一种密码锁及其控制方法与流程

1.本发明涉及智能锁技术领域，尤指一种密码锁及其控制方法。


背景技术：

2.密码锁是保护财产安全以及个人信息的一道很重要的安全屏障，无论是保险柜、防盗门还是密码箱，密码锁涉及了日常生活的许多方面。传统的密码锁的按键为了方便各种模块和接口的连接与集成，通常设计为有规律的典型排布，排布方式过于单一，不具有随机性和灵活性，对于防盗系统整体性能的升级和提高具有很大弊端。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种密码锁及其控制方法，用以提高密码锁的安全性和灵活性。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种密码锁，包括：输入面板、控制模块和开关结构；
5.所述输入面板包括多个按键，所述按键包括摩擦纳米发电机；
6.所述摩擦纳米发电机用于：在外力作用下输出电信号；
7.所述控制模块分别与所述按键和所述开关结构连接，所述控制模块用于：根据所述摩擦纳米发电机输出的电信号，控制所述开关结构开启或关闭。
8.第二方面，本发明实施例提供了一种如本发明实施例提供的上述密码锁的控制方法，包括：
9.接收摩擦纳米发电机在外力作用下输出的电信号；
10.根据所述电信号，控制开关结构开启或关闭。
11.本发明有益效果如下：
12.本发明实施例提供的一种密码锁及其控制方法，因按键中包括摩擦纳米发电机，且摩擦纳米发电机在外力作用下即可输出电信号，使得控制模块可以根据电信号控制开关结构的开启和关闭，又因摩擦纳米发电机作为按键或按键的一部分时，可以不必受到各种模块和接口的限制，同时可以依据不同用户的习惯设置各按键的位置，所以使得按键的排布具有很好的随机性，从根本上可以避免传统密码锁规律的按键排布方式造成的密码泄露等安全问题，增加了密码锁的防盗性能，提高密码锁的安全性和灵活性。
13.并且，本发明实施例提供的密码锁中因包括摩擦纳米发电机，且摩擦纳米发电机可以收集低频机械能并转换为电能，所以本发明中的密码锁可以收集按键处产生的能量，并将能量转化为电信号传输出来，为开关结构的开启或关闭提供电能，同时还可以为控制模块的工作提供电能，从而完成解锁工作，在实现自驱动的同时，可以解决电池续航能力的问题，使得该密码锁可以节省掉电池占用的体积和重量，使得该密码锁更加小巧轻便。
附图说明
14.图1为本发明实施例中提供的一种密码锁的结构示意图；
15.图2为沿着图1中x1
‑
x2方向的一种剖视图；
16.图3为沿着图1中x1
‑
x2方向的另一种剖视图；
17.图4为沿着图1中x1
‑
x2方向的又一种剖视图；
18.图5为沿着图1中x1
‑
x2方向的再一种剖视图；
19.图6为沿着图1中x1
‑
x2方向的再一种剖视图；
20.图7为本发明实施例中提供的一种控制方法的流程图。
21.10
‑
输入面板，11
‑
封装层，12
‑
基底，12
‑1‑
凹槽，13
‑
平坦化层，2a、3a
‑
摩擦纳米发电机，d0
‑
导电层，c0
‑
摩擦层，d1
‑
第一导电层，d2
‑
第二导电层，c1
‑
第一摩擦层，c2
‑
第二摩擦层，m1
‑
第一摩擦结构，m2
‑
第二摩擦结构，b1
‑
第一表面，bw
‑
最外侧表面，s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9、sk
‑
信号线。
具体实施方式
22.下面将结合附图，对本发明实施例提供的一种密码锁及其控制方法的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明实施例提供了一种密码锁，如图1所示，可以包括：输入面板10、控制模块20和开关结构30；
