源及信号接口 (42) 与钥匙电子电路 (II) 相接 ； 钥匙电子电路 (II) 包括可在线读写掉电不丢失的存储器 2 ( 包括 ： E PROM、 FLASH MEMORY)。
本发明所述的密码管理器装置包括密码管理器电池电源电路、 密码管理器电子电
路 (III)、 密码管理器操作键盘、 密码管理器状态显示灯、 锁芯插头 (45)、 钥匙插座 (46) ； 密 码管理器电子电路 (III) 包括有单片机 ； 密码管理器操作键盘包括密码更新键、 密码复制 键； 锁芯插头 (45) 包括有电源及信号接口， 锁芯插头 (45) 的电源及信号接口与密码管理 器电子电路 (III) 相接 ； 钥匙插座 (46) 包括钥匙插入槽、 电源及信号接口 ； 钥匙插入槽是 钥匙插座 (46) 内部的一个凹槽， 有入口通到密码管理器的外面 ； 钥匙插座 (46) 的电源及信 号接口位于钥匙插座 (46) 的内部和钥匙插入槽的侧面， 并与密码管理器电子电路 (III) 相 接。
所述的密码管理器的单片机电路中含有特定的实现相应控制和操作的软件， 其软 件方法包括如下步骤 ：
a、 按照电子锁芯发出的指令进行以下相应操作 ： 如接到读取 “标识字节” 的指令， 则向电子锁芯传送 “密码管理器表示字串” ； 如接到读取电子密码的指令， 则读取电子钥匙 的相关电子密码信息传送给电子锁芯 ； 如接到 “不允许密码操作” 的指令， 则跳转到 b 步骤 ； 如接到 “允许密码操作” 的指令， 则跳转到 c 步骤 ；
b、 复位电子锁芯的单片机， 然后返回到 a 步骤 ；
c、 接收包括电子锁芯的电子密码的信息， 然后执行 d 步骤 ； d、 按照从密码管理器操作键盘获得的指令， 执行相应的电子密码管理操作 ； 如从 键盘接到 “密码更新” 指令则跳转到 e 步骤 ； 如从键盘接到 “密码复制” 指令则跳转到 f 步 骤； 如从键盘接到 “密码删除” 指令则跳转到 g 步骤 ；
e、 通过对 “密码更新键” 在按键前和按键中的时间分别循环计时再续接在一起产 生随机的新密码 ； 将新密码记录到接入钥匙插座 (46) 的电子钥匙中 ； 并向电子锁芯发出 “修改电子锁芯密码” 指令， 指令内容包含新密码 ； 完成 “密码更新” 操作后返回 d 步骤 ；
f、 将电子锁芯的相应电子密码复制到插入钥匙插座 (46) 的电子钥匙中 ； 完成 “密 码复制” 操作后返回 d 步骤 ；
g、 从插入钥匙插座 (46) 的电子钥匙中删除电子锁芯的相应电子密码 ； 完成 “密码 删除” 操作后返回 d 步骤。
本发明所述的钥匙管理器装置包括钥匙管理器电池电源电路、 钥匙管理器电子电 路 (IV)、 钥匙管理器操作键盘、 钥匙管理器状态显示灯、 钥匙插座 (47) ； 钥匙管理器电子电 路 (IV) 包括有单片机 ； 钥匙管理器操作键盘包括有钥匙初始化键 ； 钥匙管理器有 1 个或 2 个钥匙插座 (47)( 两种方案 )， 所有钥匙插座 (47) 的内部结构除与钥匙管理器电子电路 (IV) 的连接端口外均相同 ； 钥匙插座 (47) 包括钥匙插入槽、 电源及信号接口 ； 钥匙插入槽 是钥匙插座 (47) 内部的一个凹槽， 有入口通到钥匙管理器的外面 ； 电源及信号接口位于钥 匙插座 (47) 的内部和钥匙插入槽的侧面， 并与钥匙管理器电子电路 (IV) 相接。
所述的钥匙管理器的单片机电路中含有特定的实现相应控制和操作的软件， 其软 件方法包括如下步骤 ：
a、 按照从钥匙管理器操作键盘获得的指令， 执行相应的电子钥匙管理操作 ； 如从 键盘接到 “钥匙初始化” 指令则跳转到 b 步骤 ； 如从键盘接到 “克隆钥匙” 指令则跳转到 c 步骤 ；
b、 将接入指定的钥匙插座的电子钥匙的电子密码清空 ； 完成 “钥匙初始化” 操作后 返回 a 步骤 ；
c、 通过钥匙插座 (47) 将指定的电子钥匙的信息克隆到另一把指定的电子钥匙 中， 使后者拥有前者所有的电子密码以及相同的钥匙类型 ； 完成 “克隆钥匙” 操作后返回 a 步骤。
本发明具有以下优点 ：
