一种基于NBIOT的超低功耗云锁系统的制作方法

一种基于nbiot的超低功耗云锁系统
技术领域
1.本实用新型涉及智能锁技术领域，尤其涉及一种基于nbiot的超低功耗云锁系统。


背景技术：

2.中国的大多数油田位于现场交通不便、自然环境恶劣和电力系统落后的地区，同时又加上盗窃和破坏的问题，使得石油生产和运输安全受到严重的威胁。目前，大部分油田都只能采用大量的人力和物力去进行人工值守，由于环境恶劣，电力系统落后，值守人员面临巨大的生活和工作上的困难。石油矿产资源采集工作的一个重要组成部分就是做好安全控制工作，能持续低功耗在低温等恶劣环境下工作，远程控制云锁开关，自动检测闯入人员，及时报警反馈信息等功能的配合，才能推进数字化油矿井建设稳步发展。
3.而现有的远程控制锁功耗较高，在低温状态下无法长时间使用，也无法实现报警反馈。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提供了一种基于nbiot的超低功耗云锁系统，超低功耗处理器和超低功耗nbiot模块，能够在-20℃低温下正常使用一年半以上，同时实现后台云端服务器在远程对门锁的开关控制和状态侦测，使用能休眠的超低功耗处理器和nbiot模块大大延长云锁的持续使用时间，通过与门锁和门体上设置的多种传感器，对门锁和门体的状态进行实时监控，从而在门锁或门体受到破坏时实现报警功能，实现完全无人值守的云锁系统。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于nbiot的超低功耗云锁系统，包括：超低功耗处理器以及分别与所述超低功耗处理器相连接的超低功耗nbiot模块、唤醒开关、行程开关、防拆开关、振动开关、门磁开关、惯导感应模块、电机和电机驱动模块；
6.所述唤醒开关被触发时，唤醒所述超低功耗处理器并上报到云端服务器请求开锁；
7.所述行程开关检测门锁锁舌的行程，并发送至所述超低功耗处理器；
8.所述防拆开关检测门体的被拆状态，并发送至所述超低功耗处理器；
9.所述振动开关检测所述门锁的振动状态，并发送至所述超低功耗处理器；
10.所述门磁开关检测所述门体的开关状态，并发送至所述超低功耗处理器；
11.所述惯导感应模块检测所述门锁的移动状态，并发送至所述超低功耗处理器；
12.所述超低功耗处理器将接收到的所述门锁和/或所述门体的状态信息通过所述超低功耗nbiot模块发送至云端服务器；
13.所述超低功耗处理器向所述电机驱动模块发送开锁或闭锁指令，所述电机驱动模块根据所述开锁指令或闭锁指令驱动所述电机带动所述门锁开启或闭合。
14.在上述技术方案中，优选地，所述超低功耗处理器在休眠模式下以100微安以下的低功耗模式运行，所述超低功耗nbiot模块在所述超低功耗处理器休眠模式下关闭。
15.在上述技术方案中，优选地，所述门锁在锁闭状态下锁舌将所述行程开关压下，所述门锁在开启状态下锁舌回退使得所述行程开关能够弹起，所述超低功耗处理器根据所述行程开关的弹起状态判断所述门锁的开关状态。
16.在上述技术方案中，优选地，所述防拆开关为常闭状态，所述门体被拆时所述防拆开关断开，所述超低功耗处理器根据所述防拆开关的状态信息判断所述门体是否被拆。
17.在上述技术方案中，优选地，所述振动开关安装于所述门锁上或所述门锁周边，所述振动开关在所述门锁受到外力敲打时将所述门锁的振动数据发送至所述超低功耗处理器。
18.在上述技术方案中，优选地，所述门磁开关的磁铁设置于所述门锁的锁框上，所述门磁开关的感应器设置于所述门锁上，使得所述门磁开关感应到所述门锁的开闭状态，从而确定所述门体的开关状态。