24.输入面板10包括多个按键(如图中示出的1、2、3、4、5、6、7、8、9和ok标记的方块)，按键包括摩擦纳米发电机(图1中未示出)；
25.摩擦纳米发电机用于：在外力作用下输出电信号；
26.控制模块20分别与按键和开关结构30连接，控制模块20用于：根据摩擦纳米发电机输出的电信号，控制开关结构30开启或关闭。
27.如此，因按键中包括摩擦纳米发电机，且摩擦纳米发电机在外力作用下即可输出电信号，使得控制模块可以根据电信号控制开关结构的开启和关闭，又因摩擦纳米发电机作为按键或按键的一部分时，可以不必受到各种模块和接口的限制，同时可以依据不同用户的习惯设置各按键的位置(如图1中所示的按键的排布方式，但并不限于此种排布方式，同时也不限制按键的数量和种类设置，此处只是图1所示为例进行说明)，所以使得按键的排布具有很好的随机性，从根本上可以避免传统密码锁规律的按键排布方式造成的密码泄露等安全问题，增加了密码锁的防盗性能，提高密码锁的安全性和灵活性。
28.并且，本发明实施例提供的密码锁中因包括摩擦纳米发电机，且摩擦纳米发电机可以收集低频机械能并转换为电能，所以本发明中的密码锁可以收集按键处产生的能量，并将能量转化为电信号传输出来，为开关结构的开启或关闭提供电能，同时还可以为控制模块的工作提供电能，从而完成解锁工作，在实现自驱动的同时，可以解决电池续航能力的问题，使得该密码锁可以节省掉电池占用的体积和重量，使得该密码锁更加小巧轻便。
29.可选地，在本发明实施例中，摩擦纳米发电机受到的外力可以为：用户手指按压按键时施加的压力，或者用户通过工具按压按键时施加的压力；其中，用户的使用的工具可以
为任何可以按压按键的工具，在此并不限定。
30.具体地，在用户按压按键时，对按键施加压力，该压力作用到摩擦纳米发电机中，使得摩擦纳米发电机产生电信号，并传输至控制模块中，使得控制模块可以根据该电信号控制开关结构开启或关闭。
31.可选地，在本发明实施例中，控制模块具体用于：
32.确定输出电信号的摩擦纳米发电机对应的按键；
33.确定各按键的输入顺序；
34.判断确定出的输入顺序与预设顺序是否相同；
35.若相同，则控制开关结构开启；
36.若不同，则控制开关结构关闭。
37.也就是说，控制模块在确定出输出电信号的各按键的顺序时与预设顺序进行对比；
38.若相同，说明输入的密码为预设密码，此时可以开启开关结构，完成开锁过程；
39.若不同，说明输入的密码不是预设密码，此时则可以保持开关结构关闭，开锁失败。
40.其中，预设顺序可以根据用户的要求进行设置，在此并不限定。
41.如此，控制模块可以基于接收到的电信号即可实现开锁，实现了密码锁的开锁过程，同时还可以保证密码锁的安全性。
42.具体地，在本发明实施例中，如图1所示，按键设置有多个，且每个按键分别通过信号线(如s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9和sk)与控制模块20连接；
43.控制模块20具体用于：
44.根据接收到的电信号对应的信号线，以及预设的信号线和按键的对应关系，确定输出电信号的按键的输入顺序。
45.如此，控制模块可以基于预先存储的信号线与按键的对应关系，在接收到哪条信号线传输的电信号时，即可确定出用户按压的按键是哪个，从而确定出用户按压的各按键的顺序。
46.下面结合具体实施例，对密码锁的开锁过程进行说明。
47.结合图1所示的按键排布示意图。
48.假设用户按压的按键依次为“3”、“5”、“7”和“ok”，那么：
49.控制模块20先接收到按键“3”中的摩擦纳米发电机通过信号线s3输出的电信号，接着接收到按键“5”中的摩擦纳米发电机通过信号线s5输出的电信号，之后接收到按键“7”中的摩擦纳米发电机通过信号线s7输出的电信号，最后接收到按键“ok”中的摩擦纳米发电机通过信号线sk输出的电信号；