1) 电子锁芯和电子钥匙既无需外部电源供电， 也不使用电池供电， 受环境条件限 制小， 运用场所广泛 ；
2) 采用 32 位及以上电子密码保护， 电子密码强度为 40 亿组随机组合以上， 带有防 电子技术破解功能 ( 理论上连续电子暴力破解时间＞ 180 天 )， 安全性好 ；
3) 电子锁芯的电子密码可存储在无限多个电子钥匙内， 电子钥匙内可存储多个电 子锁芯的电子密码 ( 典型值 ： 63 个 )， 因而一般情况下每个人平时只需带 1 把钥匙， 方便性 好；
4) 具有密码更新、 密码复制、 密码清除、 钥匙初始化、 克隆钥匙、 锁芯复位等多种操 作功能 ； 提供管理密码 ( 可开锁和对电子密码操作 ) 和普通密码 ( 只能开锁 ) 两级用户管 理方式 ； 电子密码随机产生， 自动记忆， 无需人工记录 ； 灵活性好。
5) 兼容性设计， 可直接替换大多种机械弹子锁芯 ( 主要受最小体积限制 ) ；
6) 成本较低， 可广泛运用。 电子锁芯、 电子钥匙、 密码管理器、 钥匙管理器是配套使 用的， 通过相互配合来共同完成本发明所述电子锁的各种功能， 但它们均可按照标准化方 式单独生产、 单独销售， 且密码管理器可通用， 钥匙管理器可提供公共使用服务， 因而本发 明设计方案在提供使用便利的同时， 也大大地降低了生产、 销售、 使用的成本。 附图说明
图 1 为本发明的电子锁芯的通用型的机械结构示意图 ；
图 2 为本发明的电子锁芯的内藏型的机械结构示意图 ；
图 3 为本发明的电子锁芯的前级齿轮组的第一个齿轮与左侧的止退装置、 双向齿 轮组的左侧齿轮、 启动齿轮组的左侧齿轮之间的连接结构示意图 ( 左视图 ) ；
图 4 为本发明的电子锁芯的前级齿轮组的第一个齿轮与右侧的止退装置、 双向齿 轮组的右侧齿轮、 启动齿轮组的右侧齿轮之间的连接结构示意图 ( 右视图 ) ；
图 5 为本发明的电子锁芯的止退装置的连接结构示意图 ；
图 6 为本发明的电子锁芯的销钉与锁孔配合结构示意图 ；
图 7 为本发明的电子锁芯的销钉通过金属板、 轴承与销钉枝杈连接的结构示意 图；
图 8 为本发明的电子钥匙的机械结构示意图 ( 前视图 ) ；
图 9 为本发明的电子钥匙的机械结构示意图 ( 侧视图 ) ；
图 10 为本发明的电子钥匙的机械结构示意图 ( 后视图 ) ；
图 11 为本发明的密码管理器的外形结构示意图 ；
图 12 为本发明的钥匙管理器的外形结构示意图 ；
图 13 为本发明的电子锁芯、 电子钥匙、 密码管理器、 钥匙管理器的电子电路原理 图；
图 14 为本发明的电子锁芯的管理软件的软件方法的流程示意图 ；图 15 为本发明的密码管理器的管理软件的软件方法的流程示意图 ；
图 16 为本发明的钥匙管理器的管理软件的软件方法的流程示意图。
上述附图中主要部件说明 ：
1- 锁芯密码复位拨动开关， 2- 开锁驱动装置的微型电机的轴芯， 3- 开锁驱动装置 的微型电机， 4- 螺旋传动装置， 5- 永磁环， 6- 铁抓， 7- 金属板， 8- 销钉的附加枝杈， 9- 附加 锁孔， 10- 锁孔， 11- 锁孔内的凸梁， 12- 销钉， 13- 销钉前端的突起， 14- 电路板， 15- 发电装 置的微型电机， 16- 后级齿轮组， 17- 发条装置， 18- 钥匙定位装置， 19- 远端铜片， 20- 中间铜 片， 21- 近端铜片， 22- 供电选择开关， 23- 弹性棒， 24- 电子锁芯的电源及信号接口， 25- 锁 体固定部分， 26- 出口限制环， 27- 开锁移动部分， 28- 遮尘门， 29- 锁眼槽， 30- 启动齿轮组， 31- 双向齿轮组， 32- 前级齿轮组， 33- 止退装置的棘爪， 34- 止退装置的棘爪簧， 35- 前级齿 轮组的第 - 个齿轮， 36- 止退装置的棘轮， 37- 轴承， 38- 管理钥匙 / 普通钥匙转换标志拨 动开关， 39- 腰部凹槽， 40- 前端凹槽， 41- 前端永久磁铁， 42- 电子钥匙的电源及信号接口， 43- 齿条， 44- 齿条尾部的凹槽， 45- 锁芯插头， 46- 密码管理器的钥匙插座， 47- 钥匙管理器 的钥匙插座， I- 锁芯电子电路， II- 钥匙电子电路， III- 密码管理器电子电路， IV- 钥匙管 理器电子电路。 具体实施方式以下结合图 1 ～图 16 对本发明做进一步的详述。
