遙控門鎖系統和方法

專利名稱：遙控門鎖系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及門鎖系統，并且更具體地涉及無線遙控門鎖系統。
還有其他類型的無線遙控門操作系統。例如，遙控類型的車庫開門裝置。這些系統包括與開門電動機連接的無線接收器。遙控單元(通常是手持式)發出編碼射頻(r.f.)信號，以使得車庫門打開和關斷。
雖然這些現有技術系統方便和有效，它們不能很好用于居民住宅和商業建筑中的傳統的門。這是因為通常的門不包括電源，并且僅提供非常小的區域以供可以安置接收器、致動機構和控制電路。通常，從實用的觀點看，整個遙控鎖系統必須包含在鎖組件外殼中。
上述無線遙控汽車鎖系統和無線電遙控車庫門系統通常不受電源和尺寸約束。在汽車鎖系統的情況下，遙控無線發射器可以置于汽車的非乘客區域中的許多地方。此外，由較大的鉛酸電池向汽車鎖系統供電，從電池中吸取相對小的功率。利用無線遙控車庫開門裝置，電源是通常的家用交流電，并且接收器可以置于任何方便的位置，例如沿墻壁或接近車庫的天花板。因此，汽車門和車庫門技術領域中的無線遙控系統不能解決要求低功耗和緊湊空間的問題。
在現有技術中已經有許多創建遙控門鎖系統的嘗試。例如，Kenneth等人的美國專利No.4,907,429，提出了帶有螺旋線圈的用于遠距離鎖住和接通門的遙控門鎖裝置。另外，在Alexander的美國專利No.5,678,436中，提供了一種遙控門鎖系統，用于遠距離開啟或鎖住一鎖舌。在Alexander的裝置中，使用電動機來在開啟和關斷位置之間移動鎖舌。
雖然存在許多公開的現有技術遙控門鎖系統，它們都不能充分地解決功耗問題。由于鎖定機構的外形尺寸必須相當小，實際設計需要相當小的電池，例如AA號的電池。但是，適當數目，例如四個AA號電池不能提供足夠的動力以在足夠的時間內操作這些現有技術系統。
對于遙控門鎖系統來說是一個非常需要的特征在于，具有一個或多個發光二極管(LED)顯示器，以指示鎖的狀態。但是，LED電功耗大。例如，單個LED的連續點亮會消耗大多數遙控門鎖系統的預定總功率的大部分。也就是說，當然不能接受的原因是鎖的致動機構(例如螺旋線圈、電動機等)和電子控制器也需要相當的功率。
Check的美國專利No.4,866,430提出了低電壓LED驅動電路，其使用與非穩態多諧振蕩器結合的小量級電感器來提供足夠的電壓，以點亮來自電源電壓源的LED，該電源電壓小于LED的標準操作電壓。通過使用與小量級電感器結合的多諧振蕩器的高脈沖速率，使得LED以一定的速率接通和關斷，由此對于人眼呈現為連續點亮。
雖然Check電路在利用減少的電流值點亮LED方面是有益處的，但它是相當復雜的電路，主要是因為電路元件需要非穩態多諧振蕩器。也就是說，非穩態多諧振蕩器需要，(最少)兩個晶體管和一些無源配套元件。這種元件數量的提高增加電路成本并且降低每個電路元件的效率，使其小于理想狀態，消耗一部分對于系統有用的能量。
更具體地，根據本發明的遙控門鎖系統包括射頻發射器，用于發射編碼序列；電池供電的控制器，包括接收編碼序列的射頻接收器；和鎖定機構，包括致動機構和與致動機構連接的門閂。控制器在“喚醒”模式期間對編碼序列進行解碼，并且如果編碼序列是正確的形成致動信號。控制器還具有“休眠”模式，其與喚醒模式交替以降低總功耗。
本發明的遙控系統包括射頻發射器，用于發射編碼序列；電池供電的控制器，包括接收編碼序列的射頻接收器；和LED指示器。盡管所儲存的能量使得其可以在休眠模式期間點亮，但僅在控制器的喚醒模式期間激勵LED指示器。此外，在喚醒模式期間控制器可以對編碼序列進行解碼，并且如果編碼序列是正確的形成致動信號。控制器的休眠模式與喚醒模式相互交替，其中在休眠模式期間從電池吸取減少的電流。
