机电一体化编译码装置

1.一种机电一体化编码装置，包括有一个内部封装有一个电子编码电路的钥匙柄，一个机械钥匙主体，其特征在于所述钥匙柄与所述机械钥匙主体之间还设置有一个用于输送电源和密码信号的园柱体信号输出装置，该装置以绝缘材料为主体，并在其轴向不同机械位置上装有环状导电触头，所述电子编码电路由大规模专用编码IC为主体组成，所述编码电路的输出端和电源一端分别连接所述园柱体信号输出装置上的环状导电触头，所述机械钥匙主体之金属体亦做为一个导电触头连接所述编码电路电源的另一端。
2.一种与根据权利要求1所述之机电一体化编码装置相配合使用的机电一体化译码装置，它包括一个机械弹子锁头，与该锁头匙孔端连接的具有导电触头的电子密码接收装置，其特征在于所述机电一体化译码装置中还包含有以大规模专用译码IC为主体的译码电路，所述机械弹子锁头是锁芯旋转式机械弹子锁头，所述电子密码接收装置上有一个用于接纳权利要求1所述的园柱体信号输出装置、并与所述锁头之锁芯同轴的密码接收管道，所述电子密码接收装置上的导电触头安装在所述密码接收管道轴向不同机械位置上，而且是与插入该管道之所述园柱体信号输出装置上的环状导电触头相对应并可相接触的径向弹性触头，所述径向弹性触头分别由所述电子密码接收装置引出，并分别作为权利要求1所述之编码电路的密码输出端和电源的一端、分别连接所述译码电路输入端和相应电源的一端，所述锁头金属体亦做为一个导电触头使用，连接所述译码电路电源的另一端。
3.根据权利要求2所述之机电一体化译码装置，其特征在于所述之编码电路的密码输出端与所述译码电路的输入端之间还连接有射随器和加密解密控制器。
4.根据权利要求3所述之机电一体化译码装置，其特征在于所述加密解密控制器为一受切换开关控制的反相器，它串联于所述射随器输出与所述译码电路的输入端之间。

本发明涉及了一种机电一体化编译码装置。用它可设计出形形色色防盗性能优越，集机械和电子密码锁优势及二者有机结合后，而派生出来的独特的防盗优势于一体的防盗密码锁。它可广泛应用于家庭、宾馆、保险柜、机要箱、金库……及机动车辆等各个领域的防盗锁，防盗性能十分优越。然而操作却方便得与使用普通机械钥匙开锁模式毫无差别的程度。\n最接近的对比文件欧洲专利EP0277432A1公开了一种以直线推压式（即钥匙插入锁芯后，只要沿钥匙插入的方向继续推压，锁便可打开）机械弹子锁为基础的机电一体化编译码装置。由于该种机械锁具在结构上先天性的致命弱点，即锁头和钥匙的整体长度太长，锁芯有效编码区的利用率太低，同样长度的锁芯，其编码量比目前普遍使用的旋转式锁头的要小，而且随其推压档位的增多，这一差距亦越大，同时锁头的整体长度和钥匙杆的长度也随档位的增多而成比例地增长。不仅锁头编码量小，会直接影响其防盗性能，而且锁头外形超长会造成安装不便，更主要的是钥匙杆超长，给随身携带带来不便和困难。例如现代汽车上多用旋转式四档位多功能点火开关，它可用钥匙旋转四个位置（即四个档位）以分别实现不同的功能，如果这种多功能四档位的点火开关以直线推压式结构的锁头来实现，并组合成机电一体化的编译码装置，由于采用这种直线推压式结构设计的四档位锁头本身其外形就很长，再加上机电一体化设计时，必须在该锁头匙孔端加装一个电插座端21（即电子密码接收装置），而在其另一端必须连接直线推压式四档位开关，这样会使整个直线推压式四档位点火开关的长度达到不可思议的地步，则与之配套的钥匙杆（仅指匙杆，不含匙柄，匙柄将在后面进一步论述）的长度也达到叫人难以接受的程度，而机械编码量与旋转式机械弹子锁相比并未因其锁头长度的大幅度增加而有所增加。