專利名稱：電子組合鎖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子組合鎖。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及這樣一種電子組合鎖，在這種鎖中，一組機(jī)械元件和由計算機(jī)實現(xiàn)的處理過程提供了范圍廣泛的特征。
各種鎖的設(shè)計在技術(shù)上是已知的。常規(guī)的鎖在設(shè)計上是純機(jī)械式的。然而，隨著可靠的集成電路和微處理器的發(fā)展，更加尖端和可操作的鎖裝置已經(jīng)成為可能的。但即使是現(xiàn)有的尖端電子鎖設(shè)計也未能提供許多合乎需要的特征。
合乎需要的特征包括自供電的能力，使得當(dāng)電源或電池失效時仍能進(jìn)行正確的操作。雖然某些自供電鎖在技術(shù)上是已知的，但其設(shè)計仍然會導(dǎo)致這樣的可能性自充電功能可能會干擾組合輸入功能。
另外，希望這些鎖能防止竄改和破壞。還希望能減少鎖中元件的數(shù)目，以便提高簡單性和促進(jìn)可靠性。已知的鎖沒有充分地減少元件的數(shù)目，例如在用于固定組合撥號盤的部件中，或者在用于直接作用在插銷的聯(lián)動裝置上的機(jī)制中。通常，已知的鎖裝置所帶的齒輪都過于復(fù)雜并且容易失效。
還希望能避免發(fā)生這樣的情況用戶輸入了正確的組合碼，因此使插銷縮回，但由于某些原因使該鎖無人照看，因此，某個其他的非法人員可能打開該鎖。因此希望在合法的人員輸入正確的組合碼后離開時，能防止非法的人員打開該鎖。
同樣，尤其是對于只具備有限的電源存儲能力的自供電的鎖裝置來說，希望能保證即使沒有足夠的功率正確地操作該鎖，也應(yīng)該有足夠的能源來防止任何人打開該鎖。然而，常規(guī)的鎖都忽視了這些特征。
在自供電的鎖裝置中，尤其希望能使用非常省電的部件。在常規(guī)的鎖裝置中，最耗電的部件是自動檢測組合撥號盤的移動和轉(zhuǎn)動狀態(tài)的傳感器。常規(guī)的鎖裝置設(shè)計忽視了在這方面中減少不必要的電源消耗的特征。
還希望能提供這樣一種組合功能鎖在某個人輸入了不正確的組合碼之后，將使得該用戶更難以把鎖打開。該特征是基于這樣的前提非法人員(或快速撥號機(jī))在不知道正確組合碼的情況下企圖打開該鎖時，將首先輸入幾個不正確的組合碼。然而，常規(guī)的鎖裝置設(shè)計并沒有實現(xiàn)這一合乎需要的特征，該特征是基于非法用戶打開該鎖的明顯企圖，應(yīng)該使該用戶更難以打開該鎖。
所以，常規(guī)的鎖設(shè)計人員忽視了許多特征和特征的組合，這些特征將提供一種多功能的、方便的、防止竄改的、可靠的和有效供電的電子組合鎖。本發(fā)明正是為了滿足這些需求引發(fā)的。
本發(fā)明提供了各種特征，這些特征克服了已知的鎖裝置(包括電子組合鎖)的極限性。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種雙撥號盤裝置，包括通過轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電力的第一撥號盤，以及轉(zhuǎn)動產(chǎn)生代表撥號位置的數(shù)字的第二撥號盤。做為一個附加的特征，第二撥號盤可以被按壓，輸入所選擇的顯示數(shù)字做為組合輸入。
因此，本發(fā)明提供一個對組合鎖的控制裝置，該裝置包括識別組合碼、并且當(dāng)電源被提供時，允許開鎖的裝置，為識別裝置存儲并提供電源的裝置，一個從鎖的外面可接觸到的第一控制結(jié)構(gòu)，用戶可移動該控制結(jié)構(gòu)以便為存儲裝置提供電源，以及一個從鎖的外面也能接觸到的第二控制結(jié)構(gòu)，用戶可獨(dú)立于第一控制結(jié)構(gòu)對其移動，以確定組合碼。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供保持第一和第二撥號盤的裝置，該裝置既能支撐撥號盤，又能固定撥號盤的部件，使得組合鎖可防止竄改。
因此，本發(fā)明提供一種裝置，至少能支承和保持一個組合鎖上能從外部接觸的可轉(zhuǎn)動撥號盤。該裝置包括支持結(jié)構(gòu)、可轉(zhuǎn)動撥號盤和整體支承/保持部件，該部件附加在第一個支撐結(jié)構(gòu)或撥號盤上，包括一個彈夾，插在第二個支持結(jié)構(gòu)或撥號盤中的某個槽中，使得在不發(fā)生看得見的損壞時，該彈夾不可能從其和槽的接合中移動。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面內(nèi)容，一個電機(jī)驅(qū)動的凸輪直接作用在鎖控制桿上，因此，該鎖的插銷被鎖的撥號盤機(jī)械地拉動。
因此，本發(fā)明還在鎖中提供一了種裝置，包括一個電機(jī)、直接響應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動的電機(jī)凸輪、可拉出和縮回鎖里的插銷和一個鎖控制桿，該控制桿可有效地連接到插銷上，并直接和電機(jī)凸輪接觸，直接響應(yīng)該電機(jī)凸輪，使之能移動進(jìn)出“接合”位置，在該位置上，插銷可從鎖中拉出或縮回。
根據(jù)本發(fā)明第四方面的內(nèi)容，在輸入正確的組合碼之后提供一個超時周期。如果插銷在超時期間沒有縮回，本發(fā)明就不讓其回，直到又一次輸入了一個正確的組合碼。
因此，本發(fā)明在鎖中進(jìn)一步提供了一種裝置，包括能從鎖中拉出或縮回的插銷，輸入組合碼的裝置和一個控制器。控制器包括將輸入的組合碼和至少一個正確的組合碼進(jìn)行比較并確定其是否匹配的裝置，在確定匹配之后形成時間窗口的裝置，以及使得插銷只能在時間窗口期間縮回的裝置。
本發(fā)明的第五方面提供了鎖中電源電壓的監(jiān)控模式。例如，如果有足夠的電源操作鎖裝置，監(jiān)控特征防止對該鎖進(jìn)行操作的企圖。最好是采用一種靈活的方式來實現(xiàn)這種監(jiān)控，使用程序化的微控制器，例如帶有微處理器CPU的一種微控制器。
因此，本發(fā)明也提供了一種自供電的鎖裝置，包括能從鎖中拉出和縮回的插銷，以及響應(yīng)正確組合碼的輸入、使插銷能縮回鎖中的裝置。使能裝置有一個“接合”位置，在該位置中，插銷能縮回鎖里，還有一個“非接合”位置，在該位置上，插銷不能縮回鎖里。該鎖還有用于存儲能量以操作鎖的某些部件的裝置、監(jiān)控存儲裝置的能量水平的裝置、以及響應(yīng)監(jiān)控裝置，當(dāng)被監(jiān)控的能量水平低于某個給定的能量閾值時，防止使能裝置從其“非接合”位置移動到其“接合”位置的裝置。給定的能量閾值大于或等于在某個預(yù)定的時間周期之后將使能裝置由其“接合”位置移到“非接合”位置所需的能量數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面內(nèi)容，使用無源磁傳感器來自動檢測撥號盤的移動情況，并結(jié)合其它的電路，確定撥號盤移動的方向。
因此，本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種自供電的鎖裝置，包括一個能從鎖的外部接觸、使用戶能選擇某個輸入的組合碼的可移動撥號盤，產(chǎn)生和存儲能量的裝置，隨撥號盤的移動而移動的磁化元件，對應(yīng)磁化元件放置的Wiegand傳感器，用于產(chǎn)生表示磁化元件移動狀態(tài)的信號，以及由存儲裝置中的能量供電的控制器，用于解釋W(xué)iegand傳感器的信號并控制該鎖裝置的操作。
根據(jù)本發(fā)明第七方面的內(nèi)容，在進(jìn)行了給定數(shù)目的連續(xù)輸入之后，又出現(xiàn)了不正確的組合碼時，輸入“鎖定狀態(tài)”，在這種狀態(tài)下，鎖不能被打開，即使輸入了一個正確的組合碼。用“越權(quán)”(override)組合碼來結(jié)束鎖定狀態(tài)。