根據本發明的接收編碼數據的方法包括產生中斷，從休眠模式進入喚醒模式；接收中斷計數值；當計數值達到啟動值時，啟動無線接收器；監測無線接收器接收編碼數據；對編碼數據進行解碼；將所解碼的編碼數據與廠家的密匙數據進行比較；如果所解碼的編碼數據是正確的密匙，提供輸出信號；并且重新進入休眠模式。最好在重新進入休眠模式之前，關斷無線接收器以減小功耗。
本發明的低功率LED驅動電路包括脈沖發生器，用于產生一系列脈沖；和逆向(flyback)電路，其包括具有第一節點、第二節點和控制節點的晶體管。將晶體管的控制節點連接到脈沖發生器以接收系列脈沖，并且通過并聯連接的電感器和LED將第一節點連接到第一電位。將第二節點連接到第二電位。脈沖發生器與逆向電路結合在一起提供一種視覺LED連續點亮，其時從電池中吸取相對少的功率。
通過閱讀下文的詳細描述并且研究各附圖，將使得本發明的這些和其他優點變得更清楚。
在

圖1中，根據本發明的遙控門鎖系統10包括射頻(r.f.)發射器12，用于向控制器16發射編碼序列14。控制器16由電池18供電，和包括r.f.接收器20。遙控門鎖系統10還包括鎖定機構22，其具有致動機構(例如，小電動機)24和通過驅動機構28連接到致動機構24的門閂26。鎖定機構最好還包括許多開關30，并且最好由用于向控制器16供電的同一電池18供電。以Armstrong的名義在1998年1月5日申請的待審查的美國專利中請No.09/002,821公開了合適的鎖定機構22，這里引用可供參考。
通常最好將控制器16、電池18、和鎖定機構22大部分封閉在如虛線32′所示的同一個外殼32內。外殼32固定在門34的一側。可以使用可旋轉的旋鈕36來如箭頭38所示手動地伸出和收回門閂26。此外，通過利用r.f.發射器12使得本發明的遙控系統用于遙控伸出和收回門閂26。為了充分論述，最好在外殼32中提供內部LED40。
圖1A是沿圖1的剖面線1A-1A所取的剖面圖。在該圖中，外殼32表示為固定在門34的內側部分42。門閂36能夠穿過固定在門34邊緣46的門閂板44伸長。外部鎖外殼48固定在門34的外部50上。本領域的技術人員會明白，通過將門閂26放置在門34邊緣46內形成的門閂孔54內，然后從相對的兩側組裝外殼32和48組裝成整個門鎖組件52。使用螺釘(沒有示出)穿過外殼32擰入外殼48，用以將門鎖組件52保持在一起。
圖1B是沿圖1A的剖面線1B-1B所取的剖面圖。外部鎖外殼48包括具有匙孔58的圓柱56。外部鎖外殼48最好還設有一對LED 60和62。本領域的技術人員會明白，外部鎖外殼48內的鎖組件是標準的、機械鎖定機構。
圖2是根據本發明的r.f.接收器12的示意圖。r.f.接收器12包括小型電池64，多個開關66、68、70和72，一對編碼器74和76，和“或”門78，和考畢茲振蕩器80。
電池64最好是在助聽器和電子表中所使用類型的小型6伏電池。開關66-72是簡單的、分別由圖1中的按鈕82-88動作的常開單刀單擲開關。編碼器74和76最好是從Microchip Technology,Inc.of Chandler,Arizona處購得的、商標為KeeLoqTM的控制器。更具體地，控制器74最好是MicrochipTechnology,Inc.的型號HCS360，并且控制器76最好是型號331920。
將兩個編碼器74用于本設計的原因在于，由于安全原因廠家密切保護它們的廠家編碼(其是密匙系統的一部分)。因此，如果發射器12是來自多個廠家的控制裝置，其中每一個具有它自己的秘密生產編碼，可以為每個廠家提供分別的編碼器。在這種情況下，假設按照第一廠家的編碼操作開鎖開關66、光開關68、以及鎖開關72，并且將它們連接到編碼器74的各種輸入端，當按照不同廠家的編碼操作車庫開關70時，因此其連接到編碼器76。編碼器74和76的輸出輸入到“或”門78，來為考畢茲振蕩器80提供“或”運算后的輸入。