图 1 和图 2 分别表示了本发明的电子锁芯的一个具体实施例的机械结构， 其中， 供 电选择开关 22、 开锁驱动控制电路、 钥匙定位装置 18、 微型电机 15、 发条装置 17、 微型电机 3、 铁抓 6、 销钉 12 采用如下具体结构 ：
1) 供电选择开关 22 包括弹性棒 23、 远端铜片 19、 中间铜片 20、 近端铜片 21 ； 弹性 棒 23 为绝缘材料， 受到外力时能够弯曲， 一端固定在壳体上， 另一端与中间铜片 20 固定联 接； 中间铜片 20 内部包裹着铁芯， 中间铜片 20 包括两片相互绝缘的铜片， 这两片铜片分别 与发电装置的稳压电路的输出的正极、 负极相接 ； 远端铜片 19 位于中间铜片 20 的远离锁 眼槽 29 的一侧， 远端铜片 19 包括两片相互绝缘的铜片， 这两片铜片分别与微型电机 3 的负 极、 正极相接 ( 设开锁驱动装置拔出销钉 12 时微型电机 3 供电输入的正极端为正极， 负极 端为负极 ) ； 近端铜片 21 位于中间铜片 20 的靠近锁眼槽 29 的一侧， 近端铜片 21 包括两片 相互绝缘的铜片， 这两片铜片分别与锁芯电子电路 I 的供电输入的正极、 负极相接。
2) 开锁驱动控制电路的输出的正极、 负极分别与微型电机 3 的供电输入的正极、 负极相接。
3) 钥匙定位装置 18 为两个对称的限制在锁眼槽 29 两侧壁槽内靠弹簧弹力支撑的 滚珠。
4) 微型电机 15 采用通用的微型直流电机结构。
5) 发条装置 17 的发条齿轮采用条盒轮结构， 可将发条装在其中， 从而能够对发条 进行较好的保护。
6) 微型电机 3 的基础部分采用通用的微型直流电机结构。
7) 铁抓 6 的线圈通过桥堆与微型电机 3 的正、 负极相接， 以保证通电后总是产生与 永磁环 5 相斥的电磁场。
8) 销钉 12 的前端的突起 13 有两个， 对称地位于圆柱体顶端两侧， 并与锁孔 10 内 壁接触， 除具有辅助微型电机 3 顺利启动的功能外， 还起到支撑的作用。
图 8、 图 9 和图 10 表示了本发明的电子钥匙的一个具体实施例的机械结构， 其中， 所述的电子钥匙的前半部分 ( 即插入电子锁芯的部分 ) 有前端永久磁铁 41、 前端凹槽 40、 腰部凹槽 39， 尾部有管理钥匙 / 普通钥匙转换标志拨动开关 38， 通过拨动该开关可对电子 钥匙的类型进行物理标识。
图 14 表示了电子锁芯的管理软件的软件方法的一个具体实施例的运行的大致流 程， 其主要用于配合电子锁芯装置实现电子锁芯与电子钥匙密码核对、 电子锁芯开锁控制、 电子锁芯内部密码管理等功能。
参见图 1、 图 2、 图 8、 图 9、 图 10 和图 14， 所述的电子锁芯依靠将销钉 12 插入锁体 固定部分 25 与开锁移动部分 27 的锁孔 10 内以阻止两者的相对移动来实现锁住功能。
当使用所述的电子钥匙进行开锁操作时， 首先要将电子钥匙插入电子锁芯的锁眼 槽 29 内。在插入过程中， 齿条 43 通过啮合带动启动齿轮组 30 的齿轮转动， 经双向齿轮组 31、 止退装置、 前级齿轮组 32 将发条装置 17 内的发条上紧。当电子钥匙插到锁眼槽 29 底 部时， 钥匙定位装置 18 的滚珠陷入前端凹槽 40 中， 靠弹簧弹力对电子钥匙进行弱定位， 使 得在没有外力干预的情况下， 保持电源及信号接口 24 与电源及信号接口 42 的良好对接， 保 证包裹着铁芯的中间铜片 20 在前端永久磁铁 41 的磁力吸引下离开远端铜片 19 与近端铜 片 21 良好接触， 使得发电装置的稳压电路的输出的正极、 负极分别与锁芯电子电路 I 的供 电输入的正极、 负极相接 ； 同时， 由于齿条 43 尾部凹槽 44 无齿， 故解除对发条释放的限制， 使发条将所积蓄的动力瞬间释放出来， 通过后级齿轮组 16 