因此，本發(fā)明提供了能在下面方式下工作的組合鎖(1)正常方式，在這種方式下，至少一個第一組合碼允許該鎖被打開；(2)鎖定方式，在該方式中，至少一個第二組合碼允許該鎖被打開，其中，至少一個第一組合碼不同于至少一個第二組合碼。該鎖包括接收輸入組合碼的裝置，將輸入組合碼和至少一個第一組合碼進(jìn)行比較的裝置，對不能匹配有效的第一組合碼的連續(xù)輸入的組合碼數(shù)目計數(shù)的裝置，以及這樣的裝置當(dāng)計數(shù)裝置確定已經(jīng)出現(xiàn)連續(xù)輸入不正確的組合碼的給定閾值數(shù)目時，響應(yīng)計數(shù)裝置，將鎖的操作方式改為越權(quán)(override)方式。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，用于鎖的不同部件的DC操作的電源存儲器是互相獨(dú)立的，使得對某個給定功能的可用電源功率是可監(jiān)控的，因此，有選擇的可監(jiān)控功率損耗可以控制鎖的操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，數(shù)據(jù)被串行地從處理器中送到組合碼顯示器，以使最大限度地減少通過安全容器門的路徑數(shù)目。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面內(nèi)容，樞軸桿和超程彈簧配備開關(guān)，檢測插銷位置和被按動以選擇組合數(shù)碼的撥號盤的位置，最大限度地減少對開關(guān)盒的損壞。
對于那些熟悉這一技術(shù)的人來說，只要結(jié)合附圖閱讀下面的“實施本發(fā)明的最好方式”一節(jié)，就能了解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
通過參考附圖閱讀下面的實施本發(fā)明的最好方式，就能更好地理解本發(fā)明，在這些附圖中，相同的參考數(shù)字自始至終表示相同的元件，在這些附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明最佳實施方式撥號盤組件的部件分解透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明最佳實施方式鎖機(jī)構(gòu)的部件分解透視圖。
圖3A是一個電路圖，說明用于產(chǎn)生電平、傳感電平和用在電子組合鎖的實施方式中的其它信號的電路的最佳實施方式。
圖3B簡單地說明了一個中央處理器(CPU)，該處理器從旋轉(zhuǎn)撥號盤接收旋轉(zhuǎn)信息以及有關(guān)電平的其它信息，并且控制顯示器和電機(jī)凸輪，因此以電子的方式控制電子組合鎖實施例的操作。
圖4表示最佳驅(qū)動凸輪218(圖2)，給出了其中的細(xì)節(jié)。
圖5是鎖控制桿213(圖2)的放大視圖，圖5A和5B表示在接合和非接合(鎖)位置中，電機(jī)凸輪205的相對方位。
圖6是一個流程圖，表示最佳電子組合鎖的單用戶操作。
圖7是對圖6的流程圖作補(bǔ)充說明的一個流程圖，表示當(dāng)用戶已經(jīng)輸入了給定的若干不正確的組合碼時輸入“鎖定”狀態(tài)的情況。
圖8簡單地說明了圖1中的各種元件，不要求相同的規(guī)格，以說明本發(fā)明的防竄改特征。
在描述圖中所示的本發(fā)明最佳實施方式的過程中，為明了起見，使用了特定的術(shù)語。然而，本發(fā)明并不打算局限于所選擇的特定術(shù)語，而應(yīng)該這樣理解每個特定的元件包括所有的技術(shù)等同物，它們以相同的方式操作、實現(xiàn)同樣的目的。例如，術(shù)語“較高的”、“較低的”、“上面”、“下面”、“順時針”、“逆時針”等等都用來說明附圖所示的最佳實施方式，但不能因此而被解釋為是對本規(guī)格說明書后面的權(quán)利要求書的限制。
圖1采用部件分解透視圖的方式說明了根據(jù)本發(fā)明的一個最佳撥號盤裝置。
撥號環(huán)107容納并支撐撥號盤裝置的元件。外層撥號盤101集中地位于與環(huán)的頂端，并由三個軸承(表示為元件105A、105B和105C)所支撐。軸承(在這里統(tǒng)稱為元件105)固定在外層撥號盤101底部的一個環(huán)形槽(圖1中沒有表示)中。軸承105帶有固定夾片，這可以是簧片，圖1中能看到其中的一個，表示為元件155A。軸承105首先被固定在撥號環(huán)107中，外層撥號盤101迅速閉合到位。當(dāng)外層撥號盤迅速閉合到位時，軸承固定在外層撥號盤底部的環(huán)形槽中，通過固定夾片155A的動作迅速閉合到位。圖8更詳細(xì)地說明了該裝置的細(xì)節(jié)。
因此，在外層撥號盤被迅速閉合到位之后，鎖機(jī)制不容易被破壞，因為撥號盤被其軸承所固定。撥號盤被安裝在軸承上之后，若某個人強(qiáng)行移動撥號盤，則軸承和撥號盤的損壞將會被看到，留下了企圖進(jìn)入或故意破壞的證據(jù)。
本發(fā)明還提供了一個或多個發(fā)電機(jī)104A和104B，這些發(fā)電機(jī)被緊固在撥號環(huán)107上。發(fā)電機(jī)104A和104B帶有各自的圓形齒輪154A和154B。齒輪154A和154B邊緣上的齒和外層撥號盤101底部上的環(huán)形齒輪(圖中沒有表示)結(jié)合。
在操作過程中，當(dāng)外層撥號盤101被轉(zhuǎn)動時，在其環(huán)形齒輪上的齒帶動齒輪154A和154B，使得各自的發(fā)電機(jī)104A和104B產(chǎn)生交流電(AC)。正如后面將更詳細(xì)介紹的那樣，發(fā)電機(jī)將電送到一組能量存儲裝置中，為那些需要電力才能工作的電子鎖部件提供電源。這些部件包括，例如中央處理器(以下稱為“CPU”)、液晶顯示器(以下稱為“LCD”)和有關(guān)的電路，將結(jié)合圖3A和3B加以描述。
撥號盤裝置還帶有一個內(nèi)層撥號盤102。在裝配過程中，撥號盤軸承106被固定在撥號環(huán)107。當(dāng)內(nèi)層撥號盤102迅速閉合到位時，撥號盤軸承106也迅速閉合到內(nèi)層撥號盤下邊的一個環(huán)形槽中(圖中沒有表示)。彈簧103可以是圓柱形的壓縮彈簧，促使內(nèi)層撥號盤102離開撥號環(huán)。
和上述的軸承105固定外層撥號盤101的方式一樣，撥號盤軸承106也把內(nèi)層撥號盤102固定在撥號盤裝置的位置上。因為撥號盤軸承106最好是用合金材料制造的，例如DELRINTM，因此，軸承和內(nèi)層撥號盤裝置是防竄改的，假定某個人企圖強(qiáng)行移動內(nèi)部撥號盤或破壞該設(shè)備的這個部件。該裝置的細(xì)節(jié)將在后面的圖8中介紹。
裝配之后，內(nèi)層撥號盤102和外層撥號盤101為同軸排列，并且兩者都可旋轉(zhuǎn)地位于撥號環(huán)107的頂部。
在操作過程中，撥號盤101和102在其各自的軸承上可自由旋轉(zhuǎn)。正如后面將更詳細(xì)介紹的，旋轉(zhuǎn)外層撥號盤產(chǎn)生交流電源，然后經(jīng)調(diào)整再對一組電容充電。電容存儲電力以便操作電子線路，并且轉(zhuǎn)動凸輪就能讓鎖裝置打開和重鎖。另一方面，旋轉(zhuǎn)內(nèi)層撥號盤，就能使CPU在LCD顯示一個數(shù)碼，并且由用戶對著彈簧103的壓力按下，這樣就能選擇被顯示的某個特定數(shù)碼；內(nèi)層撥號盤也用于機(jī)械式地縮回鎖的桿銷。
在圖1中，LCD顯示位于窗口108的后面，印刷線路板在位置110上。在隨著內(nèi)層撥號盤旋轉(zhuǎn)的元件、印刷線路板和LCD顯示器之間，以及外層撥號盤和電容組之間都提供了適當(dāng)?shù)慕涌?。元件的物理和電互連不是本發(fā)明的中心，很容易由熟悉這一技術(shù)的人加以實現(xiàn)，因此將不作進(jìn)一步的討論。
現(xiàn)在參考圖2，這是最佳鎖機(jī)制的部件分解透視圖。鎖盒214支撐、容納并保護(hù)鎖機(jī)制的各種元件。
驅(qū)動凸輪218在整體上和內(nèi)層撥號盤102(圖1)連接在一起，例如通過某種六角形棒109(如圖1所示)。因此，在典型的實施例中，撥號環(huán)107(圖1)的下邊物理上正對著鎖盒214(圖2)的下邊，因此提從了撥號裝置對鎖機(jī)制的一種直接連接。圖1和圖2的部件分解透視圖僅僅是為解釋方便，在裝配時，圖1和圖2應(yīng)該在相反方向上旋轉(zhuǎn)90度才能看出其方位。
再參考圖2，驅(qū)動凸輪218可旋轉(zhuǎn)地位于軸承襯219的上端。彈簧220和凸輪彈簧固定軸襯221直接位于驅(qū)動凸輪218的上面。凸輪彈簧固定軸襯221由支架223固定在位，而支架223就直接裝在驅(qū)動凸輪上面。在驅(qū)動凸輪218和凸輪彈簧固定軸襯221之間捕抓凸輪彈簧220。支架223在鎖盒214中的安裝位置使得凸輪彈簧被壓并保持驅(qū)動凸輪對著硬板軸承襯219。