通過“或”門78的輸出對考畢茲振蕩器80進行振幅(也就是，開/關)調制。也就是說，對編碼器74和76中的一個或另一個產生1和0的編碼序列，其將接通或關斷振蕩器80。利用環形天線90與兩個串聯電容器92和94的電感組和，最好將振蕩器的頻率設置為大約390兆赫。電阻器96穿過環形天線90為晶體管98提供偏置。
本發明的控制器16如圖3的方框圖所示。控制器16以微控制器100為基礎，其最好是從Microchip Technology,Inc.of Chandler,Arizona處購得的PICTM系列微控制器。優選PIC微控制器可以為從Microchip Technology,Inc.購得的產品號16L62-04微控制器。
102表示來自電池18的功率輸入，并且通過串聯的肖特基二極管104和電壓調節器106向微控制器100供電。還將鎖定機構22的開關30A、30B、和30C(共同稱為“開關30”)與微控制器100連接。在該圖中還可見外部LED 60和62以及內部LED 40。將串聯的EPROM 108與微處理器100連接，以儲存加密匙密、計數值等。另外，將聲音變換器110與微控制器100連接，以提供嘟嘟聲形式的聲音反饋，例如，用于指示錯誤狀態，或鎖或開鎖操作程序的完成。
通過隨后將更詳細描述的LED驅動器112將內部LED 40連接到微控制器100。應該注意的是，二極管40可以點亮到延長的一段時間，非常重要的是使其在盡可能低的功耗下點亮。例如，內部光在鎖定機構處于鎖定模式時在整個期間點亮。相反地，外部LED 60和62僅短暫點亮，以指示瞬間狀態和/或功能差錯，并因此不需要特別措施來減少它們的功耗。
控制器16還包括連接到電動機24的電機驅動器114。在這點上需要注意的是，現在所描述的本發明實施例使用電動機以在門閂上施加力，還可以利用其他形式的致動機構(例如電螺旋線圈)。因此，如在此所利用的，術語 “致動機構”是指供電式電換能器，其可以在門閂上直接或間接施加充分的力，導致其伸出或退回。
控制器16還包括r.f.接收器116。由于其低成本、低功耗、和快速的接通時間，優選的接收器是眾所周知的超再生接收器。通過可以傳輸編碼序列的數據線118、和可以用于接通或關斷接收器的電源線120將該接收器連接到微控制器100。
還與微控制器100連接的是低壓電池檢測器122和電壓監測器124。在本實施例中，當電壓Vprot下降到4.5伏以下時，低壓電池檢測器122的輸出126從高到低下降。這就使微控制器100內的軟件能檢測低壓電池的狀態，并相應地動作。當電壓Vdd下降到2.7伏時，電壓監測器124具有從高到低的輸出128。這造成微控制器100完全和直接停機，以防止錯誤數據寫入EEPROM 108。
控制器16還包括與微控制器的振蕩器輸入連接的RC電路130。在本實施例中，選擇電阻和電容以向微控制器100提供最大值大約為4兆赫的時鐘頻率。最好選擇3兆赫的頻率(加或減大約20％)。
在微控制器100的中斷點提供低功率的200赫振蕩器132。如隨后的更詳細描述，200赫振蕩器完成許多有用的功能。其一，當微控制器100從“休眠”狀態或模式到“喚醒”狀態或模式時，使用振蕩器132來拉制。也就是說，微控制器100(因此和控制器16的大部分)的大多數時間處于低功率或“休眠”狀態，并且偶爾將其“喚醒”到運行狀態，以執行必須的檢測、解碼、內務操作、以及其他功能。
必須注意的是，微控制器100通常包括用于中斷目的的其自己的振蕩器。但是，由于將其用于需要相當良好容差的某些定時功能，對于本發明重要的是具有穩定的、可重復的振蕩器。因此，在這種情況下使用更精確的外部振蕩器132。
在圖4中，以流程圖的形式表示用于接收編碼數據的程序134。值得注意的是，程序134最好是按照儲存在微控制器100內的程序指令的計算機執行操作。也就是說，微控制器100包括一些一次寫入的存儲器(例如EPROM)，和一些計算機執行程序134的隨機存取存儲器(RAM)。