19.在上述技术方案中，优选地，所述惯导感应模块固定于所述门锁上，所述惯导感应模块检测三维方向的加速度，所述超低功耗处理器根据所述惯导感应模块所检测的加速度数据判断所述门锁是否被移动。
20.在上述技术方案中，优选地，所述电机在所述电机驱动模块的驱动下正转或反转，以实现所述门锁锁舌的进出移动控制。
21.在上述技术方案中，优选地，所述超低功耗nbiot模块基于蜂窝网络、以nbiot协议实现所述超低功耗处理器与所述云端服务器之间的网络数据通信。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：通过超低功耗处理器和超低功耗nbiot模块，能够在-20℃低温下正常使用一年半以上，同时实现后台云端服务器在远程对门锁的开关控制和状态侦测，使用能休眠的超低功耗处理器和nbiot模块大大延长云锁的持续使用时间，通过与门锁和门体上设置的多种传感器，对门锁和门体的状态进行实时监控，从而在门锁或门体受到破坏时实现报警功能，实现完全无人值守的云锁系统。
附图说明
23.图1为本实用新型一种实施例公开的基于nbiot的超低功耗云锁系统的结构示意图；
24.图2为本实用新型一种实施例公开的超低功耗处理器的电路原理示意图；
25.图3为本实用新型一种实施例公开的超低功耗nbiot模块的电路原理示意图；
26.图4为本实用新型一种实施例公开的振动开关的结构和电路原理示意图；
27.图5为本实用新型一种实施例公开的门磁开关的结构和电路原理示意图；
28.图6为本实用新型一种实施例公开的惯导感应模块的电路原理示意图；
29.图7为本实用新型一种实施例公开的电机驱动模块的电路原理示意图；
30.图8为本实用新型一种实施例公开的电机的控制逻辑示意图。
31.图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：
32.11.超低功耗处理器，12.超低功耗nbiot模块，13.唤醒开关，14.行程开关，15.防拆开关，16.振动开关，17.门磁开关，18.惯导感应模块，19.电机，20.电机驱动模块。
具体实施方式
33.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述：
35.如图1所示，根据本实用新型提供的一种基于nbiot的超低功耗云锁系统，包括：超低功耗处理器11以及分别与超低功耗处理器11相连接的超低功耗nbiot模块12、唤醒开关13、行程开关14、防拆开关15、振动开关16、门磁开关17、惯导感应模块18、电机19和电机驱动模块20；
36.唤醒开关13被触发时，唤醒超低功耗处理器11并上报到云端服务器请求开锁；
37.行程开关14检测门锁锁舌的行程，并发送至超低功耗处理器11；
38.防拆开关15检测门体的被拆状态，并发送至超低功耗处理器11；
39.振动开关16检测门锁的振动状态，并发送至超低功耗处理器11；
40.门磁开关17检测门体的开关状态，并发送至超低功耗处理器11；
41.惯导感应模块18检测门锁的移动状态，并发送至超低功耗处理器11；
42.超低功耗处理器11将接收到的门锁和/或门体的状态信息通过超低功耗nbiot模块12发送至云端服务器；
43.超低功耗处理器11向电机驱动模块20发送开锁或闭锁指令，电机驱动模块20根据开锁指令或闭锁指令驱动电机19带动门锁开启或闭合。
44.在该实施方式中，通过超低功耗处理器11和超低功耗nbiot模块12，能够在-20℃低温下正常使用一年半以上，同时实现后台云端服务器在远程对门锁的开关控制和状态侦测，使用能休眠的超低功耗处理器和nbiot模块大大延长云锁的持续使用时间，通过与门锁和门体上设置的多种传感器，对门锁和门体的状态进行实时监控，从而在门锁或门体受到破坏时实现报警功能，实现完全无人值守的云锁系统。