通過套在其共同旋轉(zhuǎn)軸上的六角形導(dǎo)桿109，驅(qū)動凸輪218整個隨個著內(nèi)層撥號盤102(圖1)旋轉(zhuǎn)。體現(xiàn)在CPU中的方法(后面介紹)結(jié)合內(nèi)層撥號盤對驅(qū)動凸輪的轉(zhuǎn)動，實際上控制了鎖機(jī)制的操作。
在“鎖”位置時，插銷215從鎖盒214中的槽214S中伸出，但當(dāng)在其“非鎖”位置時，插銷縮回鎖盒214。插銷215帶有制動球216和制動彈簧217，產(chǎn)生向上推動插銷的力。在被鎖位置上，這種向上推動的作用結(jié)合插銷底部上有角度的錐口孔(看不見)的邊的角度，將向上的力轉(zhuǎn)換為插銷運(yùn)動方向上的縱向力。有角度的錐口孔上的這種力使插銷停在其完全伸展的位置上。
插銷215的位置實際上由鎖控制桿213的縱向位置和角方位所控制。鎖控制桿繞著由孔213H所定義的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。控制桿螺絲224通過孔213H固定在左端附近的插銷215中的螺絲孔中。控制桿螺絲224保證控制桿213和插銷215能一起縱向移動。
鎖控制桿213在逆時針方向上(如圖2所示)由控制桿彈簧212推動，將控制桿213的直接鍵部件213K推向驅(qū)動凸輪218。雖然圖2中沒有表示，驅(qū)動凸輪218中有槽218SL(圖4所示)，當(dāng)驅(qū)動凸輪位于適當(dāng)?shù)奈恢脮r，該槽能將鍵咬住，如下面所述。
鎖控制桿213帶著槽213SL，該槽接收滑鏈211的第一端?；?11對著槽213SL的一端伸出小鍵211K，該鍵可咬合驅(qū)動凸輪218上的帶子218T。另外，壓縮彈簧225咬住滑鏈211，使之保持在離開電機(jī)凸輪205的“靜止”位置上。咬合托架204的223支撐和定位鎖裝置中的其它各種元件。
磁轉(zhuǎn)子202帶有一個軸，該軸與驅(qū)動凸輪218的軸并行。磁轉(zhuǎn)子桿209沿著磁轉(zhuǎn)子202的軸定位，在其較低端有一個齒輪咬合裝置，和位于驅(qū)動凸輪218頂上的齒輪218G咬合。磁轉(zhuǎn)子桿209穿過托架223中的孔，這樣就能在托架上轉(zhuǎn)動。
提供第一和第二傳感器開關(guān)203A和203B。
第一傳感器開關(guān)203A位于咬合托架223上的位置223A。當(dāng)內(nèi)層撥號盤被推動時，開關(guān)203A進(jìn)行檢測。更具體地說，開關(guān)203A直接檢測驅(qū)動凸輪218的向上運(yùn)動狀況(如圖2所示)，驅(qū)動凸輪整體地連接內(nèi)層撥號盤102。開關(guān)203A將表示按下內(nèi)層撥號盤的信號提供給CPU，如圖313所示。
同理，第二傳感器開關(guān)203B在托架204的位置204B上。當(dāng)插銷215縮回鎖盒的非鎖位置時，傳感器開關(guān)203B進(jìn)行檢測。開關(guān)203B也如圖3B所示的那樣，將信號提供給CPU。
開關(guān)203A和203B通過樞軸桿和開關(guān)彈簧(為簡明起見，圖中沒有表示)固定在各自的托架223和204上。每個樞軸桿固定在各自托架204和223中兩個小孔的右孔中(如圖2所示)。開關(guān)彈簧，最好為“U”型，固定在兩個孔中的左孔中(如圖2所示)。開關(guān)彈簧將樞軸桿保持在位，并且在接收到超過移動距離的條件后將開關(guān)推回其原始位置。這種安裝裝置在開關(guān)達(dá)到其最大移動限度時，允許開關(guān)繞著樞軸旋轉(zhuǎn)。這樣就能防止開關(guān)的損壞。
插銷電機(jī)201帶有一個輪軸，該輪軸穿過咬合托架204。從插銷電機(jī)輪軸中伸出來的是電機(jī)凸輪205。在CPU(圖3B)的控制下，插銷電機(jī)使電機(jī)凸輪205在鎖控制桿213的空洞213C中咬合或松開鎖控制桿213。凸輪就在該空洞中，在滑鏈211端點(diǎn)的外面。
由于電機(jī)凸輪205的最大部分向上并向右轉(zhuǎn)動(如圖2所示)，造成鎖控制桿213順時針轉(zhuǎn)入其松開(鎖位)位置，離開驅(qū)動凸輪218。反之，當(dāng)電機(jī)凸輪205旋轉(zhuǎn)離開該位置到其“咬合位置(見圖5A)時，鎖控制桿213在控制桿彈簧212(圖2)的推動下，允許其轉(zhuǎn)向驅(qū)動凸輪218。
為補(bǔ)充說明起見，圖2中還給出了一個重鎖器207，由重鎖鉚釘208可旋轉(zhuǎn)地固定在咬合托架204上。重鎖彈簧206順時針方向推動重鎖器元件207(如圖2所示)。重鎖器元件207實際作用獨(dú)立于圖2中大多數(shù)其他元件。
若某個人彈行將某個物體塞入鎖裝置時，鎖盒214的蓋子(圖中沒有表示)變形，使得鎖器順時針轉(zhuǎn)動(如圖2所示)。當(dāng)重鎖器順時針旋轉(zhuǎn)時，重鎖器的突出部分207N被插入插銷。215中的空洞215C，并進(jìn)入鎖盒214里的槽中(圖中沒有表示)。當(dāng)突出部分207N轉(zhuǎn)入鎖盒214中的槽時，插銷215不能縮回鎖盒中，因為空洞215C中的突出部分阻止了插銷的縮回。
圖3A和3B(統(tǒng)稱為圖3)圖示了各種元件。這些元件表示圖1和圖2中各種物理元件被電子元件連接的方式，以及如流程6和圖7中所示的功能(下面介紹)。
參考圖3A，該圖表示把所產(chǎn)生的電轉(zhuǎn)換為操作鎖裝置的DC電源的電路。圖3A中所示的發(fā)電機(jī)104A和104B(圖1)連接各自的一對全波整流器(“FWR”)304A，304B和304C、304D。FWR的304A和304B的負(fù)端接地，而其正端則連接在一起，有效地形成總和結(jié)點(diǎn)305A，結(jié)點(diǎn)305A的總和反饋到FWRs340C和304D的負(fù)端。FWRs304C和304D的正端連接在一起，有效地形成了總和結(jié)點(diǎn)305B。
保險絲306位于總和結(jié)點(diǎn)305B和節(jié)點(diǎn)308之間的一個路徑上。節(jié)點(diǎn)308具有電壓V-RECT，這是經(jīng)全波整流器對發(fā)電機(jī)的輸出進(jìn)行整流后的DC電壓。V-RECT不是一個校準(zhǔn)電壓。
節(jié)點(diǎn)308經(jīng)各二極管D311、D321、D331和D341分別連接節(jié)點(diǎn)310、320、330和340。二極管D311、D321、D331和D341保證電流不能在節(jié)點(diǎn)310、320、330和340之間流通。
Zener二極管D312連接地和節(jié)點(diǎn)310，保證節(jié)點(diǎn)310、320、330和340中的任何一個都不會超出給定的一組數(shù)量，這組數(shù)量是根據(jù)21所用電子器件或電容的容差選擇的。在最佳實施例中，二極管D312為16優(yōu)的Zener二極管。
電容(或最好為電容組)C322位于地和節(jié)點(diǎn)320之間。和C322并行的是電壓分流器，包括電阻R324和R325。R324和R325的中間節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為BOCT-VDD，有一個按下述方式監(jiān)控的模擬電壓。節(jié)點(diǎn)320具有電壓V-LOCK，將該電壓提供給電源電機(jī)201(圖2，3B)以便移動電機(jī)凸輪205(圖2)，如下所述。
節(jié)點(diǎn)330和地之間用電容(或最好為電容組)C332公開。和C332并行的是包括電阻R334和R335的電壓分流器。R344和R345之間的中間節(jié)點(diǎn)有一個模擬電壓，標(biāo)識為CMPNT-VDD，采用下述的方式監(jiān)控。
各種元件從節(jié)點(diǎn)340上的V-DCSUPP中得到電源。例如，電壓不足檢測器350、電壓過高檢測器353和電壓校準(zhǔn)器356都是從節(jié)點(diǎn)340中獲取電源的。為簡單起見，這些元件的供電情況圖3A中沒有明顯地加以說明。
電壓校準(zhǔn)器356由V-DCSUPP中提供VDD，控制圖3B中所示電子元件的操作，例如觸發(fā)器、CPU、顯示器和移位寄存器。
圖示說明電壓不足檢測器350，其輸入端連接包括電阻R351和R352的電壓分流器的中間節(jié)點(diǎn)。R351和R352將節(jié)點(diǎn)340接地。當(dāng)電壓不足檢測器350確定節(jié)點(diǎn)340上的電壓低于某個電平時，連接電壓校準(zhǔn)器356停止輸入端的輸出端被激活。這樣，當(dāng)節(jié)點(diǎn)340上的電壓低于對電子元件操作所需的某個臨界值時，校準(zhǔn)器356被屏蔽且VDD＝0。