50.因此，控制模块20可以确定出用户输入的密码顺序为3、5和7；
51.若预设顺序为3、5和7时，控制模块20可以控制开关结构30开启，完成开锁；
52.若预设顺序不是3、5和7时，控制模块20可以控制开关结构30保持关闭，开锁失败。
53.可选地，在本发明实施例中，输入面板还包括：位于最外侧的封装层；
54.封装层的厚度为100μm至200μm。
55.例如，如图2所示，其中11表示封装层，且该封装层11的厚度用d1表示。
56.如此，通过对封装层的设置，可以实现对输入面板内按键的封装，避免受到外界的损坏；并且，通过封装层厚度的设置，可以使得用户施加的压力很好地作用到摩擦纳米发电机中，尤其是摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机时，可以使得摩擦纳米发电机更好地产生感应电荷，使得摩擦纳米发电机很好地感知到用户指尖的触碰，进而有利于提高输出的电信号，避免电信号很小时与干扰信号相差不大而导致控制模块发生误判，从而可以提高控制的准确度。
57.在此基础之上，在对摩擦纳米发电机进行设置时，可以包括以下几种设置方式：
58.方式1：
59.可选地，在本发明实施例中，摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机；
60.摩擦纳米发电机包括：叠层设置的导电层和摩擦层，封装层复用为摩擦层。
61.也即：封装层属于摩擦纳米发电机的一部分。
62.例如，如图2所示，以按键“2”中包括的摩擦纳米发电机2a为例，d0表示导电层，c0表示摩擦层，且该摩擦层c0还可以同时作为封装层11。
63.如此，可以减少输入面板的层级结构，进而可以有利于简化输入面板的制作工艺，降低制作成本，同时还可以减小输入面板的厚度，实现密码锁轻薄化的设计。
64.可选地，在本发明实施例中，导电层的制作材料可以包括：固态或者液态导电材料；
65.其中，固态电极材料可以包括：导电金属膜和导电高分子材料等；
66.导电金属膜可以包括：导电铜膜和导电铝膜等；
67.导电高分子材料可以包括：聚乙炔、聚吡咯和聚苯胺等；
68.液态导电材料可以包括：银纳米线、导电铜浆和导电银浆等。
69.可选地，在本发明实施例中，摩擦层的制作材料可以包括：液态包装材料或固态薄膜材料；
70.其中，液态包装材料可以包括：氨基漆、丙烯酸漆、聚氨酯漆等液态漆类物质；
71.固态薄膜包装材料可以包括：经染色的聚氯乙烯、聚四氟乙烯和聚二甲基硅氧烷等。
72.当然，在具体实施时，对于导电层和摩擦层的制作材料，并不限于上述给出的材料，还可以为本领域技术人员所熟知的其他可以实现导电层和摩擦层功能的材料，在此并不做具体限定。
73.可选地，在本发明实施例中，在摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机时，导电层通过负载接地。
74.此时，在用户的指尖按压按键时，导电层与接地之间产生电流，从而输出电信号。
75.具体地，摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机时，摩擦纳米发电机的工作过程可以包括：
76.以摩擦纳米发电机的工作模式为接触
‑
分离式为例，且该摩擦纳米发电机的基本工作原理为：接触起电和静电感应的耦合。
77.当用户的指尖按下输入面板中的按键时，指尖与按键的表面相接触时，由于接触引发表面带电效应，表面电荷将在摩擦层和电极层之间转移，并产生电势差，在摩擦层本身具有很好的绝缘性与导电层相接触时，在电势差的作用下，电子可以从导电层中迁移出，从
而形成一个电信号并输出。
78.方式2：
79.可选地，在本发明实施例中，摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机；