鉴于EP0277432A1中采用直线推压式锁头做基础构成机电一体化的编译码装置，由于受锁头和与其配套的钥匙之匙杆长度的限制，该种锁头仅能设计成二档直线推压式锁具，机电一体化设计也顶多只能组成二档机电一体化编译码装置，在汽车上就连安装简便，钥匙携带方便的旋转式二档位点火开关都早已被淘汰，那么直线推压式二档点火开关就自然不必评说了。这必将大大限制了它的应用范围。\n众所周知，一座高楼大厦，其基础是十分重要的，是起决定性作用的，而EP0277432A1中所使用的是这种早已被淘汰的直线推压式锁具做为其机电一体化组合的基础，因此上述直线推压式锁具的致命弱点必将毫无遗漏地全盘带到机电一体化组合后的新锁具中来，那么其组合后的功能、效果及其应用领域……等就不言而喻了。\n由于旋转式锁头整体长度短小，结构先进，编码量相对较大，很易做成各类功能性很强的锁具。正因为它的优势才在机械弹子锁的竞争中独占鳌头，并在目前各个领域被广泛采用和受到普遍欢迎，就连各发达国家也受到人们亲睐。但众所周知，与EP0277432A1中公开的那种直线推压式锁具相适应的电插座端21及其配套的机电一体化钥匙的结构是不可能与旋转式锁头相适应而配套使用的，唯一的办法是通过创造性的劳动，重新优化设计，才能设计出与旋转式锁具结构相适应的电子密码接收装置及与其配套的机电一体化编码装置来。\n众所周知，钥匙是必须随身携带的，故其整体外观应当精美，外形应当小巧，但由于EP0277432A1中采用直线推压式结构的锁具做机电一体化设计的组合对象，致使与其配套的钥匙杆偏长。另我们知道，机电一体化的钥匙对匙柄内的空间限制是十分苛刻而又十分宝贵的，如果编码电路的结构设计不合理或选择不恰当，将导致匙柄体积远远超出人们所能接受的程度。由于EP0277432A1中设计的编码电路采用三片通用IC和部分外围元件构成的方案，导致体积十分庞大，加上EP0277432A1的编码电路的电源供给和密码输出二者采用一个公共单触头来传输的方式，致使编码电路的外围元件必须进一步增加，匙柄体积也进一步增大，这是很不值得的。体积虽大、但电子编码量却只有27等于128种，仅与一般机械弹子锁的编码量相当。\n造成线路板体积增大的原因不仅仅是由于元件本身的大小所致，而且是由于IC的集成度还不够高和未使用专用IC，而导致IC与IC之间，IC与外围元件间、外围原件相互间的连线及连线间的绝缘间隔过多地占用线路板的面积所致。EP0277432A1中电源供给和信号输出采用一个公共单触头传输及采用多片IC构成编码电路的问题还不仅仅在于元器件增多，造成匙柄体积过大，而且还在于其不适应因电路被封装在匙柄内而无法维修及钥匙在随身携带中出现的各种颠颇振动等所带来的对电路可靠性提出新的更高的要求。\n本人仅用一片IC和一只电阻构成的编码电路将其封装在匙柄内时，其外形大小就已与现代车用匙柄大小相当、那么EP0277432A1采用三片IC和8个外围元件构成的编码电路加上上述其间的连线等因素，则所做出来的匙柄大小就可想而知了，如果要做成与本人相同的四百多万种编码、则其匙柄就一定是傻大笨粗无疑了。如果再配以细长的匙杆、不仅无法随身携带，而且造型也不能给人以美的享受。因此EP0277432A1的技术方案只能是一种实验室成果，离进入商品市场的实用化阶段还有一段很长的距离，即使免强上市，也不会取得可喜的社会效果和在商业上获得成功。\n欲使机电一体化后确实能发挥电子编码器海量编码的突出优势（而不是如EP0277432A1中所公开的仅与机械编码量相当的128种编码），并使匙柄体积和匙杆长度能缩小到确实可以走出实验室，走向商品市场的实用化阶段，而且其可靠性能经得起随身携带的剧烈颠颇和振动等恶劣条件的考验，则非旋转式机械弹子锁和大规模专用编码IC莫属，而且还要注意选用外围元件最少编码量却最大以及应用固化技术等措施才行。