程序134通常處于如在136所指示的空閑或“休眠”模式。但是，由振蕩器132每隔5毫秒中斷休眠模式。操作138決定LED 40是否應當接通。通常當鎖定組件處于鎖定位置時接通LED，因此住宅內的人可以一看就辨別門是處于接通或鎖定狀態。可以通過微控制器100從開關30C了解這種狀況(見圖3)。如果判斷應當接通LED，操作140向LED驅動器112發送12毫秒的脈沖。在脈沖已經發送之后，或者如果確定LED不應當接通，操作140判斷變量COUNT是否等于80。COUNT是由微控制器100所儲存的變量，用于指示從上次將COUNT置零后微控制器100已經被中斷(喚醒)的次數。如果操作142判斷COUNT等于80，接通無線(也就是r.f.接收器)116。在操作144中，通過操作146COUNT每次增加一。然后程序134返回休眠模式136。
如果操作142判斷COUNT不等于80，操作148判斷COUNT是否等于94。如果等于，就判斷操作150中是否r.f.接收器正接收數據。如果沒有接收數據，然后就在操作146中使得COUNT增加一，并且程序134返回休眠模式136。
如果操作148判斷COUNT不等于94，操作152判斷COUNT是否等于99。如果不等于，然后就在操作146中使得COUNT增加一，并且程序134返回休眠模式136。
但是，如果操作152判斷COUNT等于99，操作154判斷是否正由r.f.接收器116檢測一些數據。如果不是，操作154就斷定當前沒有發射數據，并且讀取開關30A-30C和低壓電池檢測器122，并相應動作。然后在操作158中重新將COUNT置零，并且斷開r.f.接收器116以節約功率。
如果由操作150或154檢測數據，就在操作160中讀數據。然后在操作162中對數據解碼，并在操作164中判斷是否使用正確的密匙。在本實施例中，由KeeLoq標準對解碼程序進行設置。如果沒有使用正確的密匙，操作控制將反轉到操作156。但是，如果已經接收正確的密匙，利用輸出或致動信號來向電動機(或其他致動機構)供電以運轉電動機。在電動機其已運轉一定歷程后，如開關30B所確定，由操作168執行各種內務操作功能，并且操作控制返回操作156。
在本發明的所有實施例中將發現程序134的一些操作。但是，某些其他的操作取決于該系統所選擇的特定編碼序列格式。在本實施例中，已經選擇Microchip Technology,Inc.of Chandler,Arizona的Microchip數據格式。該數據格式如圖5所示。
在圖5中，Microchip數據格式中的發射170包括前同步碼172和數據174。在前同步碼172之后大約是2毫秒的延遲176，并且在數據174之后大約是64毫秒的延遲178。
在圖5A中，所示的是數據174的結構。數據174是67位的發射并且包括32位的滾動代碼字段180、28位的序列號或“ID”字段181、4位的功能碼字段182(如開關)、1位的狀態字段183、和2位的CRC校驗和字段184。該數據結構也是根據由Microchip Technology，Inc.利用他們的KeeLoq技術所設定的標準。
在圖4的程序134中兩點上檢測數據的原因是，因為Microchip Technology,Inc.數據格式中的延遲176和178。給出當前沒有數據發送的錯誤指示，能夠在這些延遲時間的期間接通無線電接收裝置并且監測數據。這實際發生大約為10％的時間，因此，在第一次數據檢測幾毫秒之后重復數據檢測，以確保確實沒有發送數據，而不是利用延遲176或178的第一次數據檢測。
圖6所示的是程序134的時序圖。應該注意的是，每隔5毫秒喚醒微控制器100。本發明的一個設計特征在于，當首先按下發射器的按鈕后，在半秒內識別來自發射器的信號(也就是，編碼序列)。如由波形186所標注的，使微控制器100每隔5秒處于動作狀態持續小于20微秒。如果檢測到數據，其保持動作狀態，直到已校驗編碼序列并且將輸出或致動信號提供給致動機構。
應該注意的是，在波形186上有相當低的“占空比”，表明相當大的節約功率。