45.具体地，该超低功耗云锁通过低温锂电池供电，能在-20℃低温下正常使用一年半以上，即使在电力系统落后的地区也能使用。工作人员只需要在后台统筹观察所有锁的使用状态即可，无需现场人工值守，节省了大量人力和物力。管理人员随时随地可通过手机或互联网在云端服务器监管几百上千个油井和矿井的门锁状态或者远程打开/关闭门锁。超低功耗云锁具有多种传感器，当有人破坏或敲打门时，云锁将立即感应并上报到云端。低电量时，云锁能进行上报低电量报警，实现完全无人值守，一键管理所有门锁的功能。
46.在上述实施方式中，优选地，超低功耗处理器11在休眠模式下以100微安以下的低功耗模式运行，超低功耗nbiot模块12在超低功耗处理器11休眠模式下关闭。通过低功耗模式的设置，从而尽量延长云锁的持续使用时间。
47.其中，云锁系统主要由超低功耗处理器11和超低功耗nbiot模块12组成，超低功耗处理器11周围设置有一些开关和传感器。
48.具体地，基于超低功耗nbiot模块12，能够使用基站定位方式进行粗略定位。唤醒开关13上设置唤醒按键trg_key，也叫申请开锁按键，被按下后唤醒超低功耗处理器11并上
报到云端服务器询问是否能开锁。开锁感知用的行程开关14pos_key，在门锁打开时会碰到行程开关14。当有人破坏门时，防拆开关15(broken_key)立即感应并上传到云端服务器；当有人敲打门锁时，振动开关16(z_key)立即感应并上传到云端服务器；当有人移动门锁时，惯导感应模块18立即感应并上传到云端服务器；门体打开和关闭时门磁开关17(h_key)感知并上报到云端服务器。该超低功耗云锁系统具有电机19驱动功能，通过驱动电机19离合完成锁的开启闭合，此外，还具有低电量监测功能，电量低时上报低电量报警(每24h唤醒一次上报电量与粗略定位位置)。此外，超低功耗处理器11还可控制指示灯来显示各种状态。
49.如图2所示，该超低功耗处理器11在休眠时是微安的电流，能用trg_key、pos_key、broken_key等多个io管脚快速唤醒并工作起来。处理器控制这nbiot的开关，休眠和数据交互。它与nbiot模块的数据交互是通过串口u2_tx和u2_rx实现的。处理器里的固件程序使用了实时操作系统，管理着各个按键，传感器和开关。它通过pa7控制着指示灯，通过pa12控制着报警蜂鸣器。惯导芯片和处理器是通过i2c即是i2c1_scl和i2c1_sda实现数据交互的。电池电量检测是通过处理器内部的adc实现检测的。
50.在上述实施方式中，优选地，超低功耗nbiot模块12基于蜂窝网络、以nbiot协议实现超低功耗处理器11与云端服务器之间的网络数据通信。
51.如图3所示，具体地，超低功耗nbiot模块12优选可使用移远公司的模块，信号使用中国移动的信号。具体地，超低功耗nbiot模块12可优选使用移远bc26，它主要有sim卡接口、串口和天线组成。sim卡接口插的是移动的物联网流量卡。mcu通过bc_pwrkey和bc_rst启动和复位bc26模块。mcu和bc26的数据交互是通过串口实现的。它的天线使用外置的高增益无源天线，天线放置于云锁的顶部。
52.在上述实施方式中，优选地，门锁在锁闭状态下锁舌将行程开关14压下，门锁在开启状态下锁舌回退使得行程开关14能够弹起，超低功耗处理器11根据行程开关14的弹起状态判断门锁的开关状态。
53.在上述实施方式中，优选地，防拆开关15为常闭状态，门体被拆时防拆开关15断开，超低功耗处理器11根据防拆开关15的状态信息判断门体是否被拆。