带动微型电机 15 的轴芯及电枢 旋转， 产生直流电， 通过电源电路产生稳定的电源， 经供电选择开关 22 的中间铜片 20 及近 端铜片 21 向锁芯电子电路 I 供电， 再通过电源及信号接口 24 及电源及信号接口 42 向钥匙 电子电路 II 供电， 激活电子锁芯的管理软件， 将电子锁芯内部存储的相应电子密码与电子 钥匙内部存储的电子密码逐一进行比较， 如有某组电子密码一致， 则执行 “开锁操作” ， 通过 开锁驱动控制电路向微型电机 3 正向供电并保持一段时间 ； 此时， 绕有线圈的铁抓 6 产生与 永磁环 5 相斥的电磁场， 解除对微型电机 3 的轴芯 2 旋转的锁定 ； 微型电机 3 在电流的激 励下使电枢及轴芯 2 旋转， 通过螺旋传动装置 4， 先带动销钉 12 做旋转和移动混合运动， 当 销钉 12 前端的突起 13 被锁孔的凸梁 11 挡住后再带动销钉 12 做直线运动， 从锁孔 10 中拔 出销钉 12， 从而解除对电子锁芯的开锁移动部分 27 的限制， 允许通过外力扭动完成开锁操 作。从完全插入电子钥匙到拔出销钉 12 的时间小于 1 秒， 销钉 12 拔出后可在电子钥匙拔 出前的任何时间内通过外力扭动完成开锁操作。
所述的电子钥匙拔出时， 齿条 43 通过啮合带动启动齿轮组 30 的齿轮转动， 经双向 齿轮组 31、 止退装置、 前级齿轮组 32 将发条装置 17 内的发条上紧。 当电子钥匙拔离电子锁 芯后， 弹性棒 23 靠本身的弹力回到原位， 中间铜片 20 离开近端铜片 21 与远端铜片 19 接触， 使得发电装置的稳压电路的输出的正极、 负极分别与微型电机 3 的负极、 正极相接 ； 同时， 解除对发条释放的限制， 使发条将所积蓄的动力瞬间释放出来， 通过后级齿轮组 16 带动微 型电机 15 的转子旋转， 产生直流电， 通过电源电路产生稳定的电源， 经供电选择开关 22 的 中间铜片 20 及远端铜片 19 向微型电机 3 反向供电， 完成销钉 12 的插入操作， 实现锁住功 能。所述的电子锁芯的启动齿轮组 30 包括两个齿轮， 所述的电子钥匙的齿条 43 包括 两条纵向平行且结构相同的齿条 ； 当电子钥匙插入电子锁芯时， 每条所述的齿条分别与一 个所述的启动齿轮组 30 的齿轮啮合， 使得电子钥匙在插入或拔出电子锁芯时都能将电子 锁芯的发条上紧。齿条 43 用螺钉固定在电子钥匙的尾部， 可以拆卸， 当发生因电子钥匙在 锁眼槽 29 内来回拔插使发条上紧卡住电子钥匙时， 可通过拆离齿条 43， 释放上紧的发条并 拔出电子钥匙。
当采用通过扭动电子钥匙开锁的方式时， 为保证所述的电子钥匙拔出时， 所述的 电子锁芯的锁体固定部分 25 与开锁移动部分 27 的锁孔 10 能够对齐， 以便使销钉 12 顺利 插入， 在电子锁芯的前端设置出口限制环 26， 通过与电子钥匙的腰部凹槽 39 的相互配合， 以机械限制的方式， 使得电子钥匙必须先回到插入时的特定位置才允许被拔出。
当所述的电子锁芯的电子密码丢失时， 将锁芯密码复位拨动开关 1 置于 “复位状 态” ， 然后随意插入一把电子钥匙或密码管理器的锁芯插头 45， 1 秒钟内， 电子锁芯内的电子 密码将被全部清除 ； 拔出电子钥匙或密码管理器的锁芯插头 45 后， 再将锁芯密码复位拨动 开关 1 置于 “正常状态” ， 即可将该电子锁芯作为一个新的电子锁芯使用。
为良好实现上述功能， 所述的电子锁芯及电子钥匙还可采用以下措施 ： 1) 通过调整前级齿轮组 32 的传动比使电子钥匙插到锁眼槽 29 底部并被弱定位时 正好将发条装置 17 内的发条完全上紧 ；
2) 通过调整后级齿轮组 16 的传动比以改变微型电机 15 的转速， 使发电电压符合 设计要求 ；
3) 使用低电压检测电路使稳压电路在微型电机 15 发电电压低于其输入电压下限 值时不提供对外电压 ； 使用限电压保护电路以保证稳压电路的输入电压低于其上限值 ；
4) 销钉 12 的上半部分可通过轴承 37、 金属板 7 等连接多个枝杈 8， 并增加相应的 附加锁孔 9， 以提高销钉 12 的整体抗机械暴力破坏强度 ；