仍然參照圖6，在400毫秒(也就是，80的COUNT)，如波形188所示接通無線電接收裝置。到470毫秒(也就是，94的COUNT)之前，使無線電接收裝置穩定。在那時，認為數據是如波形190所指示有效。然后檢查數據和處理如波形192所指示的，并且在處理數據之后如波形194所示讀取開關。
在圖7中，LED驅動器112包括在鎖內部所提供的LED 40。LED驅動器112包括電阻器196、晶體管198、電感器200和LED 40。晶體管198最好是雙極型晶體管，其具有接地的發射極并且具有通過并聯連接的電感器200和二極管40與VBAT連接的集電極。電感器200通常在1000微亨范圍內，并且電阻器196大約是470歐姆。Gilway E233超亮紅色LED適合作為本發明的LED 40。
電路112基本上是逆向(flyback)或增壓(boost)變換器，其向二極管提供三倍時間長的大約三分之一的電流，于是就好像將其真正接在電池上。這極大增加了效率。此外，利用脈沖驅動實現連接逆向電路，以使LED的效率更高。也就是說，使用較短時間周期的高電流的脈沖驅動以點亮LED，比用相同平均值的直流電流更有效。
由微控制器100提供驅動脈沖VCTRL。也就是說，每隔5毫秒開始新脈沖(由于振蕩器132)并且持續大約12微秒。
脈沖驅動/逆向LED驅動器的組合操作如圖8所示。波形202是如上所述的、由微控制器100產生的VCTRL。波形204表示晶體管198集電極上的VL。波形206表示經過電感器200的電流IL并且波形208表示經過LED 40的電流ILED。波形209是從電池流出的電流IB。
如前序所述，VCTRL每隔5毫秒產生持續12微秒的脈沖210。這使得晶體管198導通，使電流IL如波形206所示開始流經電感器200。最初，由于晶體管198的電導的原因將VL拉向地電位，直到VCTRL降低為止。在這點上，電流IL以大約是其充電率三分之一的放電率開始流經LED 40。當電流從電感器流經LED時，Vl上升超過VBAT。在電流IL穿過LED 40降到零時，VL呈現VBAT的狀態，直到下一個VCTRL的脈沖210出現。
因此，當結合由微控制器100和振蕩器132所實現的脈沖發生器時，電路112有兩種方法降低LED的功耗。首先，僅從電池是每隔5毫秒持續12微秒吸取功率。其次，逆向變換器取得在12微秒期間消耗的電流并將其延長三倍，也就是大約36微秒。可以考慮用逆向變換器獲得較高電池電壓并將其降低，以用較低電壓驅動LED，并且將電流延長比初始脈沖長的時間。這兩種協同節能機理的組合導致在LED40中的消耗大約不超過預定功率的25％。如果假設一天平均開鎖上鎖10次，電動機或致動機構24通常消耗另外50％的預定功率，保留25％分配給控制器16。
雖然根據幾個優選實施例描述了本發明，在不超出本發明的范圍內可以做出修改和等效置換。還應該注意的是，有許多用于實現本發明程序和裝置的可供選擇的方法。例如，雖然根據r.f.發射器和接收器描述本發明，可以使用其他類型的發射器和接收器(例如I/R發射器和接收器)來實現本發明。因此試圖用隨后附加的權利要求來解釋包括在本發明真實構思和范圍內的所有修改、等效置換。
權利要求
1．一種遙控門鎖系統，包括射頻發射器，用于發射編碼序列；控制器，由電池供電并且包括用于接收所述編碼序列的射頻接收器；如果所述編碼序列是正確的，所述控制器在喚醒模式期間對所述編碼序列解碼并且產生致動信號；所述控制器具有與所述喚醒模式交替的休眠模式；其中在所述休眠模式期間從電池吸取減少的電流；和鎖定機構，包括致動機構和連接到所述致動機構的門閂，所述致動機構響應于所述致動信號并且在所述門閂上施加力。
2．根據權利要求1所述的遙控門鎖系統，其中所述編碼序列是利用第一廠家密匙進行編碼的第一編碼序列；并且所述控制器是利用所述第一廠家密匙的第一控制器；所述射頻發射器還能夠發射利用第二廠家密匙進行編碼的第二編碼序列，可以通過利用所述第二廠家密匙的第二控制器來接收第二編碼序列；所述第二控制器在接收正確的第二編碼序列時產生輸出信號。