80.摩擦纳米发电机包括：叠层设置的导电层和摩擦层；
81.摩擦层位于导电层与封装层之间。
82.也即：封装层与摩擦纳米发电机为两个不同的结构，且封装层并不属于摩擦纳米发电机的一部分。
83.例如，如图3所示，以按键“2”中包括的摩擦纳米发电机2a为例，d0表示导电层，c0表示摩擦层，11表示封装层，其中摩擦层c0与封装层11为不同的结构，也就是说，封装层11并不会复用为摩擦层c0。
84.如此，在制作好每个摩擦纳米发电机之后再制作封装层，使得在输入面板受到外界的碰撞或冲击时，通过封装层可以对摩擦纳米发电机进行很好地保护，避免摩擦纳米发电机受到损坏，从而延长密码锁的使用寿命。
85.并且，还可以很好地隐藏摩擦纳米发电机的所在位置，进而隐藏按键的所在位置，进一步提高密码锁的整体安全性。
86.具体地，在此方式2中，对于导电层和摩擦层的制作材料的设置，以及摩擦纳米发电机的工作原理，均可以参见上述方式1中的实施例，在此不再详述。
87.方式3：
88.可选地，在本发明实施例中，摩擦纳米发电机为双电极结构的摩擦纳米发电机；
89.摩擦纳米发电机被封装层封装在输入面板的内部。
90.也即：封装层与摩擦纳米发电机为两个不同的结构，且封装层并不属于摩擦纳米发电机的一部分。
91.例如，如图4所示，封装层11将摩擦纳米发电机2a和摩擦纳米发电机3a封装在输入面板的内部。
92.如此，在制作好每个摩擦纳米发电机之后再制作封装层，使得在输入面板受到外界的碰撞或冲击时，通过封装层可以对摩擦纳米发电机进行很好地保护，避免摩擦纳米发电机受到损坏，从而延长密码锁的使用寿命。
93.可选地，在本发明实施例中，如图5所示，摩擦纳米发电机(以2a为例)包括：第一摩擦结构m1和第二摩擦结构m2；
94.其中，第一摩擦结构m1包括：叠层设置的第一导电层d1和第一摩擦层c1，第一摩擦层c1位于第一导电层d1与第二摩擦结构m2之间；
95.第二摩擦结构m2包括：叠层设置的第二导电层d2和第二摩擦层c2，第二摩擦层c2位于第二导电层d2与第一摩擦结构m1之间。
96.并且，第一摩擦结构m1与第二摩擦结构m2之间存在一定的间隙(如图5中的d2所示)。
97.如此，在用户的指尖按压按键时，使得在外力作用下，第一摩擦层与第二摩擦层发生接触和分离，再通过第一导电层和第二导电层将电信号传输出去。
98.具体地，在此方式2中，对于第一导电层、第二导电层、第一摩擦层和第二摩擦层的制作材料的设置，均可以参见上述方式1中的实施例，在此不再详述。
99.总之，在具体实施时，在对摩擦纳米发电机进行设置时，可以根据实际需要，选择上述方式1、方式2和方式3进行设置，在此并不限定。
100.可选地，在本发明实施例中，如图4所示，摩擦纳米发电机的厚度d3为10μm至30μm。
101.其中，具体地，摩擦纳米发电机的厚度d3可以为20μm。
102.如此，可以使得摩擦纳米发电机具有较合适的厚度，避免密码锁具有较大的厚度而造成密码锁的体积增加，同时，还可以使得摩擦纳米发电机比较容易产生电信号，进而使得按键更加容易触发，提高密码锁的操作性。
103.可选地，在本发明实施例中，如图2至图4、以及图6所示，输入面板还包括基底12；
104.摩擦纳米发电机设置在基底12的第一表面(用b1表示)之上，且输入面板的最外侧表面(用bw表示)为平坦的表面；
105.其中，摩擦纳米发电机位于第一表面b1和最外侧表面bw之间。
106.如此，使得输入面板的最外侧表面(也即用户按压按键时能够触摸到的表面)为平坦且平整的表面，按键并不会突出于最外侧表面，也即将按键隐藏在输入面板内部，使得按键具有较好的隐蔽性，且通过观察难以判断按键的所在位置，使得密码锁更加安全可靠。
107.具体地，在此基础之上，在对摩擦纳米发电机的位置进行设置时，可以包括以下几种情况：
108.情况1：内嵌式。
