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一种能实现逃生的应急智能锁

2021-02-10 07:19:02

一种能实现逃生的应急智能锁

  技术领域

  本发明涉及电动智能锁结构,具体是在紧急状况时能将锁打开实现逃生的智能锁,应用于室内监控环境,属于无线控制开锁领域。

  背景技术

  电动智能锁已经开始逐渐普及进入千家万户,能依赖于人工智能技术,改变了原有的机械式解锁方式,把指纹识别、虹膜识别、声纹识别、面部识别等技术用于日常开锁场景中,解放了人的双手,无须携带钥匙,也不用花大量的时间寻找钥匙和锁孔。其中,指纹识别技术基于指纹纹线的端点、分叉点等细节特征。随着指纹识别技术在移动设备的应用,指纹采集芯片的尺寸日益小型化,采用基于汗孔、纹线形状等3级特征的识别算法。虹膜识别技术是通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份,不需物理接触,是最可靠的生物识别技术之一。虽然这些技术应用于智能锁能提升安全性和可靠性,但是在应对紧急情况下目前的智能锁却存在一定的缺陷,这些缺陷包括:1、当发生火灾时,智能锁的电路板和芯片容易受到高温影响而失去控制能力,这时智能锁就无法工作,导致锁无法打开,为人员逃生带来了麻烦。2、在地震发生时,智能锁可能因为剧烈运动,或者遭受挤压而损坏其功能,导致人员无法逃生。

  发明内容

  本发明的目的是为了克服上述现有智能锁存在的问题而设计一种能实现逃生的应急智能锁,该锁能够监控所在环境并快速做出开锁反应,可靠性强。

  本发明一种能实现逃生的应急智能锁通过以下技术方案实现:其包括一个电动锁,电动锁具有锁壳和锁体,锁体在锁壳内部的正中间位置,在锁体与锁壳的前面板之间是控制模块和指纹模块,在锁体与锁壳的后面板之间设有微型电动机、齿轮、插销、弹射模块和传感器模块;所述的微型电动机的输出轴沿前后方向水平布置且同轴心地固定连接齿轮,齿轮的上方是水平的一根插销,插销的半段上设有齿条,齿条和齿轮相啮合;所述的控制模块的输出端分别连接微型电动机和电动锁;所述的弹射模块由前金属板、后金属板、固定柱、强力弹簧组成,前金属板和后金属板都竖直布置,前金属板与锁壳固定连接,在前金属板和后金属板之间固定连接前后水平布置的强力弹簧和固定柱,固定柱后端固定连接在后金属板,前端向前伸出前金属板且在前端开有固定柱通孔,无齿条的插销这端有间隙地穿在固定柱通孔中,使强力弹簧处于最大的压缩状态;锁壳的后面板开有与后金属板位置对应的方孔,后金属板的外形尺寸小于对应的方孔,该方孔后方是L型的门框;所述的传感器模块包括接口、烟雾传感器、报警器、温度传感器、红外传感器和三轴加速度传感器,烟雾传感器、报警器、温度传感器和红外传感器分别通过接口与控制模块相连接;锁壳的后面板上固定嵌有与传感器模块位置对应的透明挡板,透明挡板上开有多个通孔。

  进一步地,烟雾传感器每隔1秒检测空气中是否存在烟雾,温度传感器每隔1秒监控温度变化,红外传感器每隔1秒探测室内是否存在火源,三轴加速度传感器探测是否存在剧烈震动,将测到的数据反馈给控制模块,控制模块将接收的数据与内置的对应的参数阈值进行比较,当不符合阈值要求时,控制模块工作,判断电动锁的状态,如果电动锁处于上锁状态,控制模块控制电动锁解锁,在解锁状态,控制微型电动机转动,带动插销脱离固定柱,后金属板弹出锁壳外。

  本发明采用上述技术方案后的有益效果是:

  1、本发明在现有电动智能锁的基础之上添加弹射模块、温度传感器、红外传感器、烟雾传感器、三轴加速度传感器、报警器,并集成在一块PCB板上,在不增大体积的情况下放置在现有智能锁的锁壳内,能够24小时不停地检测周围环境,可以在短时间内做出反应并自动开锁然后报警,并且还能保证不会再次锁住,使用户能够及时发现危险,且为人员逃生争取了时间。各功能模块由单片机控制其工作,采用不间断工作方式,有效保证可靠性。

  2、本发明区别常见的基于模式识别技术的电动智能锁,它结合了传感器技术对智能锁所处环境进行动态监测,利用单片机对各个传感器进行控制并通过阈值设置进行数据分析,实现了24小时不间断监控,利用内置的弹射模块保证在紧急情况下能够快速打开实现逃生,可以应对火灾和地震等破坏力大的灾害,避免了不必要的人员伤亡,做到有效智能开锁逃生。

  附图说明

  图1是本发明正面立体结构安装视图;

  图2是图1去掉门框后的背面立体视图 ;

  图3是图1去掉门框后的内部结构分解图;

  图4是图1去掉门框后的内部结构左视简图;

  图5是图1去掉门框后的内部结构右视简图;

  图6是图2中位于锁壳内部的电池、传感器模块、微型电动机、弹射模块、插销等部件的装配位置示意图;

  图7是图5中的弹射模块的结构示意图;

  图8是图2中传感器模块的结构放大图;

  图9是图2中控制模块的控制原理框图。

  图中:1.锁壳;2.备用钥匙孔;3.传感器模块;3a.接口;3b.烟雾传感器;3c.报警器;3d.温度传感器;3e.红外传感器;3f三轴加速度传感器;4.锁体;5.锁芯;6.把手;7.指纹模块孔;8.齿条;9.插销;10.锁舌;11.控制模块;12.齿轮;13.微型电动机;14.指纹模块;15.弹射模块;15a.前金属板;15b.后金属板;16.电池;17.透明挡板;18.固定柱;19.强力弹簧;20.门框;21.锁舌孔; 23.机械旋钮;24.电源接口孔;25.开关按钮;26.固定柱通孔。

  具体实施方式

  参见图1、2所示,本发明包括一个电动锁,电动锁是常规的电动锁具,包括锁壳1、把手6、电池16、锁体4、锁芯5、锁舌10、机械旋钮23、开关按钮25等。电动锁的外部是一个方形的锁壳1,锁壳1固定在门上,由防火隔热材料制成,防止受热变形和外部温度干扰内置的传感器。锁壳1朝向门外的这一面为正面,即前面,朝向门内的这一面为背面,即后面。如图1,把手6从锁壳1的前面板伸出,正面面板上开有指纹模块孔7和备用钥匙孔2,指纹模块孔7在把手6上方,指纹模块14位于指纹模块孔7的位置,从指纹模块孔7中可看到指纹模块14。备用钥匙孔2在把手6下方,从备用钥匙孔2可看到锁芯5。锁壳1的右侧面伸出的是锁舌10,锁舌10与门框20上开有的锁舌孔21相对应,能伸入锁舌孔21中锁住门。电池16和锁体4都安装在锁壳1内部,锁芯5从锁体4的正面方向伸出在备用钥匙孔2处,与备用钥匙孔2位置对应。锁舌10从锁体4的右侧面方向伸出。门框20为L型,门框20的右侧面板上开有锁舌孔21,与锁舌10相配,门框20的后面板位于锁壳1的后侧方。如图2所示,锁壳1的后面板开有四个方孔和一个圆孔,四个方孔的位置处分别对应地安装了弹射模块15、透明挡板17、电池16和开关按钮25,一个圆孔的位置处安装的是机械旋钮23。属于电动锁4的开关按钮25和机械旋钮23从对应的孔中向后方伸出,通过操作开关按钮25或机械旋钮23能带动锁舌10脱离门框20,打开电动锁4,从而能向外推开门。通过相应的方孔能更换电池16,通过对应的方孔能将透明挡板17固定嵌在锁壳1的后面板上,透明挡板17上开有许多通孔,使空气能够进入。弹射模块15与对应的方孔之间留有间隙,弹射模块15的后部分的外形尺寸要小于对应的方孔。与弹射模块15对应的方孔位于门框20后面板的正前方,也就是门框20后面板正前方是与弹射模块15对应的方孔。锁壳1的侧壁上开有电源接口孔24,通过该孔连接外部电源给锁供电。