\n另美国专利US    4922736所公开的结合有一个电子电路的钥匙装置，虽然可以应用于旋转式锁头，但是由于导电触条是对称安装在钥匙转动轴线两侧，而且是钥匙主体2的齿背和齿边两个仅2-3毫米宽的侧边上，当钥匙转动过程中，触条6和触条23从分离状态过度到接触状态时其导向作用很差，很易卡住而将静触条搞坏。\n另这种结构的触头接触方式，只能在钥匙旋转中的某一特定位置上接触，该特定点之外的任何位置均接触不上，使其应用受到很大局限。另外该种结构的触头接触方式，当二个触头对应接触后，如再旋转180°，则原来对应接触的关系就互换了，这将会带来严重恶果。\n如US4922736中对应关系互换后将导致内外电源短路，或因编码电路加了反电压而永久性损坏。实际应用中很多场合都要求钥匙连续旋转。例如国产双保险门锁，即有一方舌和斜舌的门锁（请参考93100443.8）其方舌伸出与缩进锁体时，钥匙需旋转3周才能奏效。上述结构的触头接触方式显然不适合类似场合。甚至就是US4922736中所述其钥匙可以以两个互相颠倒的方向中任一方向插入至钥匙眼中的功能，其实也是实现不了的。颠倒插入后当钥匙转到START位置后，外电源将通过触条6和触条23的接触而将外电源与匙柄内充电电池10短接，导致内外电源损坏，同时损坏匙柄内电路器件。\n本发明的目的在于提供一种匙柄和机械钥匙主体确实小到可以走出实验室，并进入商品市场能被人们所普遍接受的实用化程度的机电一体化编码装置及其配套的机电一体化译码装置，使其集以其优越性能在机械弹子锁的竞争中取胜，而目前被世界各国人民所普遍接受和欢迎的旋转式机械编译码装置和现代大规模专用海量电子编译码装置之优势于一体的机电一体化编译码装置，从而达机械编译码装置和电子编译码装置互为取长补短，充分发挥各自的优势，并利用一体化设计的独特结构而派生出来的新的防盗优势之目的。\n本发明的目的是以如下方式达到的，构成该种机电一体化编译码装置，其特征在于包含有机电一体化编码装置和与之配合使用的机电一体化译码装置。\n所述机电一体化编码装置，包括有一个内部封装有一个电子编码电路的钥匙柄，一个机械钥匙主体，其特征在于在所述钥匙柄与所述机械钥匙主体之间还设置有一个用于输送电源和密码信号的园柱体信号输出装置，该装置以绝缘材料为主体，并在其轴向不同机械位置上装有环状导电触头，所述电子编码电路由一片大规模专用编码IC为主体组成，并一次性固化于所述钥匙柄内，所述编码电路的输出端和电源一端分别连接所述园柱体信号输出装置上的环状导电触头，所述机械钥匙主体之金属体亦做为一个导电触头连接所述编码电路电源的另一端。\n所述机电一体化译码装置，它包括一个机械弹子锁头，与该锁头匙孔端连接的具有导电触头的电子密码接收装置，其特征在于所述机电一体化译码装置中还包含有一片大规模专用译码IC为主体的译码电路，所述机械弹子锁头是锁芯旋转式机械弹子锁头，所述电子密码接收装置上有一个用于接纳所述园柱体信号输出装置、并与所述锁芯旋转式机械弹子锁头之锁芯同轴的密码接收管道，所述电子密码接收装置上的导电触头安装在所述密码接收管道轴向不同机械位置上，而且是与插入该管道之所述园柱体信号输出装置上的所述环状导电触头相对应、并可相接触的径向弹性触头，所述径向弹性触头分别由所述电子密码接收装置引出并分别作为所述编码电路的密码输出端和电源的一端、分别连接所述译码电路输入端和相应电源的一端，所述锁芯旋转式机械弹子锁头金属体亦做为一个导电触头使用，连接所述译码电路电源的另一端。\n所述机电一体化译码装置，其特征在于在所述编码电路的密码输出端与所述译码电路的输入端之间还连接有射随器和加密解密控制器。\n所述加密解密控制器，其特征在于其为一受切换开关控制的反相器，它串联于所述射随器输出与所述译码电路输入之间。