低通濾波器配置中的R-C組合將VDD接地。電阻R357和電容C358中間的節(jié)點(diǎn)為RESET-CPU信號，該信號在VDD最初被啟動后的某個給定時間內(nèi)保持低電平。RESET-CPU信號用來重置中央處理器(CPU)380(圖3B)。在最佳實施例中，這一重置脈沖信號持續(xù)約20毫秒，以便對CPU初始化。
電壓過高檢測器353的輸入連接包括R354和R355的電壓分流器的中間節(jié)點(diǎn)。當(dāng)確定節(jié)點(diǎn)340上的電壓在適當(dāng)操作這些電子元件所需的某個閾值之上時，激活電壓過高檢測器353的輸出端。這個標(biāo)識為V-SENSE的輸出提供給CPU380(圖3B)。
因此，圖3A的電路提供了圖3B中其它電子元件所用的各種信號。V-LOCK和V-UNLOCK以及VDD把電源提供給適當(dāng)?shù)牟考?。VOLT-VDD、UNBOLT-VDD和CMPNT-VDD為啟動時測量到的模擬電壓，保證有足夠的電源用于完整的操作。V-SENSE為數(shù)字信號，把電壓VDD充足的二進(jìn)制標(biāo)識提供給電子元件。最后，RESET-CPU信號為短信號，為電子線路開始被發(fā)電和啟動時，用該信號開始重置CPU。
現(xiàn)在參看圖3B，該圖表示和該組合鎖的操作有關(guān)的其他各種元件。
圖示說明磁轉(zhuǎn)子202。在示范性的實施方式中，磁轉(zhuǎn)子202有三對南北極，按另一種方式排列，兩上Wiegand傳感器370A和370B按相互之間90°的位移排列，相對于磁轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸。
Wiegand元件的性質(zhì)和操作對于熟悉這一枝術(shù)的人來說可參考有關(guān)的文獻(xiàn)介紹，例如，傳感器工程公司Echlin Company，21555State Street，Hamden，Connecticut，36517的“Wiegand效應(yīng)，到底是什么？”。該文獻(xiàn)介紹了Wiegand傳感器的操作原理和一個具體的商業(yè)應(yīng)用傳感器(編號110-00057-000)。
基本上說，當(dāng)磁轉(zhuǎn)子202隨著用戶對內(nèi)層撥號盤102的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)時，每個傳感器產(chǎn)生一對交替電極、短期可預(yù)見電壓脈沖，其振幅和持續(xù)時間實際上不取決于磁轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。這樣，內(nèi)層撥號盤的操作就比純感應(yīng)傳感更加可預(yù)知的，而且還保留了這樣的優(yōu)點(diǎn)無需用電源來產(chǎn)生傳感器370A和370B輸出上的脈沖對。
第一脈沖形成元件371A響應(yīng)Wiegand元件370A的相反電極脈沖對，并提供中斷請求信號IRQ給CPU380。在所介紹的實施例中，IRQ信號的降落邊中斷了CPU。因此，當(dāng)磁轉(zhuǎn)子202轉(zhuǎn)動時，傳感器370A產(chǎn)生脈沖對，元件371A將其轉(zhuǎn)換為較寬的數(shù)字脈沖，其降落邊引起中斷。當(dāng)磁轉(zhuǎn)子202的磁棒經(jīng)過傳感器370A時，CPU380被中斷，因此CPU就能把一個新的數(shù)字顯示給用戶。
Wiegand傳感器370B提供一對脈沖給第二脈沖形成元件371B。作為響應(yīng)，元件371B將數(shù)字脈沖對提供給S-R觸發(fā)器372的“設(shè)置”和“重置”(“S”和“R”)輸入端。
S-R觸發(fā)器372的輸出被送到D型觸發(fā)器375的數(shù)據(jù)輸入端。來自元件371A的IRQ信號的上外邊觸發(fā)D型觸發(fā)器的時鐘輸入。觸發(fā)器375的時鐘化輸出是送給CPU380的定向信號DRXN。
在操作過程中，進(jìn)入S-R觸發(fā)器372的信號或者為后面直接跟著重置脈沖的設(shè)置脈沖，或者為后面直接跟著設(shè)置脈沖的重置脈沖。脈沖對的次序由磁轉(zhuǎn)子202的旋轉(zhuǎn)方向所確定。因此，在脈沖對的第二脈沖后的S-R觸發(fā)器372的輸出由磁轉(zhuǎn)子202的旋轉(zhuǎn)方向確定。
在遇到脈沖對后的一個周期內(nèi)，IRQ信號的上升邊將S-R觸發(fā)器372輸出端的定向信號計時記錄進(jìn)入D型觸發(fā)器375。因此，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動磁轉(zhuǎn)子202時，D型觸發(fā)器375的輸出為常量的二進(jìn)制信號，指示用戶正在轉(zhuǎn)動內(nèi)層撥號盤的方向。
在操作過程中，Wiegand傳感器370A所產(chǎn)生的脈沖在來自元件371A的IRQ信號的降落邊上引起CPU380的中斷。在中斷服務(wù)中，通過IRQ信號的上升邊，CPU380對穩(wěn)定地寄存在觸發(fā)器375中的DRXN采樣。這樣，CPU就能確定是否增加或減少在顯示器312上為用戶顯示的數(shù)字，下面將作介紹。
圖313還說明了圖3A中產(chǎn)生的各種信號和電平。例如，模擬電平、BOCT-VDD、UNBOLT-VDD和CMPNT-VDD被輸入到CPU中各自的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中。信號VDD和地為數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換提供參考電平。
另外，V-SENSE二進(jìn)制信號由CPU直接采樣。
開關(guān)203A和203B圖示說明為各自的兩住置開關(guān)，可以連接VDD或接地。開關(guān)203A檢測內(nèi)層撥號盤102(圖1)是否已經(jīng)被按下，而開關(guān)203B則檢測插銷215(圖2)是否縮回。在相同的配置中可以使用更多的開關(guān)(圖中沒有表示)來實現(xiàn)其它的功能。例如，可能希望允許用戶請求修改組合，僅當(dāng)插銷縮回時才能識別該請求。這種功能性容易被加入CPH的軟件中RESET-CPU信號在圖示中連接CPU的活動-低重置輸入。
另外，圖中還給出了一個適當(dāng)?shù)亩〞r源，例如晶體振蕩器381。
CPU380還輸出兩對二進(jìn)制信號，控制電子開關(guān)396、397、398和399的位置。開關(guān)396和397串連在V-UNLOCK和地之間。開關(guān)398和399串連在V-LOCK和地之間。電機(jī)201(圖2分別)連接在開關(guān)396和397之間、開關(guān)398和399之間的中間節(jié)點(diǎn)。
在操作過程中，當(dāng)CPU確定電機(jī)將在某個方向上轉(zhuǎn)動電機(jī)凸輪205、使插銷解鎖時，則打開開關(guān)396和399，使電流由V-UNLOCK中經(jīng)開關(guān)396、電機(jī)201和開關(guān)399到地。電機(jī)轉(zhuǎn)動電機(jī)凸輪進(jìn)入圖5A所示的位置。
反之，當(dāng)CPU確定電機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)動電機(jī)凸輪205、以防止戶縮回插銷時，則導(dǎo)致開關(guān)397和398關(guān)閉，因此，電流從V-LOCK經(jīng)開關(guān)398、電機(jī)201和開關(guān)397到地。電機(jī)轉(zhuǎn)動電機(jī)凸輪進(jìn)入圖5B所示的位置。
當(dāng)然，當(dāng)CPU確認(rèn)電機(jī)不應(yīng)該激活時，所有的開關(guān)396、397、398和399都開著，電機(jī)不消耗電源。
CPU380控制顯示元件312。所介紹的顯示元件包括兩個LCD數(shù)字顯示器312和一個光標(biāo)元件312A。CPU380采用熟悉這一技術(shù)的人認(rèn)為最方便的方法、借助數(shù)據(jù)和時鐘信號將數(shù)據(jù)送到和顯示器連在一塊的移位寄存器314中。二進(jìn)制位被顯示元件中的邏輯線路解碼，因此就能為操作員提供可視的數(shù)字顯示。