  参见图3、4、5、6所示,在电动锁的锁壳1内部,锁体4是方形结构,其位于锁壳1内部的正中间位置,锁体4通过螺丝与锁壳1固定连接不动。在锁体4与锁壳1的前面板之间安装的是控制模块11和指纹模块14,控制模块11和指纹模块14均固定连接在锁壳1上,控制模块11位于锁体4的前方,控制模块11的右侧上方为指纹模块14,指纹模块14的前端伸在图1中的指纹模块孔7中,可以进行指纹识别。锁芯5向前伸出在控制模块11的右侧下方,并且伸在锁壳1前面板的备用钥匙孔2中,锁芯5位置与图1中的备用钥匙孔2相对应,可以通过备用钥匙机械开锁。

  在锁体4与锁壳1的后面板之间安装的是微型电动机13、齿轮12、插销9、电池16、弹射模块15和传感器模块3。如图5、6所示,微型电动机13、齿轮12、插销9在弹射模块15的前方,微型电动机13为高速电动机,其壳体固定连接在弹射模块15上,其输出轴沿前后方向水平布置,其输出轴上同轴心地固定连接齿轮12,齿轮12的上方是水平的一根插销9,插销9的半段上设有齿条8,齿条8和齿轮12相啮合,插销9在无齿条8的这一段活动连接弹射模块15,有间隙地活动伸在弹射模块15上的相应孔中。当微型电动机13旋转时,能带动插销9水平移动,从而使插销9与弹射模块15相连接或者使插销9脱离弹射模块15。弹射模块15和电池16与图2中锁壳1后面板上开的相应的方孔相配,微型电动机13、齿轮12、插销9与电池16不接触不干涉。电池16下方是传感器模块3,传感器模块3固定连接在锁壳1上,传感器模块3与图2中所示的透明挡板17正对着,通过透明挡板17上开有的许多通孔与室内相通,传感器模块3通过透明挡板17上开有的许多通孔检测室内的烟雾、温度、火源等情况。

  参见图7所示,弹射模块15由前金属板15a、后金属板15b、固定柱18、强力弹簧19组成。前金属板15a和后金属板15b都是方形结构,都竖直布置,相互平行,其中前金属板15a与锁壳1固定连接不动,后金属板15b位于图2中的对应方孔位置处,并且后金属板15b的外形尺寸要小于对应的方孔。在前金属板15a和后金属板15b之间固定连接强力弹簧19和固定柱18,强力弹簧19和固定柱18都前后水平布置。强力弹簧19有多根相同的弹簧,其前端均固定连接前金属板15a,后端均固定连接后金属板15b。固定柱18后端固定连接在后金属板15b上,前端向前伸出前金属板15a,并且在前端开有固定柱通孔26,该固定柱通孔26中有间隙地连接了图7中的插销9,无齿条8的插销9这端有间隙地穿在固定柱通孔26中。插销9与固定柱18连接后,使前金属板15a和后金属板15b之间的强力弹簧19处于最大的压缩状态。当插销9脱离固定柱18后,在强力弹簧19的作用下,强力弹簧19将后金属板15b向后弹出锁壳1上的方孔外部,弹在位于后金属板15b和对应方孔后方的L型的门框20的后面板上,在后金属板15b与门框20作用后便能将整个门弹开,弹开后前金属板15a和后金属板15b之间仅有强力弹簧19连接,处于弹开状态使门无法再次关闭。