5) 电子锁芯的外壳使用金属材料， 内部电路板 14 及导线皆用金属板或金属网包 裹， 避免因电磁干扰误开锁。
6) 在电子锁芯的入口设置一小块凸起的定位门槛， 在电子钥匙的前半部分纵向 设置一条凹下的定位槽， 两者相互配合使电子钥匙只能以某个固定的姿势才能插入电子锁 芯。
7) 可以在电子锁芯的入口设置带有簧片的遮尘门 28， 在电子钥匙的表面设置带 有弹簧的遮尘罩 ； 电子钥匙插入电子锁芯时将遮尘门 28、 遮尘罩顶开， 电子钥匙拔出后遮 尘门 28、 遮尘罩分别靠簧片、 弹簧的弹力关闭， 从而起到防尘的作用。
根据以上所述， 本发明在技术方案上具有以下一些显著的优点 ：
1) 采用发条装置 17 积蓄电子钥匙插入或拔出电子锁芯所产生的能量， 在电子钥 匙到达锁眼槽 29 底部或离开电子锁芯时释放能量， 带动微型电机 15 发电， 使发电过程不受 电子钥匙插入速度等人为因素的干扰， 达到可控的目的 ；
2) 开锁驱动装置提供的动力仅用于将销钉 12 从锁芯壁孔中拔出或插入， 当动力 消失后， 靠铁抓 6 与永磁环 5 的吸力来保持销钉 12 的位置不变， 从而使开锁驱动装置所需 电能不受时间因素的影响， 达到可定量的目的 ；
3) 开锁驱动装置采用螺旋传动装置 4， 使用螺旋传动动力， 通过延长受力时间来
减少瞬间力的强度。其中 ： 微型电机 3 的轴芯 2 内部为部分带有内螺纹的圆筒， 销钉 12 的 下半部分带有外螺纹， 两者的螺纹相互啮合。微型电机 3 在电流的激励下使电枢及轴芯 2 旋转， 通过螺旋传动装置 4， 实现销钉 12 的拔出或插入移动。
4) 为减少微型电机 3 启动时所需要的动力， 采用此种机械结构 ： 销钉 12 上半部分 为前端带有突起 13 的圆柱体并伸入到锁孔 10 中， 锁孔 10 内有一条向内凸起且与筒壁平行 的凸梁 11 ； 当销钉 12 在电子锁芯内旋转时， 该凸梁 11 允许销钉 12 的圆柱部分通过但阻止 销钉 12 前端的突起 13 通过 ； 该结构可以使微型电机 3 启动时， 带动销钉 12 旋转一段后， 才 提供销钉 12 直线运动的动力， 保证了微型电机 3 的顺利启动和动力均衡。
电子锁芯包括通用型和内藏型两种典型结构。
图 1 表示了本发明的电子锁芯的通用型的一个具体实施例的机械结构， 其中， 所 述的电子锁芯的壳体包括金属外壳 19、 金属内壳 20 两层， 金属外壳 19 属于锁体固定部分 25， 金属内壳 20 属于开锁移动部分 27。金属内壳 20 放置于金属外壳 19 内并可以在金属外 壳 19 内转动， 锁眼槽 29、 钥匙定位装置 18、 供电选择开关 22、 发电装置、 锁芯电子电路 I、 开 锁驱动装置放置于金属内壳 20 内。在开锁操作中， 若销钉 12 已从金属外壳 19 的锁孔 10 中拔出， 此时可使用外力扭动电子钥匙， 带动电子锁芯的金属内壳 20 旋转， 通过开锁联动 装置拉出锁舌， 实现开锁操作。通用型电子锁芯的优点在于可以直接替换大多数的机械弹 子锁芯而不必更换锁具的其它部分 ； 弱点是抗机械暴力破坏能力较弱。
图 2 表示了本发明的电子锁芯的内藏型的一个具体实施例的机械结构， 其中， 所 述的电子锁芯的锁芯电子电路 I、 开锁驱动装置可以隐藏在例如防盗门等坚固的防盗金属 板后面 ； 销钉 12 直接限制锁舌的移动。在实际运用中， 在同一套防盗装置中可使用多个电 子锁芯， 只有所有电子锁芯的销钉 12 都拔出才允许外力扭动开锁。内藏型电子锁芯的优点 在于 ： 由于锁芯电子电路 I、 开锁驱动装置等控制锁具开启的核心部件隐藏在坚固的防盗 金属板后面， 从锁眼槽 29 等薄弱环节进行机械暴力破坏难以对这些核心部件造成损伤， 因 而具有较强的抗机械暴力破坏能力， 适用于保险箱、 防盗门等需要较高安全防护的地方 ； 缺 点是一般情况下需要个性化设计， 通用性较弱。