在示范性的實施例中，該實施例絲毫不會限制權(quán)利要求說明書中定義的發(fā)明范圍，下面各種元件的具體實施方案可以選擇。元件C322和C332的總?cè)萘靠梢韵嗤?。然而，因為電容器組C342為所有的電子元件供電，其電容量應(yīng)該約為C322和C332電容組容量的4倍。當(dāng)然，電子元件的具體實施將決定電容器組的最佳設(shè)計。電壓過高檢測器和電壓不足檢測器350和353可以用ICL7665SIBA來實現(xiàn)。電壓調(diào)節(jié)器356可以采用ICL 7663SIBA，從約16伏的非校準(zhǔn)輸入中為電子元件產(chǎn)生3.1伏的輸出。如果確實需要的話，還可以在VDD和地之間增加適當(dāng)?shù)呐月冯娙萜?。觸發(fā)器372和375可以作為單個4013集成電路組件的一部分。CPU380可以采用68HC805B6，該產(chǎn)品可由Motorola公司提供。Zener二極管D312的參考電壓可為16伏，對應(yīng)電容器組C322、C332和C342中電容器的最大電容量。全波整流器304A-D可以采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，只需把時域總和元件305用線連接在全波整流器的輸出端之間。移位寄存器314可以采用任何合適的串入并出移位寄存器。當(dāng)然，對這些元件以及它們所產(chǎn)生的電量的幅度和性質(zhì)的變化和替換都是熟悉這一技術(shù)的人的能力所能承擔(dān)的。
簡單來說，圖1至圖5B電子組合鎖的功能如下。
在啟動時，CPU監(jiān)控UNBOLT-VDD和V-SENSE(如果需要的話還包括BOLT-VDD)，確定何時適合開始某個操作過程。實際上，啟動后，CPU并沒有立即開始其主操作，直到它檢測到UNBOLT-VDD足夠大，而且V-SENSE被激活。在已經(jīng)產(chǎn)生足夠的電源并存儲在電容器組330中之后，電子組會鎖就完全可以操作。類似的監(jiān)控過程在BOLT-VDD上執(zhí)行。
在特定的最佳實施例中，認(rèn)當(dāng)對外層撥號盤操作并且已經(jīng)產(chǎn)生和存儲作了足夠的電源之后才能打開顯示器。在本實施例中，顯示器的激活提示用戶不需要再轉(zhuǎn)動外層撥號盤。
當(dāng)內(nèi)層撥號盤被轉(zhuǎn)動時，通過使用磁轉(zhuǎn)子202和Wiegand效應(yīng)傳感器370A和370B對撥號盤位置解碼。CPU380識別由響應(yīng)Wiegand元件所產(chǎn)生的脈沖中得到的信號，用位置指示器LCDs312指示增加或減少的數(shù)字值。
當(dāng)內(nèi)層撥號盤被按下時(假定表示用戶相信所顯示的數(shù)字為數(shù)字組合碼中的一位數(shù)字)，傳感器開關(guān)203A被關(guān)閉，然后通知CPU380。CPU380讀出開關(guān)203A狀態(tài)的變化情況并接受所顯示的數(shù)字為組合碼的一部分，并在內(nèi)部存儲該數(shù)字。重復(fù)這一輸入連續(xù)的組合碼數(shù)字的處理過程。接著，由機(jī)械元件實現(xiàn)后面的動作。
然而，當(dāng)正確的組合碼通過對內(nèi)層撥號盤102的操作輸作入時，可以采用下面的方式將鎖置于其非鎖的位置。電子線路通過對內(nèi)層撥號盤102的重復(fù)下按來識別組合數(shù)字的順序輸入。CPU380使電流作用于插銷電機(jī)201以便轉(zhuǎn)動電機(jī)凸輪205。在洞孔213C內(nèi)，電機(jī)凸輪205在彈簧212的推動下，在鎖控制桿213上旋轉(zhuǎn)。當(dāng)鎖控制桿213逆時針旋轉(zhuǎn)時，鍵213K咬合驅(qū)動凸輪中的槽口。因此，當(dāng)用戶順時針轉(zhuǎn)動內(nèi)層撥號盤102時(這將轉(zhuǎn)換為圖2所示的逆時針運(yùn)動)，在鎖控制桿213將插銷215拉入鎖盒214時，插銷被縮回。
為了在解鎖后再鎖上，將導(dǎo)致以下的動作。圖1中的內(nèi)層撥號盤逆時針轉(zhuǎn)動，對應(yīng)圖2中的順時針運(yùn)動。由于鍵213K(圖5)和驅(qū)動凸輪218(圖4)中的槽218SL咬合，插銷215移向其上鎖(伸展)位置。當(dāng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)動內(nèi)層撥號盤時，由于鍵213K的圓形，鍵213K被推出驅(qū)動凸輪的槽218SL。在鎖控制桿從驅(qū)動凸輪脫開后，驅(qū)動凸輪邊上的標(biāo)志218T(圖4)咬合鏈接鍵211K(圖2)。對內(nèi)層撥號盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動使得滑鏈211連續(xù)運(yùn)動以咬合電機(jī)凸輪205并使之順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)它順時針轉(zhuǎn)動時，電機(jī)凸輪205提升鎖控制桿213，使鍵213K不能再咬合驅(qū)動凸輪218中的槽218SL。因此，為了使內(nèi)層撥號盤(以及驅(qū)動凸輪)再次將插銷移入鎖盒，必須再撥入正確的組合碼。
當(dāng)插銷215在其鎖位置中延伸時，就不能移回鎖盒214中，這是由于鎖控制桿213的位置所造成的。由于電機(jī)凸輪205將鎖控制桿順時針轉(zhuǎn)動(如圖2和圖5B所示)進(jìn)入某個位置，使之離開驅(qū)動凸輪218中的槽218SL，并且對著鎖盒中的停止表面214SS。如果直接將力作用到插銷215，企圖迫使其進(jìn)入鎖盒214，則由于停止表面214SS的位置而阻止控制桿213和插銷215的移動。
熟悉這一技術(shù)的人都知道在輸入正確的組合碼之后，電機(jī)移動電機(jī)凸輪將會很快地把存儲在V-UNLOCK中的電荷用完。而V-UNLOCK和V-DCSUPP通常比允許用戶縮回插銷所需的時間要持續(xù)得長得多。當(dāng)沒有足夠長的時間通過連續(xù)鎖開始之內(nèi)時，為各種電子元件提供電源的電壓V-DCSUPP還有足夠高的電平使鎖能操作。然而，在這種情況下，V-UNLOCK中沒有足夠的電荷。為此，使用一個獨(dú)立的檢測信號來監(jiān)控V-DCSUPP和V-UNLOCK的振幅，以保證正確的啟動操作。
這種監(jiān)控特征由“超時”特征補(bǔ)充如下。
根據(jù)最佳實施例，在CPU使插銷電機(jī)201逆時針轉(zhuǎn)動鎖控制桿213以咬合驅(qū)動凸輪218之后，軟件中建立的“開始時間窗口”最好約為20秒。在這一窗口期間，通過轉(zhuǎn)動內(nèi)層撥號盤必須縮回插銷。如果內(nèi)層撥號盤不能采用打開該鎖所要求的方法正確轉(zhuǎn)動，窗口結(jié)束，電機(jī)將電機(jī)凸輪205轉(zhuǎn)到鎖控制桿213，并且必須再次撥入正確的組合碼來縮回插銷。
為了取得這種“超時”特征，電互鎖開關(guān)203B檢測鎖插銷是否已經(jīng)在鎖盒214中縮回了一段足夠的距離。如果鎖插銷215還沒有縮回，開關(guān)將不改變在時間窗口內(nèi)的狀態(tài)。因此，CPU倒轉(zhuǎn)電機(jī)的方向并轉(zhuǎn)動電機(jī)凸輪205使之將鎖控制桿移動離開驅(qū)動凸輪。在這一位置上，鎖控制桿如圖2所示那樣順時針轉(zhuǎn)動，不能咬合驅(qū)動凸輪218，直到輸入了正確的組合碼。
圖4更詳細(xì)地介紹驅(qū)動凸輪218及其槽218SL和標(biāo)志218T。槽218SL用于咬合鎖控制桿2B上的鍵213K。標(biāo)志218T用于咬合滑鏈鍵211K。電子組合鎖中的這些元件的目的和功能如上所述。
圖5(和圖4沒有精確的比例關(guān)系)更詳細(xì)地介紹鎖控制桿的部件，包括如下槽213SL用于接收滑鏈211；鍵213K用于咬合驅(qū)動凸輪218；洞孔213C，插銷電機(jī)驅(qū)動凸輪205在其中操作；以及樞軸孔213H，鎖控制桿繞其轉(zhuǎn)動，該孔固定了控制桿螺絲224，該螺絲還穿入插銷215中對應(yīng)的孔。
圖5A和圖5B分別表示在非鎖(咬合)位置和鎖(松開)位置中鎖控制桿213和電機(jī)凸輪205的相對位置，正如上面所重復(fù)引用的那樣。