  参见图8所示,传感器模块3包括接口3a、烟雾传感器3b、报警器3c、温度传感器3d、红外传感器3e和三轴加速度传感器3f。烟雾传感器3b、报警器3c、温度传感器3d和红外传感器3e分别通过接口3a与控制模块11通过信号线相连接。烟雾传感器3b检测室内空气中是否存在烟雾,采用MQ-2型烟雾传感器。温度传感器3d采集室内的温度变化情况,温度传感器3d采用DS18B20型数字温度传感器。红外传感器3e探测室内是否存在火源。三轴加速度传感器3f探测门和锁具是否剧烈震动存在较大偏移量,即检测地震强度,采用JY61型三轴加速度传感器。报警器3c能发出报警声音。烟雾传感器3b、报警器3c、温度传感器3d的位置与图2中的透明挡板17的位置对应,透过透明挡板17使外部空气与传感器模块3相通。

  参见图9所示,控制模块11包含有电压转换模块、单片机ATMEGA328p。传感器模块3和指纹模块15均通过信号线连接控制模块11,控制模块11的输出端分别连接微型电动机13和电动锁,控制微型电动机13的启停和电动锁的开锁。控制模块11将烟雾传感器3b、红外传感器3e、温度传感器3d,三轴加速度传感器3f采集到的信号经电压转换电路转变为数字量后送入单片机。进入单片机后与单片机中设定的阈值进行比较,比较结果是否满足触发应急机制的条件,如果满足条件,控制模块11分别发送信号给电动锁和高速电动机13,使它们立即工作进行解锁和弹射,同时发送信号给报警器3d进行报警。

  本发明正常工作时,指纹模块14在工作状态,识别指纹,与存储的指纹库进行比对,验证是否具有开锁权限,如果拥有权限则指纹模块14反馈一个信号给控制模块11。控制模块11判断此时电动锁的状态,如果为上锁状态,则控制电动锁解锁,打开电动锁进入门内,锁舌10复位,电动锁重新上锁,控制模块11控制报警器3c发出声音表示上锁完成。在特殊情况下,可以通过备用钥匙孔2使用钥匙实现解锁和上锁。在关门后,通过开关按钮25控制电动锁的状态,在特殊情况下可以利用机械旋钮23实现电动锁的状态转换。

  在指纹模块14处于工作状态的同时,传感器模块3也处于工作状态:烟雾传感器3b每隔1秒检测空气中是否存在烟雾,温度传感器3d每隔1秒监控温度变化,红外传感器3e每隔1秒探测室内是否存在火源,三轴加速度传感器3f探测是否存在较大偏移量的剧烈震动。传感器模块3将检测的这些数据反馈数据给控制模块11。控制模块11将接收的数据与内置的对应的参数阈值进行比较,当不符合阈值要求时,控制模块11工作,启动应急机制。阈值要求是:当烟雾传感器3b监测的烟雾的浓度超过0.65%FT并且温度传感器3d监测到的温度在3秒内急剧上升30摄氏度或者温度持续5秒在45摄氏度以上,则控制模块11工作启动应急机制。红外传感器3e每隔1秒探测室内当存在火源且温度传感器3d检测到的温度在3秒内急剧上升30摄氏度或者温度持续5秒在45摄氏度以上,则控制模块11工作启动应急机制。当三轴加速度传感器3f探测到偏移量对应4级地震强度及以上,控制模块11工作启动应急机制。

  控制模块11工作启动应急机制时,首先,控制模块11判断电动锁的状态,如果电动锁处于解锁状态,控制模块11控制微型电动机13高速转动,通过齿轮12和齿条8插销9水平移动,带动插销9从固定柱18上的固定柱通孔26中抽出,脱离固定柱18,强力弹簧19被释放,后金属板15b弹出,此时,弹射模块15处于弹出状态,这样可以防止门再次闭合。与此同时,控制模块11控制报警器3c报警。如果电动锁处于上锁状态,则控制模块11向电动锁进行解锁,电动锁转动,锁舌10收回,然后控制模块11控制微型电动机13转动,使弹射模块15处于弹出状态。与此同时,控制模块11控制报警器3c报警。

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