一种基于NFC通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具系统的制作方法

本发明涉及配电环网柜外门锁开发，特别是一种基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统。

背景技术：

1、当前在公路、小区等公共场合的配电系统中，户外配电设备如环网柜等数量众多、种类繁杂、安装地点分散以及运行环境复杂。这些配电设备通常使用机械钥匙作为锁具，存在以下问题：首先锁具和钥匙数量庞大，一一对应查询和取用效率低；其次机械钥匙缺乏防护措施，钥匙管理不够严密，容易丢失和复制；再次生产作业频繁交叉，授权和记录困难；最后缺乏科技手段，缺乏过程管理和监督，存在安全风险。除了锁具自身的问题，配电网的运维检修主要依靠人力，存在运检质量参差不齐、效率低下和误操作等问题，监测数据分类有限，配电设备管控重复等问题。即使投入了大量资源，配电网的高效管理仍然困难，运维能力不足以适应电网的快速发展。

2、为了解决这些问题，本发明提出了一种基于nfc通信和无线充电的嵌套式配电环网柜无源锁具。该锁具体积小巧，电路设计和功能简化，具有设备代码存储功能、电机驱动开关锁功能、无源供电和通信功能，并且利用智能钥匙作为无线充电发射端，实现电能传输和开关锁操作。

技术实现思路

1、鉴于现有的嵌套式配电环网柜无源锁具存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何实现无线充电配电环网柜无源锁具的电能传输和开关锁。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、本发明实施例提供了一种基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具方法，其包括，用户通过手机控制nfc天线给无源nfc锁具的nfc线圈发送无线信号，使nfc线圈上的取电模块工作；若取电模块的取电电压到达工作电压要求，无源nfc智能钥匙的低功耗cpu模块接收手机发送的解锁信息后控制微型开锁电机转动；手机通过nfc天线给无源nfc锁具供电并发送和接收数据，无源nfc锁具在收到解锁信息并校验无误后，无源nfc锁具开锁。

5、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁方法的一种优选方案，其中：nfc天线通过nfc线圈实现无线信号的收发和数据交换；解锁信息包括授权码和开锁命令。

6、本发明的基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具方法的有益效果为：本发明采用了一种基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具方法，通过nfc天线无线供电并无需电源，实现了省电和低功耗的特点；用户只需通过手机控制nfc天线发送信号，即可实现远程开锁操作，无需实体钥匙，带来了方便快捷的使用体验；并且通过手机发送解锁信息进行验证，确保只有授权的用户能够打开锁具，提升了锁具的安全性。

7、本发明另一个目的是一种基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具系统，其目的在于解决。

8、本发明实施例提供了一种基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具系统，其包括，无源nfc挂锁、无源nfc智能钥匙、无源nfc挂锁控制模块以及无源nfc钥匙控制模块，其中，无源nfc挂锁包括nfc通讯模块、第一主控制器模块、电机驱动模块、第一存储模块、nfc无线充电模块以及第一电源模块；

9、nfc通讯模块接收无源nfc智能钥匙发送的鉴权通讯信号，并将无源nfc智能钥匙发送的鉴权通讯信号存储至第一存储模块；第一主控制器模块读取无源nfc智能钥匙的开锁命令，并将无源nfc智能钥匙的开锁命令传输至电机驱动模块；电机驱动模块的输入端引脚电平组合通过第一主控制器模块控制，实现开关锁操作；第一存储模块用于无源nfc锁具标识代码存储，并将标识代码输入至第一主控制器模块；无源nfc挂锁通过无源nfc智能钥匙发送的nfc信号获取能量并解锁；以及，无源nfc智能钥匙，包括第二主控制器模块、提示灯模块、时钟模块、按键模块、锂电池充电模块、第二电源模块、第二存储模块，以及nfc通讯与无线充电发射端模块；按键模块通过按键的长按操作实现开锁功能和短按操作实现锁功能，并将需要的开锁数据和能量通过第二主控制器模块传输至nfc通讯与无线充电发射端模块；第二存储模块用于存储无源nfc锁具代码、管控信息和日志存储，并将存储的无源nfc锁具代码操执行开锁和关锁的操作传输至按键模块；nfc通讯与无线充电发射端模块将数据和能量发送至无源nfc挂锁。nfc通讯与无线充电发射端模块将数据和能量发送至无源nfc挂锁。

10、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统的一种优选方案，其中：nfc无线充电模块通过电磁感应为第一电源模块提供电能；第一电源模块与第一主控制器模块、第一存储模块和电机驱动模块电性连接。

11、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统的一种优选方案，其中：第二主控制器模块与无源nfc智能钥匙中的其他模块分别连接；提示灯模块与第二主控制器模块连接，且提示灯模块接收电量状态信息从而进行提示。

12、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统的一种优选方案，其中：时钟模块与第二主控制器模块连接，且时钟模块提供时间信息；第二电源模块用于向系统提供工作电压。

13、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统的一种优选方案，其中：无源nfc钥匙控制模块包括低功耗方案模块、电量模块、时钟与存储模块以及nfc寻卡与鉴权开关锁操作模块，其中，低功耗方案模块用于提高锂电池的使用效率；时钟与存储程序模块用于开关锁前将存储区的设备代码进行轮询对比，读取信息进行鉴权；nfc寻卡与鉴权开关锁操作模块，用于通过spi接口与控制器模块进行通信。

14、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统的一种优选方案，其中：时钟与存储程序模块包括，若设备代码轮询对比成功，则读取设备代码单元区的管控写入的时间段和操作次数，同时读取时钟单元当前的时间信息；若设备代码轮询对比失败，则无法开锁，将程序设计中nfc智能钥匙的存储区重新划分单元区并重新进行轮询对比。

15、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统的一种优选方案，其中：无源nfc挂锁和无源nfc智能钥匙通过构建嵌套式双天线设计模型实现无线通信，其中，构建嵌套式双天线设计模型，用于实现对nfc从设备无线充电特性与nfc通讯特性分别优化，将无线充电的天线与高品质因数低带宽电路进行连接，经过整流滤波采集能量；其中为减小emc辐射干扰，在矩形天线转角处通常绘制成圆弧形，矩形天线电感量具体公式如下：

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17、其中，l为矩形天线电感量，n为nfc线圈圈数，μ0、k1和k2为常数系数，d和p均为矩形线圈的参数，具体公式如下：

18、

19、

20、其中，dout为矩形线圈内径，din为矩形线圈的外径。

21、作为本发明基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源挂锁系统的一种优选方案，其中：无源nfc挂锁控制模块包括设备的初始化、初始化邮箱模式和中断触发读取数据执行命令，其中，设备的初始化用于初始化启动文件与io口配置；初始化邮箱模式用于将等待nfc主设备的rf射频的数据写入到从设备邮箱存储区；中断触发读取数据执行命令用于判断邮箱内是否存在被写入的数据。

22、本发明有益效果为：本发明采用了一种基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具系统，通过优化天线参数，同时保证通信质量和使用条件下的功率接收和电信号接收，从而显著提升了电磁感应接收功率。该技术使锁具内部无需电源和维护，并且部署简单；同时移动操作装置具有广泛的适用性，只需触碰即可开锁，操作方便快捷；并且基于nfc通讯与无线充电的配电环网柜无源锁具系统还支持实时交互，具有高效率。