現(xiàn)在參考圖6，該圖是電子組合鎖的操作流程圖。為簡單起見，本說明書中的流程圖忽略了熟悉這一技術(shù)的人認(rèn)為是存在和必需的不重要的記錄式的任務(wù)。例如，索引(計數(shù))變量沒有明確地表示為初始化的或增量式的，因為對本發(fā)明的描述不要求對這種初始化的具體說明和描述，對于那些熟悉這一技術(shù)的人對本發(fā)明的使用也不要求這些。熟悉這一技術(shù)的人很容易就能正確地初始化和增加這些索引變量，而不需要過多的經(jīng)驗。
圖6所介紹的方法在CPU380(圖3)中可用軟件或固件實現(xiàn)。最好把軟件或固件嵌入CPU中的只讀存儲器(ROM)中。采用熟悉這一技術(shù)的人都認(rèn)可的方法和市面上能得到的CPU，通過適當(dāng)?shù)牡刂?、?shù)據(jù)和控制總線將ROM和處理器連接。因為CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)實施對將要提出權(quán)利要求的本發(fā)明并不重要，而且也因為這種結(jié)構(gòu)對于熟悉這種技術(shù)的人來說很容易就能實施或在市場上得到，因此這里不做進(jìn)一步的介紹。
參考圖6，用戶轉(zhuǎn)動外層撥號盤101(圖1)以便為電子元件提供電源。模塊600中表示的該過程利用圖3A所示的電路實現(xiàn)。
此后，正如模塊602所示，CPU讓顯示器元件顯示一個索引數(shù)，該數(shù)表示以前已經(jīng)開鎖的次數(shù)。這一特征的作用是把非法開鎖的信息通知用戶。例如，如果在星期五下午，某個銀行的職員開鎖時看到顯示的“47”，但在此后的星期一早晨打開鎖時看到顯示數(shù)字“49”(而不是他所期望的“48”)，他就會知道周末時已經(jīng)有另一人開了鎖。
在這些預(yù)備步驟600和602之后，控制轉(zhuǎn)入一個循環(huán)，循環(huán)的第一個功能塊為模塊610。
在模塊610中，CPU監(jiān)控內(nèi)層撥號盤的移動。這是通過接收來自脈沖形成器371A和觸發(fā)器375(圖3B)的信號來實現(xiàn)的，如上所述。
根據(jù)所監(jiān)視到的內(nèi)層撥號盤的移動和位置，CPU改變顯示器312，為操作提供可視的反饋信息；他對內(nèi)層撥號盤的轉(zhuǎn)動正在被識別。顯示器的這種更新變化反映在模塊612中。
決策模塊614使控制進(jìn)入分支，根據(jù)內(nèi)層撥號盤是否已經(jīng)被操作員按下來決定。由傳感器開關(guān)203A(圖3)對此進(jìn)行檢測。如果內(nèi)層撥號盤還沒有被轉(zhuǎn)動，控制返回模塊610以便繼續(xù)監(jiān)視內(nèi)層撥號盤的位置和移動情況。然而，如果CPU檢測到撥號開關(guān)203A關(guān)閉，控制轉(zhuǎn)入模塊616。
在模塊616中，CPU識別目前輸出到顯示元件312的數(shù)字為操作員認(rèn)為是組合碼的一部分的數(shù)字。CPU將該數(shù)字存儲在RAM中，以便和先前已經(jīng)存在非易失性存儲器中的特定組合碼的程序化組合相比較。
然后控制進(jìn)入判別模塊620。在判別模塊620中，CPU確定已經(jīng)按下?lián)芴柋P的全部次數(shù)是否和組合碼中數(shù)字的數(shù)量相同。組合碼中一般用三位數(shù)字。
如果已經(jīng)輸入的數(shù)字個數(shù)少于組合碼中數(shù)字的總數(shù)，則控制進(jìn)入模塊622。在模塊622中，CPU讓顯示元件312立即顯示另一個數(shù)字，在最佳實施例中，該數(shù)字不同于操作員所造的數(shù)字。然后，控制回到模塊612，在該模塊中，CPU監(jiān)視內(nèi)層撥號盤的位置和移動情況。
更具體說，在模塊622中，CPU執(zhí)行顯示不同數(shù)字的算法?；旧险f，該最佳算法顯示非隨機(jī)偏移數(shù)，該數(shù)字完全不同于所選的數(shù)字，以便對那些窺視操作多的人隱蔽所選的數(shù)字。這種特征也具有挫改自動撥號機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。
再參看圖6，如果判別模塊620確認(rèn)已經(jīng)輸入了三種選擇，控制轉(zhuǎn)入判別模塊624。在模塊624中，CPU將可預(yù)先組合碼中的數(shù)字和操作員已輸入的所選數(shù)字系列相比較。如果所選的數(shù)字系列不能和某個適當(dāng)?shù)慕M合碼相匹配，控制轉(zhuǎn)入模塊626。
在模塊626中，CPU將數(shù)字顯示變?yōu)榭瞻撞⑶易岋@示元件312A在某個給定的周期(例如20秒)內(nèi)顯示一個箭頭，即使已經(jīng)輸入的是正確的組合碼。然而，從這時開始，CPU認(rèn)為鎖裝置正處于鎖648所指示的“鎖”狀態(tài)。20秒鐘之后，整個顯示器被置為空白且鎖裝置不能打開。
然而，如果判別模塊624確認(rèn)所選數(shù)字系列區(qū)配某個組合碼，控制將轉(zhuǎn)到模塊628。這時，一個20秒的計時器被激活。20秒計時器定義20秒的時間窗口，用于如下所介紹的目的。
這時，已知輸入了一個正確的組合碼。所以，模塊630反映了CPU對電機(jī)的激活過程(圖3)。CPU380使電機(jī)201(圖2)轉(zhuǎn)動電機(jī)凸輪205(圖2和圖5A)，允許鎖控制桿213咬合驅(qū)動凸輪218。然后，控制轉(zhuǎn)到模塊632。
在模塊632中，CPU從顯示元件312中清除數(shù)字顯示，但對用戶顯示箭頭312A。箭頭指示用戶順時針轉(zhuǎn)動內(nèi)層撥號盤以求機(jī)械式地打開鎖裝置。然后再把控制轉(zhuǎn)到判定模塊634。
在模塊634中，CPU確定插銷縮回檢測開關(guān)203B是否已經(jīng)改變狀態(tài)，說明插銷215(圖2)的確已經(jīng)縮回。如果插銷還沒有縮回，控制傳到判定模塊640。
在判定模塊640中，CPU判定始于模塊628的20秒時間周期是否已經(jīng)到期。如果該時間周期還沒有用完，控制轉(zhuǎn)到模塊632，重復(fù)執(zhí)行檢測插鎖縮回檢測開關(guān)狀態(tài)的循環(huán)過程。當(dāng)插銷已經(jīng)縮回鎖盒時，控制從判定模塊634轉(zhuǎn)入模塊635。
這時，反映該鎖已經(jīng)被打開的次數(shù)的索引值增加。該索引值被保存供后面的模塊602使用。該數(shù)值最好有視在非易失性的存儲器中，例如駐留在CPU內(nèi)部的電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)中，因此，該數(shù)值將在鎖被打開的機(jī)會之間的整個時間周期內(nèi)被保留。
此后，在模塊636中，顯示器立即被全部置為空白顯示，而且CPU認(rèn)為該鎖裝置將處于“非鎖”狀態(tài)，如模塊638所示的那樣。
返回到判定模塊640的討論，如果20秒的時間窗口已經(jīng)到期，控制將從判定模塊640轉(zhuǎn)入模塊642。在模塊642中，電機(jī)凸輪被轉(zhuǎn)動以便轉(zhuǎn)動鎖控制桿213使之離開驅(qū)動凸輪218，如圖5B所示。這將防止鎖被打開，即使驅(qū)動凸輪218被轉(zhuǎn)動。為了打開該鎖裝置，必須再次輸入正確的組合碼。
在把鎖控制桿移動離開驅(qū)動凸輪之后，顯示被清為空白，如模塊644所示。CPU認(rèn)為鎖裝置處于“鎖”狀態(tài)，如模塊648所示。
在最佳實施例中，如果在執(zhí)行圖6的過程期間的任何時刻，在連續(xù)的步驟之間超出20秒的周期，CPU將清除顯示屏幕，而且整個處理過程必須從模塊600開始。圖6中沒有具體表現(xiàn)這種不測事件，目的是為了使圖6盡可能清楚。只需上面的介紹，尤其是和圖3A和3B有關(guān)的介紹，熟悉這種技術(shù)的人無需過多的經(jīng)驗，就能很方便地實現(xiàn)這種特征。所以，這里將不進(jìn)一步討論實現(xiàn)該特征所需的具體軟件和固件。
現(xiàn)在參看圖7，該圖用流程圖的形式說明本發(fā)明的“鎖存”特征。
參考圖7，從圖6中拷貝判定模塊624、顯示模塊626和被鎖(LOCKED)狀態(tài)模塊648。在模塊626后面插入的是計數(shù)增量模塊700和判定模塊710。