图 11 表示了本发明的密码管理器的一个具体实施例的外形结构， 所述的密码管 理器的密码管理器操作键盘包括密码更新键、 密码复制键、 密码删除键、 关灯键共 4 个功能 键， 密码管理器状态显示灯包括电源指示灯、 可操作灯、 不可操作灯、 管理钥匙灯、 普通钥匙 灯、 密码更新灯、 密码复制灯、 密码删除灯、 执行出错灯、 换锁芯提示灯共 10 个状态指示灯， 密码管理器操作键盘和密码管理器状态显示灯通过导线与密码管理器电子电路 III 相接。
所述的密码管理器的锁芯插头 45 的前半部分 ( 即插入电子锁芯的部分 ) 有与电 子钥匙结构相同的前端凹槽， 通过与电子锁芯的钥匙定位装置 18 配合， 在锁芯插头 45 插入 电子锁芯时实现对锁芯插头 45 的弱定位。
所述的密码管理器的钥匙插座 46 有与电子锁芯结构相同的钥匙定位装置， 通过 与电子钥匙的前端凹槽 40 配合， 实现对插入的电子钥匙进行弱定位。
所述的密码管理器的电源来自于本身所携带的电池， 并通过锁芯插头 45 的电源 及信号接口和电源及信号接口 24 向锁芯电子电路 I 提供电源， 以及通过钥匙插座 46 的电 源及信号接口和电源及信号接口 42 向钥匙电子电路 II 提供电源。
图 15 表示了密码管理器的管理软件的软件方法的一个具体实施例的运行的大致流程， 其主要用于配合密码管理器装置实现对电子锁芯及电子钥匙的电子密码进行 “密码 更新” 、 “密码复制” 、 “密码删除” 等管理操作。
参见图 11 和图 15， 所述的密码管理器在使用时， 首先将锁芯插头 45 插入电子锁 芯， 然后开启电池电源， 此时仅点亮 “电源指示灯” 和 “不可操作灯” ； 然后， 密码管理器将不 断对插入钥匙插座 46 的电子钥匙身份进行监控和判断， 并根据判断结果点亮相应的 “普通 钥匙灯” 或 “管理钥匙灯” ， 如两个灯都不亮则表示未插入电子钥匙或插入的电子钥匙无效 ； 如判断插入的设备为管理钥匙， 则向电子锁芯供电， 根据电子锁芯读取 “标识字节” 的指令 向电子锁芯传送 “密码管理器表示字串” ， 接着， 按照电子锁芯的指令读取电子钥匙的相关 电子密码信息传送给电子锁芯进行密码核对， 并随时准备接收电子锁芯发出的核对结果指 令。如收到电子锁芯发出的 “密码不符” 的指令， 则立即关闭电子锁芯的电源， 结束本次操 作， 经复位性延时后， 开始下一次的判断操作 ； 如收到电子锁芯发出的相符的指令， 则在接 收完包括电子锁芯的电子密码的信息后， 接管密码管理的主控权， 关闭 “不可操作灯” 和点 亮 “可操作灯” ， 按照从密码管理器操作键盘获得的指令， 执行 “密码更新” 、 “密码复制” 、 “密 码删除” 、 “关灯” 等相应操作， 此时允许在钥匙插座 46 中拔出、 插入或更换电子钥匙。
如从键盘接到 “密码更新” 指令， 则通过对密码更新键在按键前和按键中的两段时 间分别循环计时再续接在一起产生随机的新密码， 将新密码记录到接入钥匙插座 46 的电 子钥匙中， 并向电子锁芯发出 “修改电子锁芯密码” 指令， 操作完成后返回等待下一个键盘 指令 ；
如从键盘接到 “密码复制” 指令， 则判断接入钥匙插座 46 的电子钥匙的类型， 如为 管理钥匙则将电子锁芯的当前管理密码记录到该电子钥匙中， 如为普通钥匙则将电子锁芯 的当前普通密码记录到该电子钥匙中， 操作完成后返回等待下一个键盘指令 ；
如从键盘接到 “密码删除” 指令， 则判断接入钥匙插座 46 的电子钥匙的类型， 如为 管理钥匙则从该电子钥匙中删除电子锁芯的管理密码， 如为普通钥匙则从该电子钥匙中删 除电子锁芯的普通密码， 操作完成后返回等待下一个键盘指令 ；
如从键盘接到 “关灯” 指令， 则关闭密码更新灯、 密码复制灯、 密码删除灯、 执行出 错灯， 操作完成后返回等待下一个键盘指令 ；
密码更新灯、 密码复制灯、 密码删除灯、 执行出错灯用于表示 “密码更新” 、 “密码复 制” “密码删除” 、 操作的执行状况 ； 在执行这 3 个操作时， 首先关闭密码更新灯、 密码复制灯、 密码删除灯、 执行出错灯， 若 “密码更新” 操作成功则点亮密码更新灯， 若 “密码复制” 操作 成功则点亮密码复制灯， 若 “密码删除” 操作成功则点亮密码删除灯， 若任何操作失败则点 亮执行出错灯。换锁芯提示灯表示电子锁芯已失效， 需要更换电子锁芯。