\n当所述机电一体化编码装置插入所述机电一体化译码装置时，其中机械译码装置首先进行简单机械译码识别。（即首先识别机械钥匙主体之槽与机械锁头之槽是否吻合）当上述简单机械译码成功后，接着进行机电一体化效果编码识别（即识别园柱体信号输出装置上之导电触头和机电一体化译码装置上之导电触头是否对应良好接触）。\n上述二种编码经译码识别成功后，将同时进行较复杂的机械译码识别（即识别机械钥匙之齿与机械锁头之弹子高矮是否吻合）和电子编码的识别。由于经上述简单机械译码识别和机电一体化效果编码识别成功后，园柱体信号输出装置上的导电触头与机电一体化译码装置上之导电触头已对应可靠接触，故机电一体化编码装置钥匙柄内之编码电路获得了额定电压，于是密码将通过触头间相接触经射随器而传输至加密解密控制器输入端，并送译码电路进行电子译码识别，译码输出经驱动后带动负载。\n当加密解密控制器工作在解密状态时，编码电路输出之密码经射随器后直接输入译码电路进行译码。\n而当加密解密控制器工作在加密状态时，编码电路输出之密码经射随器后继而又经反相器进行反码处理后，才输入译码电路进行译码。由于对原码进行反码处理后的密码，实质已变成了另外一种密码，因此原译码器将对其无法识别，从而达加密之目的。\n由上述可见，与旋转式机械弹子锁头相组合的机电一体化编译码装置在防盗性能和总体功能与效果上是直线推压式机电一体化编译码装置所不及的，也是一般机械编译码装置和普通电子编译码装置望尘莫及的。然而其操作的简便性却是人们所意想不到的。\n机电一体化编译码装置有以下突出优点：1.它具有四道防线，第一道防线即机电一体化编码装置之机械钥匙主体的槽必须与机械锁头之锁芯的槽相吻合，钥匙才有可能插入锁芯，这是解码的第一关。如果钥匙都插不进去，就谈不上后面的进一步译码了。\n第二道防线即进行机电一体化效果编码识别。\n第三道防线即机电一体化编码装置之机械钥匙主体的齿必须与机电一体化译码装置之锁头中弹子的高矮相吻合，锁芯才可能旋转。\n第四道防线即只有当机电一体化编码装置钥匙柄中所输出的电子密码与机电一体化译码装置之译码电路的编码相吻合，译码电路才有输出。由于在应用设计中必须保证机械译码器的输出和电子译码电路的输出二者对负载实行逻辑“与”控制，因此，负载的工作状态受到机械译码器输出和电子译码电路输出的双重制约，使这类新一代的与旋转式机械弹子锁头相组合的机电一体化编译码装置具有极好的防盗性能。\n2.自身具备加密或解密的功能，而且该功能接入与否非常简单，成本低廉。加密功能的加入，使该机电一体化编译码装置又多了一道防线。\n3.园柱体信号输出装置的轴向和旋转方向均有十分良好的导向作用，钥匙旋转过程中不会出现触头间卡住的现象。同时编码电路的电源供给和信号输出，由安装在园柱体信号输出装置轴向不同机械位置上的环状触头分别传输，在钥匙连续旋转过程中，能始终保持触头间原有的对应接触关系并始终可靠接触，不可能出现美国专利US    4922736中所述的，当钥匙连续旋转时，触头间对应接触的关系会互换而带来的严重恶果。\n4.由于密码是一次性固化于匙柄中的，加上产品出厂前已将该密码所对应的计算机地址码以条形码的形式印于用户保修卡上，并随同产品一起转移到用户手中，如果用户还有特殊要求，还可通过该卡将用户的相关资料-用户姓名，身份证号码，甚至如果该锁具用于汽车防盗上时，还可将汽车的车牌号码或发动机号码，产权所属单位……等统统存入计算机中备案。由于该保修卡不参与工作，故平时用户可将其收藏好，一旦用户将钥匙丢失，只需拿上该保修卡到厂家或厂家在全国各地所设的专营点，工作人员用该卡经条码阅读器，很快就能将上述所有备案资料全部从存贮器中调出来。如果经查证，身份证、车辆牌号……等均属实，则当场即可配匙。