109.可选地，在本发明实施例中，如图6所示，第一表面b1设置有凹槽12
‑
1；摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机包括：叠层设置的导电层d0和摩擦层c0；
110.导电层d0位于凹槽12
‑
1内，摩擦层c0至少覆盖导电层d0和第一表面中除凹槽12
‑
1之外的区域q1，且所述摩擦层c0背离所述导电层d0的一侧表面为所述最外侧表面bw。
111.其中，说明一点，在图6中，示出了两个凹槽12
‑
1，为了能够看清楚凹槽12
‑
1，仅在其中一个凹槽12
‑
1内示出了导电层d0，但这并不表示另一个凹槽12
‑
1内不设置导电层d0，在具体实施时，每个凹槽12
‑
1内均设置有导电层d0。
112.也就是说，在摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机时，可以将导电层设置在凹槽内，同时摩擦层可以复用为封装层，使得摩擦层在实现摩擦起电的功能的同时，还可以实现封装功能，对导电层进行保护。
113.并且，由于基底的第一表面设置有凹槽，且导电层设置在凹槽内，可以使得输入面板的整体厚度降低，进而使得输入面板更加轻薄化，从而实现密码锁的轻薄化设计。
114.可选地，在本发明实施例中，凹槽12
‑
1可以设置有多个，每个凹槽12
‑
1对应一个按键(图中仅用导电层d0表示对应的按键)，也即：凹槽12
‑
1与按键为一一对应设置，如图6所示；
115.此时：在凹槽的面积与导电层的面积大致相同时，摩擦层基本设置在凹槽之外，且摩擦层覆盖导电层和第一表面中除凹槽之外的区域。
116.说明一点，在凹槽与导电层之间存在间隙时，封装层可以填补该间隙。
117.如此，可以有利于减少摩擦层的使用量，同时还可以较容易地保证输入面板的最外侧表面为平坦的表面。
118.或者，在凹槽设置有多个时，每个凹槽可以对应多个按键，也即凹槽与按键为一对
多的关系，未给出图示；
119.此时：摩擦层不仅要覆盖导电层和第一表面中除凹槽之外的区域，摩擦层还需要填补凹槽内未被导电层占据的区域。
120.如此，可以减少凹槽的设置数量，在一定程度降低输入面板的制作难度，降低制作成本。
121.又或者，凹槽仅设置有一个，该凹槽对应全部按键，也即一个凹槽容纳全部按键，未给出图示；
122.此时：摩擦层不仅要覆盖导电层和第一表面中除凹槽之外的区域，摩擦层还需要填补凹槽内未被导电层占据的区域。
123.如此，可以有效减少凹槽的设置数量，有效降低输入面板的制作难度，有效降低制作成本。
124.当然，在具体实施时，在对凹槽进行设置时，可以根据实际需要进行设置，以提高设计的灵活性，满足不同应用场景的需要。
125.具体地，以单电极结构的摩擦纳米发电机为例，摩擦纳米发电机的制作过程可以包括：
126.在基底的第一表面随机位置设置一定数量的凹槽，将导电金属浆涂覆放置于凹槽处，待导电金属浆未完全干燥时做外接线处理；
127.待导电金属浆完全干燥后，将丙烯酸漆(可以既作为摩擦层，还可以作为封装层)附着于整个基底的第一表面，使整个表面平整均一，形成单电极结构的摩擦纳米发电机。
128.如此，可以保证密码锁的外观平整均一，且按键位置处于完全隐蔽的状态。
129.情况2：外置式。
130.可选地，在本发明实施例中，如图2至图4所示，摩擦纳米发电机位于第一表面b1之上；
131.输入面板还包括平坦化层13，平坦化层13覆盖裸露的第一表面b1和摩擦纳米发电机(如2a和3a)，且平坦化层13背离摩擦纳米发电机的一侧表面为输入面板的最外侧表面bw。
132.如此，可以避免在第一表面上进行挖槽，减少了挖槽工艺，简化了输入面板的制作工艺，降低了制作成本。