密码管理器的上述功能使得 “一把电子钥匙存储多个电子锁芯的电子密码” 、 “根 据实际需要随时修改电子锁芯的电子密码” “提供两级用户管理方式” 、 等需求得以实现。对 于一把新的电子锁芯， 需要使用密码管理器的 “密码更新” 功能产生初始电子密码后才能投 入实际使用。
图 12 表示了本发明的钥匙管理器的一个具体实施例的结构， 所述的钥匙管理器 的钥匙插座 47 有 2 个， 即： 源钥匙插座和目的钥匙插座 ； 钥匙管理器操作键盘包括管理钥 匙初始化键、 普通钥匙初始化键、 克隆钥匙键、 关灯键共 4 个功能键， 钥匙管理器状态显示 灯包括电源指示灯、 源钥匙插座管理钥匙灯、 源钥匙插座普通钥匙灯、 目的钥匙插座管理钥匙灯、 目的钥匙插座普通钥匙灯、 钥匙初始化成功灯、 钥匙初始化出错灯、 克隆钥匙成功灯、 克隆钥匙出错灯共 9 个状态指示灯， 钥匙管理器操作键盘和钥匙管理器状态显示灯通过导 线与钥匙管理器电子电路 IV 相接。
所述的钥匙管理器的钥匙插座 47 有与电子锁芯结构相同的钥匙定位装置， 通过 与电子钥匙的前端凹槽 40 配合， 实现对插入的电子钥匙进行弱定位。
所述的钥匙管理器的电源来自于本身所携带的电池， 并通过钥匙插座 47 的电源 及信号接口以及电源及信号接口 42 向钥匙电子电路 II 提供电源。
图 16 表示了钥匙管理器的管理软件的软件方法的一个具体实施例的运行的大致 流程， 其主要用于配合钥匙管理器装置实现对电子钥匙进行 “管理钥匙初始化” 、 “普通钥匙 初始化” 、 “克隆钥匙” 等管理操作。
参见图 12 和图 16， 所述的钥匙管理器在使用时， 按照从钥匙管理器操作键盘获得 的指令， 执行 “管理钥匙初始化” 、 “普通钥匙初始化” 、 “克隆钥匙” 、 “关灯” 等相应操作， 在每 次操作结束后及按键之前允许在所有钥匙插座 47 中拔出、 插入或更换电子钥匙。
如从键盘接到 “管理钥匙初始化” 指令， 则将接入目的钥匙插座的电子钥匙的电子 密码清空， 并将 “管理钥匙表示字串” 写入到该电子钥匙的 “标识字节” 中， 操作完成后返回 等待下一个键盘指令 ； 如从键盘接到 “普通钥匙初始化” 指令， 则将接入目的钥匙插座的电子钥匙的电子 密码清空， 并将 “普通钥匙表示字串” 写入到该电子钥匙的 “标识字节” 中， 操作完成后返回 等待下一个键盘指令 ；
如从键盘接到 “克隆钥匙” 指令， 则检查接入源钥匙插座及目的钥匙插座的电子钥 匙是否存在及类型是否一致， 若发现有任何一把电子钥匙不存在或两者类型不一致的情况 则报错并返回等待下一个键盘指令， 若都存在且类型一致则先将接入目的钥匙插座的电子 钥匙的电子密码清空， 然后将接入源钥匙插座的电子钥匙的电子密码完全复制到接入目的 钥匙插座的电子钥匙中， 操作完成后返回等待下一个键盘指令 ；
如从键盘接到 “关灯” 指令， 则关闭钥匙初始化成功灯、 钥匙初始化出错灯、 克隆钥 匙成功灯、 克隆钥匙出错灯， 操作完成后返回等待下一个键盘指令 ；
电源指示灯表示密码管理器电源已开启 ； 源钥匙插座管理钥匙灯与源钥匙插座普 通钥匙灯分别表示当前插入源钥匙插座的电子钥匙是管理钥匙还是普通钥匙， 如两个灯都 不亮则表示未插入电子钥匙或插入的电子钥匙无效 ； 目的钥匙插座管理钥匙灯与目的钥匙 插座普通钥匙灯分别表示当前插入目的钥匙插座的电子钥匙是管理钥匙还是普通钥匙， 如 两个灯都不亮则表示未插入电子钥匙或插入的电子钥匙无效 ； 钥匙初始化成功灯、 钥匙初 始化出错灯、 克隆钥匙成功灯、 克隆钥匙出错灯用于表示 “管理钥匙初始化” 、 “普通钥匙初 始化” 、 “克隆钥匙” 操作的执行状况 ； 在执行这 3 个操作时， 首先关闭钥匙初始化成功灯、 钥 匙初始化出错灯、 克隆钥匙成功灯、 克隆钥匙出错灯， 若 “管理钥匙初始化” 或 “普通钥匙初 始化” 操作成功则点亮钥匙初始化成功灯， 若 “管理钥匙初始化” 或 “普通钥匙初始化” 操作 失败则点亮钥匙初始化出错灯， 若 “克隆钥匙” 操作成功则点亮克隆钥匙成功灯， 若 “克隆钥 匙” 操作失败则点亮克隆钥匙出错灯。