只要有不符合的成分，即可拒绝配匙。至于说其它人，由于手中无该保修卡，计算机中包括密码在内的档案资料将无法调出来。故他们要配匙可说比登天还难。包括厂家和专营点在内，他们虽然手中有数据库，但由于无条码卡，地址码又不知道，条码人工又无法识别，故密码同样调不出来。不但一般人员无法偷配，就连厂家和专营点也受到了很大的制约。这一先进技术和科学管理的结合，使该类机电一体化编译码装置具备既有极高的保密性和随之带来的极好的防盗性，又有服务社会的方便性和可行性。\n5.由于采用了大规模专用编译码IC，和选择了以旋转式机械弹子锁为机电一体化组合的基础，不仅综合编码量可达几亿种，而且锁头和机械钥匙主体的整体长度大大缩短，更重要的是可使匙柄做得十分精美、小巧，机械钥匙主体也十分短小精悍，使该类机电一体化编译码装置的成果能真正走出实验室，进入商品市场的实用化阶段。\n6.由于采用密码一次性固化技术时，编码方式及各种编码约定均是由专业技术人员指导进行的，故即使密码泄漏，但由于涉及到复杂的技术问题和厂家的各种约定，靠自行编码去解码将如海底捞针。\n7.机电一体化编码装置供电电源的引入和密码信号的输出。通过三对互相独立的触头（其中机械钥匙主体之金属体和机械锁头金属体亦是一付独立的触头）分别传输，避免了信号输出和电源合用一付触头给编译码电路带来不必要的干扰，和因二者公用触头而必须增加编译码电路外围元件而引起的电路可靠性下降和占用匙柄宝贵的有限空间所带来的使匙柄体积增大的弊端。避免了US4922736中遥控编码器自身携带电源时需经常更换电池的麻烦和导致可靠性下降之弊端。尤其是避免了更为恼人的电池电压跌落后造成遥控失灵的弊端，而用户自己却又无法预测这一倒霉的时刻。\n8.操作简便，解码模式与使用传统机械钥匙开锁无丝毫差别，老幼皆宜。\n9.结构简单成本低廉，携带方便，经久耐用安全可靠。\n图1是机电一体化编码装置结构示意图;\n图2是机电一体化译码装置结构示意图;\n图3是机电一体化译码装置中电子译码器示意框图;\n图4是机电一体化编译码装置应用于机动车辆防盗的结构示意框图;\n图5是机电一体化编译码装置应用于门锁防盗的结构示意框图。\n现结合附图详细说明本发明实施例如下：目前普遍使用的旋转式机械弹子锁，其钥匙和锁头实质是一套机械编译码装置。（其中钥匙分别由钥匙柄、具有槽、齿编码的部分、在上述二者间起连接和定位作用的部分共同组成，其中除匙柄以外的两部分的总称为机械钥匙主体。）为进一步提高防盗性能，而又不改变该机械编译码装置解码时简单方便的操作模式，本人将该机械编译码装置与现代大规模专用电子编译码装置有机而巧妙地结合起来。从而构成以旋转式机械编译码装置为基础的机电一体化编译码装置。\n图1为机电一体化编码装置结构示意图（简称编码钥匙）。它由钥匙柄1、园柱体信号输出装置2和机械钥匙主体3等组成。钥匙柄内固化有以大规模专用编码IC为主体的编码电路4。园柱体信号输出装置轴向不同机械位置上装有环状导电触头5和6，机械钥匙主体之金属体在这里同时兼作一个触头使用，它和触头5或6分别连接钥匙柄内之编码电路的电源端，而另一个触头6或5和电子密码输出端相连接，7为编码开关。\n图2为机电一体化译码装置结构示意图。它由旋转式机械弹子锁头17，电子密码接收装置18、射随器16，加密解密控制器47和译码电路29等组成。电子密码接收装置由绝缘材料制成，其上有与锁头之锁芯同轴的密码接收管道19，见图（2）a。在该密码接收管道侧面径向有两个互相绝缘的弹性触头20甲和20乙，并用金属片21M和21N从电子密码接收装置主体侧后方引出。见图2b。二触头的机械位置应确保当编码钥匙插入锁芯时，该二触头与编码钥匙园柱体信号输出装置上之触头5、6对准，并可靠接触。