在判定模塊710中，CPU確認(rèn)輸入的連續(xù)的不正確組合碼的數(shù)目是否已經(jīng)達(dá)到了某個數(shù)字，例如5。如果連續(xù)輸入的不正確組合碼少于5個，控制將采用圖6所述的相同方式進(jìn)入塊648。
然而，如果用戶已經(jīng)輸入5個連續(xù)的不正確組合碼，系統(tǒng)進(jìn)入“鎖存”狀態(tài)。簡單地說，鎖存狀態(tài)將使任何人無法開鎖，即使具有圖6中所處理的“正確的”三位組合碼。為了在鎖存狀態(tài)中開鎖，用戶必須輸入“越權(quán)”組合碼。在最佳實施例中，越權(quán)組合碼為6位數(shù)字，可對比圖6中所處理的上述3位組合碼。
再參考圖7，進(jìn)入鎖存狀態(tài)，控制轉(zhuǎn)入模塊720。
在模塊720中，“輸入數(shù)目”參數(shù)，用于在模塊620(圖6)中比較，從3位改為6位。更一般來說，模塊720表示“輸入數(shù)目”參數(shù)從“正常方式”組合碼中數(shù)字的個數(shù)變?yōu)樵谠綑?quán)組合碼中數(shù)字的個數(shù)。
應(yīng)該這樣理解，模塊720可以用各種方法來實現(xiàn)。例如，可以選擇越權(quán)組合碼為正常方式組合碼的數(shù)學(xué)變量。這種越權(quán)組合碼的選擇便于用戶記住越權(quán)組合碼，而減少了必須存在非易失性存儲器中各個組合碼的數(shù)目。
在模塊720之后，控制轉(zhuǎn)到圖6的頂部。系統(tǒng)響應(yīng)作為圖6所述的方式，除了模塊620和624中的執(zhí)行的比較過程用圖7的模塊720所代替之外。
當(dāng)輸入正確的越權(quán)組合碼時，正如模塊624中所識別的那樣，系統(tǒng)退出鎖存模式并重新進(jìn)入正常模式?？刂妻D(zhuǎn)入模塊740。模塊740實現(xiàn)的操作正好和模塊720的操作相反。具體來說，“輸入數(shù)”參數(shù)致回為了。在以后使用時，將處于正常模式，電源打開。
圖8說明圖1中的幾個元件。圖8中的元件，不一定按相同的規(guī)格說明，說明了最佳實施例的防竄改特征。
參看圖8，說明內(nèi)層撥號盤102的支承保持組件106。支承/保持組件裝在撥號環(huán)107中心的圓筒形部分中。
同樣，用多個支承/保持組件105來承受和固定外層撥號盤101。
更詳細(xì)地說，支承/保持組件106帶有三個內(nèi)層接頭，相互之間為偏移120度，這里只圖示其中的兩個接頭862和864。每個內(nèi)部接頭帶有一個可彎曲的舌狀元件，其中的一個表示為元件866。當(dāng)內(nèi)層撥號盤102插入支承/保持組件106中時，舌片866向外退讓，讓內(nèi)層撥號盤102的較低部分通過。當(dāng)內(nèi)層撥號盤102完全插入組件106時，接頭862和864猛然咬入碾磨槽820，該槽具有約為撥號盤102被插入部分的周長。這樣，在內(nèi)層撥號盤102被插入其支承/保持組件106之后，就不能移動，這是由于862，864和槽820的鎖作用。
圖8中還介紹了三個外層接頭860中的一個，該接頭位于軸承/固定元件106的外部表面之上。接頭860具有自己的舌片，并且當(dāng)被插入撥號環(huán)107的空圓筒形部分時也退讓。當(dāng)支承/保持元件106完全插入撥號環(huán)107中時，接頭860固定在撥號環(huán)107的環(huán)形槽868之中。這樣，支承/保持元件106不留下移動的物理證據(jù)，就不能移出撥號環(huán)107。
元件860的三個接頭與元件862和864這種接頭偏移60度。因此，支承/保持元件106帶有兩種類型的6個退讓舌片，以替換的模式安排在圓周上。
外層撥號盤采用下面的方法固定。支承/保持組件105，圖1所示的是三個這樣的組件中的一個示例，帶有舌片856，其終端又有一個鉤形結(jié)構(gòu)850。當(dāng)外層撥號盤101下降到位時，舌片856退讓，直到鉤形結(jié)構(gòu)850咬合外層撥號盤圓周上的一個環(huán)形槽810。外層撥號盤因此咬合到位，并且可以帶著環(huán)形槽810中多個支承/保持元件105的鉤形元件850自由轉(zhuǎn)動。
支承/保持組件105具有承受面852，支撐在外層撥號盤底面上的環(huán)形面814。另外，支承/保持結(jié)構(gòu)105具有一個輕微凹陷的表面754，在槽810上面匹配外層撥號盤上的凸出圓周表面812。在這樣的配置中，例如元件105這樣的支承/保持組件能保證外層撥號盤旋轉(zhuǎn)時保持在位。
外層撥號盤有一個孔818，通過該孔，可固定內(nèi)部撥號盤102的旋鈕部分?？?18邊上的底部有一個環(huán)形的表面816，鄰接內(nèi)部撥號盤102頂面上對應(yīng)的環(huán)形面822。表面822的徑向延伸大于孔818的，因此，如果不損壞或移動外層撥號盤101，就不能移去內(nèi)層撥號盤102。
在裝配期間，元件105和106被固定在撥號環(huán)107上。然后將內(nèi)部撥號盤102咬合到位。最后再讓外層撥號盤咬合到位。
利用這種裝置，如果不發(fā)生物理上的明顯損壞，既不能移去外層撥號盤101，也不能移去內(nèi)部撥號盤102。具有復(fù)雜的選擇組合碼數(shù)字的功能的內(nèi)部撥號盤受到進(jìn)一步的保護(hù)，不僅受到接頭一槽裝置的保護(hù)，而且實際上也受到了外層撥號盤101的保護(hù)。
使用本發(fā)明能帶來各種優(yōu)點(diǎn)。所列舉的優(yōu)點(diǎn)尤其是在這里所提到的當(dāng)然不局限于附在后面的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是具有通過撥內(nèi)部撥號盤102讓用戶輸入組合碼數(shù)字的功能。在組合碼數(shù)字輸入之間，用戶可以在不同方向上撥號。取決于所選擇軟件的設(shè)計，在進(jìn)入下一個組合數(shù)字之前，撥號盤可以被轉(zhuǎn)動任何給定的次數(shù)。軟件可以設(shè)計為在下一數(shù)字被識別為正確輸入之前，限定撥號的次數(shù)。例如，當(dāng)撥號盤在一個方向上轉(zhuǎn)動，輸入的正確數(shù)字不止一個之后，軟件識別輸入的數(shù)字。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是使用被動式磁傳感器來檢測內(nèi)部撥號盤的位置和方向。被動式磁傳感器以Wiegand元件靠近磁轉(zhuǎn)子的形式，允許CPU計數(shù)撥號盤的轉(zhuǎn)數(shù)。這種裝置既簡單又很可靠，因為對位置的直接測量不需要任何電源，在任何時候，對操作員選擇數(shù)字的識別既不取決于CPU所顯示的數(shù)字，也不直接取決于磁轉(zhuǎn)子的任何被檢測位置，因此消除了假輸入。
此外，本發(fā)明的插銷是用機(jī)械元件直接縮回和伸展的，不要求電源或復(fù)雜和容易失敗的齒輪裝置，而這在現(xiàn)有的技術(shù)中一般都采用。
此外，本發(fā)明采用超時周期，例如20秒，控制上述的各種操作，提供附加的安全特征。
另外，使用雙撥號盤，一個用來發(fā)電，另一個用來選擇并輸入組合碼的數(shù)字，這在現(xiàn)有的系統(tǒng)中還沒有。
當(dāng)然，本發(fā)明的新穎性和非顯而易見性并不局限于在這里所介紹的特征。此外，可以對本發(fā)明上述實施例進(jìn)行修改和變化，根據(jù)上述的原理，熟悉這種技術(shù)的人都能做到。例如，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，熟悉這一技術(shù)的人可采用不同的電器件、不同的配置方案，對所述處理作不同的實施處理。所以，應(yīng)該理解在后面的權(quán)利要求書及其等同物中，本發(fā)明可以采用不同于上述方式的其它方式實施。
權(quán)利要求
1.一種組合鎖控制裝置，該裝置包括用于當(dāng)提供電源時識別組合碼并允許開鎖的裝置；用于為識別裝置存儲和提供電源的裝置；在鎖裝置外面能接觸的第一控制結(jié)構(gòu)，用戶可移動該結(jié)構(gòu)為存儲裝置提供電源；以及在鎖裝置外面可接觸的第二控制結(jié)構(gòu)，用戶可獨(dú)立于第一控制結(jié)構(gòu)移動比確定組合碼。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中第一控制結(jié)構(gòu)和第二控制結(jié)構(gòu)為同軸撥號盤。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中第一和第二控制結(jié)構(gòu)繞著實際上共用的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