钥匙管理器的上述功能使得厂家只需向市场提供标准化的电子钥匙硬件装置， 而 不必对电子钥匙进行多种样式的格式化， 既方便了用户， 又降低了成本。在这种情况下， 对
于一把新的电子钥匙， 需要通过钥匙管理器进行初始化后才能投入使用。
图 13 表示了本发明的一个具体实施例的电子锁芯的锁芯电子电路 I 部分、 电子钥 匙的钥匙电子电路 II 部分、 密码管理器的密码管理器电子电路 III 部分、 钥匙管理器的钥 匙管理器电子电路 IV 部分的电路原理图， 其中， 电子密码使用 32 位的二进制代码表示， 每 组电子密码占用 4 个字节的存储单元 ； 电子锁芯的单片机和存储器选用内部集成了 16 个字 2 节 E PROM 的 PIC12CE519 单片机 ； 开锁驱动控制电路由 N-MOS 管及其附属电路构成 ； 电子钥 2 匙的存储器选用 24LC02B/04B/08B 或 24C02/04/08 串行 E PROM 芯片 ； 密码管理器、 钥匙管 理器的单片机选用目前通用的 AT89C2051/4051 或 PIC16C556/557 单片机 ； 电子锁芯、 电子 2 钥匙、 密码管理器、 钥匙管理器之间的信号通讯采用标准的 I C 通讯模式。
在本发明的总体设计中， 电子锁芯内带有单片机的电子电路仅用于实现密码核 对、 开锁控制和锁芯密码管理等基本功能， 电子钥匙内的电子电路不含单片机， 其余实现电 子密码的更新 ( 不包括电子锁芯的电子密码更新部分 )、 复制、 删除以及电子钥匙的初始 化、 克隆等功能的电子电路集中放置于带有单片机的密码管理器以及钥匙管理器的电子电 路中， 从而最大程度地简化电子锁芯和电子钥匙的结构， 降低电子锁芯和电子钥匙的成本。 由于密码管理器和钥匙管理器可以共享使用， 因此该结构可使本发明在实际运用中的价格 分布更趋于合理化。 此外， 从使用过程而言， 密码管理器需要经被电子锁芯认可的管理钥匙授权后才 能实施对电子密码的管理操作， 而钥匙管理器则可以直接对电子钥匙进行管理操作 ； 从使 用场合而言， 用户使用密码管理器的频度比较高， 使用时离不开电子锁芯， 可考虑将其作为 家居备用品来使用， 而单个用户使用钥匙管理器的频度则相对较低， 使用时不与电子锁芯 发生接触， 可考虑将其作为公众用品来使用 ； 由此可见， 本发明提供密码管理器和钥匙管理 器两种管理器的方案， 从实际效果上， 能够大大降低技术复杂度从而易于实现， 能够降低实 现上述功能的总体成本， 能够给用户提供更多的选择和便利。
在图 1、 图 2、 图 8、 图 9、 图 10、 图 11、 图 12、 图 13 所述的具体实施例中， 在电子锁芯 内、 钥匙插座 46 内、 钥匙插座 47 内都有结构完全相同的电源及信号接口 ( 以下简称 “接口 A” )； 在电子钥匙上、 锁芯插头 45 上都有结构完全相同的电源及信号接口 ( 以下简称 “接口 B” )。接口 A 与接口 B 相互配合实现电源的传输和信息的传递。接口 A 与接口 B 的电路部 分完全相同， 机械结构及位置相互配合， 传输内容包括 1 组电源和 1 组 I2C 通讯信号。在所 述的具体实施例中， 接口 A 与接口 B 各有 4 根传输线， 电源正极线使用 1 根、 地线使用 1 根、 2 I C 通讯的 SCL 信号线和 SDA 信号线各使用 1 根， 每根传输线的电路部分均为导线直连 ； 接 口 A 的每根传输线的接口机械结构均为 “7” 形弹性铜针， 接口 B 的每根传输线的接口机械 结构均为一小块铜板。对于以上所述的所有的电源及信号接口， 均可以在每根信号线上串 接保护电阻进行过流保护， 在每根电源线或信号线与地线之间接入滤波电容进行抗干扰保 护， 在每根电源线或信号线与地线之间接入齐纳二极管进行过压保护。
当本发明参照其具体实施例被具体地表示和描述出时， 本领域的技术人员在其形 式上和细节上所做的各种各样的变化， 均属权利要求所限定的范围。