3．根據權利要求1所述的遙控門鎖系統，其中所述控制器還包括可以在所述控制器喚醒模式期間激勵的LED指示器。
4．根據權利要求1所述的遙控門鎖系統，其中通過脈沖式逆向變換器來激勵所述LED指示器。
5．根據權利要求4所述的遙控門鎖系統，其中由微控制器向所述逆向變換器提供脈沖。
6．一種遙控系統，包括發射器，用于發射編碼序列；和控制器，由電池供電并且包括用于接收所述編碼序列的射頻接收器；所述控制器還具有可以在所述控制器的喚醒模式期間激勵的LED指示器；如果所述編碼序列是正確的，所述控制器在所述喚醒模式期間對所述編碼序列進行解碼并且產生致動信號；所述控制器具有與所述喚醒模式交替的休眠模式；在所述休眠模式期間從電池吸取減少的電流。
7．根據權利要求6所述的遙控門鎖系統，其中在所述接收器已接通之后，但是在所述接收器進入穩態之前，使所述控制器進入所述休眠模式。
8．根據權利要求7所述的遙控門鎖系統，其中所述LED指示器是逆向電路的一部分。
9．根據權利要求6所述的遙控門鎖系統，其中在編碼序列持續時間內的所述控制器多次檢查數據。
10．一種用于接收編碼數據的方法，包括產生中斷，以從休眠模式進入喚醒模式；檢索中斷計數值；當所述計數值達到啟動值時接通無線接收器；監測所述無線接收器接收編碼數據；對所述編碼數據進行解碼；將所述所解碼的編碼數據與密匙編碼進行比較；如果所解碼的編碼數據是正確的密匙，將提供信號；和進入所述休眠模式。
11．根據權利要求10所述的接收編碼數據的方法，還包括判定是否應當接通LED；和如果判定LED應當接通，將向LED驅動電路提供脈沖。
12．根據權利要求10所述的接收編碼數據的方法，還包括在編碼序列的持續期間內多次檢查數據。
13．一種低功率LED驅動電路，包括輸出系列脈沖的脈沖發生器；和逆向電路，包括具有第一節點、第二節點和控制節點的晶體管，以及一控制節點；將所述控制節點連接到所述脈沖發生器以接收所述系列脈沖，通過并聯的電感器和LED將所述第一節點連接到第一電位，將所述第二節點連接到第二電位。
14．根據權利要求13所述的低功率LED驅動電路，其中所述脈沖發生器包括微控制器。
15．根據權利要求13所述的低功率LED驅動電路，其中所述晶體管是雙極型晶體管。
16．根據權利要求14所述的低功率LED驅動電路，其中所述第一節點是所述晶體管的集電極，所述第二節點是所述晶體管的發射極，并且所述控制節點是所述晶體管的基極。
17．根據權利要求16所述的低功率LED驅動電路，其中所述第一電位是正電位，并且其中所述第二電位是地電位。
18．根據權利要求17所述的低功率LED驅動電路，其中通過電阻元件將所述基極連接到所述脈沖發生器。
19．根據權利要求17所述的低功率LED驅動電路，其中所述系列脈沖具有脈沖持續時間，其值至少比所述脈沖周期小兩個數量級。
全文摘要
一種遙控門鎖系統(10),包括:射頻發射器(12),用于發射編碼序列(14);電池供電的控制器(16),包括接受編碼序列的射頻接收器(20);和鎖定機構(22),其包括致動機構(24)和連接到所述致動機構的門閂(26)。如果編碼序列正確,控制器在喚醒模式期間對編碼序列解碼并且產生致動信號。控制器具有與喚醒模式交替的休眠模式,以降低總的功耗。鎖定機構(10)的致動機構響應于致動信號操作以便對門閂施加力來鎖定或開啟門(34)。控制器最好包括低功率LED驅動電路(112),該驅動電路包括向逆向變換器供電以控制LED輸出的脈沖發生器。
文檔編號G07C9/00GK1303459SQ99806796
公開日2001年7月11日 申請日期1999年4月16日 優先權日1998年4月16日
發明者戴維·C·謝弗, 威廉·R·伯內特, 尼古拉斯·R·卡萊吉安 申請人:艾姆哈特公司