54.如图4所示，在上述实施方式中，优选地，振动开关16安装于门锁上或门锁周边，振动开关16在门锁受到外力敲打时将门锁的振动数据发送至超低功耗处理器11。具体地，振动开关16的结构如图4右侧所示，当振动时，弹簧会触碰到内壁，导致传感器的两个脚短路，从而导致图4右侧所示的z_key从低电平变成高电平，超低功耗处理器11便能感知振动并上传到云端服务器。
55.如图5所示，在上述实施方式中，优选地，门磁开关17的磁铁设置于门锁的锁框上，门磁开关17的感应器设置于门锁上，使得门磁开关17感应到门锁的开闭状态，从而确定门体的开关状态。当门锁关闭时，传感器内的两个脚因为有磁力合在一起，反之则因为弹力分开。即是当门锁关闭时传感器的两个脚短路导致图5右侧所示的h_key为低电平；当门锁打开时，传感器的两个脚断开导致图5右侧所示的h_key为高电平。为此，处理器能感知门锁是打开还是关闭的并上传到云端服务器。
56.在上述实施方式中，优选地，惯导感应模块18固定于门锁上，惯导感应模块18检测三维方向的加速度，超低功耗处理器11根据惯导感应模块18所检测的加速度数据判断门锁是否被移动。
57.如图6所示，具体地，惯导芯片可优选使用mpu6050，它具有x、y和z三维的加速度，以及x、y和z三维的陀螺仪，通过模数转换上述六组模拟量为数字量后反馈给超低功耗处理器11，超低功耗处理器11得到数据后，从而得知云锁是否被强行搬移或其他动作，从而实现感知和报警功能。
58.如图7和图8所示，在上述实施方式中，优选地，电机19在电机驱动模块20的驱动下正转或反转，以实现门锁锁舌的进出移动控制。具体地，优选采用直流电机19用于门锁的锁舌的进出移动控制，为此需要驱动电机19的正反转，可采用tc1508s实现电机19驱动和正反转控制。超低功耗处理器11通过mo_ina和mo_inb的高低电平去控制正反转或停止，控制逻辑如图所示。
59.根据上述实施方式中公开的超低功耗云锁系统，具体使用逻辑如下：
60.1.开锁：在控制端将远程控制打开云锁的指令发到云端服务器，云端服务器接收指令并存储在云上；现场操作人员使用唤醒开关13唤醒系统，唤醒后指示灯常亮；云锁向云端服务器询问是否有需要执行的命令，云端服务器将开锁指令返回给云锁设备，云锁设备通过控制电机19正转(200ms)来打开锁闭结构并且指示灯闪烁3s，之后1min内指示灯常亮，等待操作人员开锁；如果操作人员打开锁，行程开关14(锁闭状态下锁舌将行程开关14压下)弹起，检测到按键弹起，云锁向云端发送锁已打开信息，并且指示灯再次闪烁5s后熄灭，系统进入休眠；如果操作人员一直未打开锁，则1min后，电机19反转关闭锁闭结构，云锁向云端发送锁打开却无人操作信息，指示灯熄灭，系统进入休眠。
61.2.闭锁；系统在休眠状态下，锁体闭合，锁舌头压下行程开关14，系统唤醒，电机19反转关闭锁闭结构，指示灯闪烁5s，云锁向云端发送锁已锁闭信息，指示灯熄灭，系统进入休眠。
62.3.防拆检测：第一个情况，在任何情况下防拆开关15均为常闭状态，当系统检测到防拆开关15断开后，系统唤醒，进入报警状态(期间指示灯不亮，只有云锁模块每隔1分钟向云端发送一次报警与粗略定位，直至电池耗尽)；第二种情况，在锁处于锁闭状态时，检测到行程开关14弹起(非正常打开锁)，同样系统唤醒进入报警状态。
63.4.定时自检：每日中午12点系统自动唤醒，指示灯不亮，检测电池电量，并使用基站定位进行一次粗略定位，并将结果上传到云端，结束后系统进入休眠状态。
64.5.当有人敲打门锁，立即感应上传到云端；当有人移动门锁，立即感应上传到云端；系统感知门打开和关闭并上传到云端。
65.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。