4.權(quán)利要求3的裝置，其中第一控制結(jié)構(gòu)為在其中心位置有一個空間的旋轉(zhuǎn)環(huán)撥號盤；第二控制結(jié)構(gòu)是固定在第一結(jié)構(gòu)中的空間里的一個撥號盤；以及第一控制結(jié)構(gòu)和第二控制結(jié)構(gòu)是可分別獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的。
5.權(quán)利要求1的裝置，其中，識別裝置帶有微處理器，微處理器包括用于接收來自第二控制結(jié)構(gòu)的信號的裝置；以及用于響應(yīng)來自第二控制結(jié)構(gòu)的信號而控制顯示組合碼一部分的裝置。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中該裝置進(jìn)一步包括至少一個由第一控制結(jié)構(gòu)的移動所控制的發(fā)電機(jī)；存儲裝置包括至少一個電容器，用于存放由至少一臺發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流所產(chǎn)生的電荷；以及由存儲電荷供電的識別裝置。
7.支承和保持至少一個從外部可接觸的組合鎖上的可旋轉(zhuǎn)撥號盤的裝置，該裝置包括支撐結(jié)構(gòu)；可旋轉(zhuǎn)撥號盤；以及整體的支承/保持組件，裝在第一個支撐結(jié)構(gòu)或撥號盤上，該組件包括咬合在第二支撐結(jié)構(gòu)或撥號盤中的夾子，使得在沒有明顯損壞槽子的情況下，該夾子不能從其咬合狀態(tài)中移開。
8.權(quán)利要求7的裝置，其中，組件的彈夾采用頁片彈簧的形式，使壓力離開對著槽的支承/保持組件，這樣就能保證支承/保持組件在槽中。
9.權(quán)利要求8的裝置，其中，槽具有一個隆起的部分，咬合彈夾，因此能保證彈夾留在槽中。
10.鎖中的一種裝置，包括電機(jī)；電機(jī)凸輪，直接響應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動；插銷，能伸出和縮回鎖中；以及鎖控制桿，有效地連接到插銷上，由電機(jī)凸輪直接接觸，并且直接響應(yīng)電機(jī)凸輪以使移動進(jìn)出“接合”位置，在該位置中的插銷可從鎖中伸出或縮回。
11.權(quán)利要求10的裝置，進(jìn)一步包括外部可接觸的撥號盤以便用戶操作；以及驅(qū)動凸輪，直接響應(yīng)撥號盤的運(yùn)動，這樣，鎖控制桿可直接響應(yīng)電機(jī)凸輪的運(yùn)動而咬合或松開，因此，當(dāng)鎖控制桿在咬合位置時，用戶可以機(jī)械式地縮回插銷。
12.鎖中的一種裝置，包括a)能夠從鎖中伸出或縮回鎖中的插銷；b)輸入組合碼的裝置；以及c)控制裝置包括1)將輸入組合碼和至少一個正確的組合碼進(jìn)行比較并確定它們之間的一種匹配；2)在確定匹配之后形成時間窗口的裝置；以及3)使插銷僅能在時間窗口期間縮回的裝置。
13.權(quán)利要求12的裝置，其中的使能裝置包括相對于插銷縮回機(jī)制，在“咬合”和“松開”位置之間移動鎖控制桿的裝置。
14.權(quán)利要求13的裝置，其中的控制裝置包括一個微處理器，響應(yīng)編碼的指令，監(jiān)控時間窗口并激活電機(jī)，使鎖控制桿響應(yīng)在其咬合和松開位置之間的移動。
15.權(quán)利要求14的裝置進(jìn)一步包括電機(jī)凸輪，直接連接并整體隨電機(jī)的轉(zhuǎn)動而移動，電機(jī)凸輪直接咬合鎖控制桿，以便在其咬合和松開位置之間移動鎖控制桿。
16.一種自供電鎖裝置，包括a)能夠從鎖中伸出和縮回的插銷；b)響應(yīng)輸入的正確組合碼，使插銷能縮回鎖中的裝置，使能裝置具有1)“咬合”位置，在該位置上，插銷可縮回鎖中；以及2)“松開”位置，在該位置上，插銷不能縮回鎖中；c)在鎖中存放能量，用于鎖的某些部件操作的裝置；d)監(jiān)控存儲裝置能量水平的裝置；以及e)響應(yīng)監(jiān)控裝置的裝置，如果被監(jiān)控的能量水平低于給定的能量閾值，防止使能裝置從其“松開”位置移動到其“咬合”位置；其中，給定能量閾值大于或等于在預(yù)定的時間周期之后，實際移動使能裝置從其“咬合”位置到“松開”位置所需的能量數(shù)量。
17.權(quán)利要求16的裝置，其中使能裝置包括鎖控制桿，有選擇地定位于插銷和縮回插銷的機(jī)制之間；鎖控制桿的咬合位置是這樣一個位置，在該位置中，縮回機(jī)制和插銷連接；并且鎖控制桿的松開位置使縮回機(jī)制和插銷不連接。
18.權(quán)利要求17的裝置，其中的縮回機(jī)構(gòu)包括外部可接觸的撥號盤，當(dāng)使能裝置在其咬合位置時，撥號盤連接使能裝置。
19.自供電鎖裝置，包括可移動撥號盤，用戶可從外部選擇輸入組合碼；產(chǎn)生和存儲能量的裝置；磁化元件，隨撥號盤的運(yùn)動而移動；Wiegand傳感器裝置，基于Wiegand效應(yīng)操作，相對磁化元件放置以便產(chǎn)生表示磁化元件移動的信號；以及控制裝置，由來自存儲裝置中的能量供電，用于解釋來自Wiegand傳感器的信號并控制鎖的操作。
20.權(quán)得要求19的鎖裝置，其中磁化元件是一個磁轉(zhuǎn)子，隨撥號盤的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，磁轉(zhuǎn)子至少有一對N-S極；并且Wiegand傳感器相對于磁轉(zhuǎn)子放置，以便從至少一個N-S極中檢測磁場。
21.權(quán)利要求20的鎖裝置，其中的控制裝置進(jìn)一步包括解釋來自Wiegand傳感器的信號并由此確定撥號盤運(yùn)動方向的裝置。
22.能在以下模式中工作的組合鎖(1)正常模式，在這種模式中，至少一個第一組合碼允許該鎖被打開，以及(2)鎖存模式，在這種模式中，至少一個第二組合碼允許該鎖被打開，其中，至少一個第一組合碼不同于至少一個第二組合碼，該鎖裝置包括接收輸入組合碼的裝置；將輸入組合碼和至少一個第一組合碼比較的裝置；對不匹配某個有效的第一組合碼的連續(xù)輸入不正確輸入組合碼的數(shù)量計數(shù)的裝置；當(dāng)計數(shù)裝置確定已經(jīng)遇到某個給定閾值數(shù)目的連續(xù)輸入不正確組合碼時，能響應(yīng)計數(shù)裝置，將鎖的操作模式改為越權(quán)模式的裝置。
23.權(quán)利要求22的組合鎖，其中至少一個第一組合碼在長度上短于至少一個第二組合碼。
24.權(quán)利要求22的鎖裝置，其中比較、計數(shù)和改變裝置包括一個微處理器，執(zhí)行指令代碼，將輸入組合碼和第一及第二組合碼進(jìn)行比較；并且組合鎖進(jìn)一步包括至少一個實質(zhì)上非易失性存儲器設(shè)備，用于存儲組合碼。
全文摘要
自供電電子組合鎖的用戶轉(zhuǎn)動外層撥號盤(101)使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量，存放在電容器組中。然后，用戶再轉(zhuǎn)動內(nèi)層撥號盤(102)使微處理器順序顯示數(shù)字的組合碼，并按壓內(nèi)層撥號盤(102)選擇某個被顯示的數(shù)字。微控制器通過接收來自放在和內(nèi)層撥號盤整體轉(zhuǎn)動的磁化盤附近的Wiegand傳感器的信號確定內(nèi)層撥號盤運(yùn)動的方向和程度，并因此控制在LCD顯示器上的數(shù)字顯示。當(dāng)微控制器確定已經(jīng)輸入一個正確的組合碼時，激活電機(jī)(201)，電機(jī)驅(qū)動電機(jī)凸輪(205)，直接作用在鎖控制桿(213)上，因此該鎖控制桿被咬合整體連接內(nèi)層撥號盤的驅(qū)動凸輪(218)，允許內(nèi)層撥號盤縮回鎖的插銷。
文檔編號E05B49/00GK1136835SQ9419438
公開日1996年11月27日 申請日期1994年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月29日
發(fā)明者米切爾·R·克拉克, 格里高利·C·雷恩哈特, 加利·R·穆夫里, 約瑟夫·M·萊米尼奇, 戴維德·R·貝爾, 克里斯汀·F·瑪斯卡洛 申請人:石金青葉公司