触头5或6所对应的径向弹性触头引出片21M或21N和锁头金属体分别接译码电路的正、负电源端。触头6或5所对应的径向弹性触头引出片21N或21M接译码电路输入端（或经射随器和加密解密控制器后再接译码电路输入端），见图3。当图1所示之编码钥匙插入锁芯时，钥匙主体之金属体通过锁芯金属体与锁头金属体接触，从而接通了编码电路电源的一端，同时，电源另一端通过该编码钥匙园柱体信号输出装置上之触头5或6，与电子密码接收装置之对应径向弹性触头20甲或20乙的接触而接通编码电路电源的另一端。这样编码钥匙中之编码电路便获得了电源，于是编码电路输出之密码便通过触头6或5与触头20乙或20甲的接触而由机电一体化译码装置之电子密码接收装置输出，并经射随器16和加密解密控制器47后输入译码电路29进行译码（图中46为稳压电源），如译码成功，则译码电路有输出，并通过驱动器去驱动负载。与此同时，机械译码器也进行译码，只有当机械钥匙主体之齿与锁头中弹子高矮相吻合时，钥匙才能拖动锁芯旋转。在应用机电一体化编译码装置时，应设法在机械或电路上保证机械译码器输出和电子译码电路输出对同一负载实行逻辑“与”控制。以便充分发挥机电一体化编译码装置的潜能。\n当将机电一体化编译码装置应用在机动车辆防盗上时，其示意如图4所示。由图4可见，点火开关k1和经机电一体化译码装置之译码电路输出驱动的开关k2是串联在点火线圈13初级回路中的。大家知道，如果k1k2中只要有一个不接通，即使白金14不断启闭，点火线圈也无法产生高压，火花塞之间便无火花，混合汽便无法点燃，车辆自然发动不着。\n众所周知，点火开关k1是靠机械钥匙驱动的（在这里是由机电一体化编码装置之机械钥匙主体驱动的）。这意味着机电一体化编码装置之机械钥匙主体的槽和齿必须与点火开关上锁头之槽和弹子高矮相吻合，锁芯才能旋转，k1才能接通。而k2却是由机电一体化译码装置之译码电路29经其译码后驱动的，这意味着编码钥匙之电子密码必须与译码电路之编码相吻合，k2才能接通，二者互相制约，缺一不可。大家知道，电子密码的编码是海量编码，破译十分困难。退一步讲，即使知道密码也无济于事，因为这种一次性固化起来的密码，其编码时由专业技术人员指导确定的，编码约定条件不同则密码不同，即使知道密码，由于涉及复杂的技术问题，自行编码将无从下手。尤其是涉及到机电一体化结构的特殊性，解码必须具备所述机电一体化编码装置那样结构的，并与机电一体化译码装置在机械形位上和电路上严格协调和配合的机电一体化的编码装置才能奏效。要做到这些，并非容易，它涉及了电子、机械两方面的技术和工艺等方方面面的问题。\n由上述可见，对于同一负载-点火线圈，在电路设计上对其实行了“与”的逻辑控制，负载工作与否，受到了机、电双重控制。\n由于采用了机电一体化的新结构，司机仅用一把与传统机械钥匙外形一样的机电一体化编码装置，便既可方便地开车门，又可方便地发动车辆。操作简便得与原来使用普通车匙没有丝毫差别的地步。但高防盗性能却已在其中了。\n当将机电一体化编译码装置应用于家庭门锁时，其结构示意见图5。平时电磁铁10不工作，方柱形衔铁12处于上方，其限位叉卡住可随锁芯360°旋转的偏心突起11。限制锁芯旋转。当编码钥匙15可以插入锁芯时，电子译码电路便进行译码识别，如果密码正确，则电磁铁工作，方柱形衔铁被吸向下方，原来限位叉的限位作用撤消，这时如果机械锁头之弹子高矮和机械钥匙主体之齿吻合，则编码钥匙便可带动锁芯旋转而将锁打开。只要其中机械钥匙主体与锁头弹子间，或编码电路与译码电路之间任意一方不吻合、锁芯均无法旋转，锁也将打不开。显然，此法是在机械上对其共同负载-锁芯实行了“与”逻辑控制，以增强防盗性能，这里就不再赘述了。