133.具体地，在摩擦纳米发电机为单电极结构的摩擦纳米发电机时，摩擦层c0可以复用为平坦化层13，如图2所示，或者封装层11可以复用为平坦化层11，如图3所示；说明一点，在图2中，摩擦层c0既可以复用为封装层11，还可以复用为平坦化层13；
134.或者，在摩擦纳米发电机为双电极结构的摩擦纳米发电机时，封装层11可以复用为平坦化层13，如图4所示。
135.也就是说，不管摩擦纳米发电机为何种结构，在摩擦纳米发电机位于第一表面之上时，需要通过平坦化层进行填充，使得输入面板的最外侧表面为平坦的表面，从而提高按键设置的隐蔽性。
136.具体地，以单电极结构的摩擦纳米发电机为例，摩擦纳米发电机的制作过程可以包括：
137.直接在基底的第一表面粘附导电金属膜，并做外接线处理，将丙烯酸漆涂(既作为
摩擦层，又作为平坦化层)覆于整个第一表面，使整个平面平整光滑，隐藏导电金属膜所在位置，形成单电极结构的摩擦纳米发电机。
138.如此，可以保证密码锁的外观平整均一，且按键位置处于完全隐蔽的状态。
139.总之，在实际情况中，在基底上设置摩擦纳米发电机时，可以采用上述情况1或情况2，具体可以根据实际需要进行设置，在此并不限定。
140.可选地，在本发明实施例中，控制模块可以包括：微控制器或处理器。
141.可选地，在本发明实施例中，开关结构可以包括：机械锁芯或其他类似结构。
142.可选地，在本发明实施例中，密码锁除了可以包括上述结构之外，还可以包括其他用于实现密码锁功能的结构，在此不再详述。
143.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如本发明实施例提供的上述密码锁的控制方法，如图7所示，可以包括：
144.s701、接收摩擦纳米发电机在外力作用下输出的电信号；
145.s702、根据电信号，控制开关结构开启或关闭。
146.说明一点，上述s701和s702两个步骤的执行主体可以为控制模块。
147.可选地，在本发明实施例中，根据电信号，控制开关结构开启或关闭，具体包括：
148.确定输出电信号的摩擦纳米发电机对应的按键；
149.确定各按键的输入顺序；
150.判断确定出的输入顺序与预设顺序是否相同；
151.若相同，则控制开关结构开启；
152.若不同，则控制开关结构关闭。
153.可选地，在本发明实施例中，在按键设置有多个，且每个按键分别通过信号线与控制模块连接时，确定各按键的输入顺序，具体包括：
154.根据接收到的电信号对应的信号线，以及预设的信号线和按键的对应关系，确定输出电信号的按键的输入顺序。
155.可选地，在本发明实施例中，上述密码锁可以应用于住宅和保险柜中，同时还可以应用于其他场景中，例如但不限于机械设备、车辆油箱、以及车辆保护门等，在此并不限定。
156.例如，若将本发明实施例提供的上述密码锁用于保险柜时，当用户的指尖与密码锁的按键相接触并按下相应的按键时，控制模块可以根据键入的密码输出的电信号是否符合用户预先设置的密码顺序，对保险柜进行控制；若输入密码符合预先设置的密码顺序时，方可打开保险柜；若输入密码不符合预先设置的密码顺序时，则不执行打开保险柜的操作。
157.需要说明的是，本发明实施例中，直接采用摩擦纳米发电机作为密码锁的按键，在摩擦纳米发电机为单电极结构时，可以充分利用单电极结构的简单、轻小便捷的优势；并且，该密码锁相较于传统的密码锁，可以更好地隐藏按键的所处位置，打乱按键排布的传统规则，增强了整体的安全性；此外，该密码锁具有操作简便、成本低廉、制作工艺简单和绿色环保等诸多优点，在提高安全防盗功能的同时，可以与外部设备(例如但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、以及台式电脑等)中的程序相结合，使用方便快捷，保障了用户的财产安全。
158.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。