本发明一般地说涉及电池供电式电子锁具;具体地说涉及能指示电池电压偏低和将电池的一部分能量储备起来供插入特定的钥匙时，使该锁动作所用的控制系统。 电池供电式电子锁早已为众所周知。这种锁一般在其外壳上装有一个红色LED（发光二极管）和一个绿色LED，红色LED用以指示电池电压偏低或所插入的钥匙卡片为无效，绿色LED用以指示所插入的钥匙卡片为有效和该锁处于未锁住的状态。插入有效的钥匙卡片时，锁可被打开，这时若电池电压高于某一定电平，则红色LED不被激励，若电池电压低于某一定电平，则红色LED被激励。这种电子锁可在安装过程中进行编程，使红色LED在每一个有效的钥匙卡片插入时或只供维修人员专用的那些有效的钥匙卡插入时受上述激励。若电池电压降到该一定电平或低于该一定电平之后插入一有效的钥匙卡片，则红色LED受激励，锁被打开，直到电池的电能被消耗得供应不了足以使锁动作的电压为止。
这种系统有两个问题。若维修人员没有注意到红色LED所发出的警告，或注意到，但注意得不及时，则锁可能在紧急情况下开不了。此外，这类电子锁的电池只能从门内进行检修，因而若锁不能动作，则不能进行检修。
专利权授予马丁的美国专利4，148，092叙述了另一种电池供电式的电子锁。该专利简单公开了一种电池电压降到某一电平以下时发出音响警报且容许进行检修的电池电压指示装置。这种装置也假定在警报响过之后一给定次数的动作过程中可以使锁保持打开，防止锁处于锁住状态。在维修人员更换电池之前，门仍保持不锁，而在许多情况下这是不希望有的。
因此，本发明总的目的是提供电池供电式锁的这样一种控制系统，该控制系统能指示电池电压偏低和将电池的一部分能量储备起来供插入维修、紧急情况所用的或其它特定的钥匙或钥匙卡片时操作该锁之用。
本发明是对这样一种电子锁进行地改进，该电子锁有一个给锁供电的电池装置、一个钥匙卡片或其它钥匙的阅读装置、一个锁操作器和一个指示电池电压偏低的警报器。改进内容包括加设第一装置、第二装置和第三装置。第一装置用以在插入和读出一有效的钥匙卡片且在电池电压较高时起动锁操作器但不起动警报器。第二装置用以在插入和读出一有效钥匙卡片且在电池电压较低时起动警报器和锁操作器。第三装置用以在插入和读出一有效的钥匙卡片且在电池电压更低时起动警报器但不起动锁操作器。在更低的电压电平时电池装置仍含有足够的能量且输出足以驱动锁操作器的电压。
因此一部分电池能量被储备起来供电池能量大致上消耗光时操作该锁之用，而在更换电池之前继续保障安全。根据本发明的一个特点，电池电压降到较低电平之后，可以用维修所用的或紧急情况所用的钥匙卡片来操作该锁。
图1是实施本发明的一个电子锁的透视图。
图2是图1电子锁各电子元件的示意方框图。
图3（a）和3（b）分别为存储在图1的电子锁中用以根据本发明操纵电子锁中的微处理器的流程图的上部分和下部分。
图4（a）和4（b）分别为图1电子锁中用以根据本发明操纵电子锁中的微处理器的电子计算机程序的另一个实施例的流程图的上部分和下部分。
图1是实施本发明总编号为10的电子锁具的示意图。锁具10包括一个外壳20和一在外壳20中用以接收钥匙卡片23的凹槽22。钥匙卡片23含有以磁的形式存储的锁暗码数据8和状态数据9。假设钥匙卡片23与锁10是有效的，锁暗码数据对应于存储在锁中的一个或一个以上锁暗码，状态数据9则表示卡片的类型即正常出入所用的维修用的或是紧急情况所用的卡片的类型。举例说，钥匙卡片23是那种旅店住客、公司职员或配备有锁具10的宿舍的住户使用的正常出入所用的钥匙卡片。锁具10还包括碰簧销24和用以当锁具开着时操作碰簧销24所用的手柄21。电子锁具10还包括一发光二极管（LED）27和一LED 26，LED 27指示电子锁处于未锁住状态，LED 26指示电池电压偏低的情况。举例说，LED 27是绿的，LED 26是红的，且LED 26以闪烁的方式工作以指示电池处于电压偏低的情况。
图2说明了电子锁具10中的电子模件28的各电子元件和其它元件。电子模件包括一微处理器30。一电可擦可编程只读存储器（EEPROM）32和一随机存取存储器（RAM）34。EEPROM 32给微处理器30提供操作程序并存储锁出入暗码，RAM 34则存储获自钥匙卡面23的锁暗码，并另外起着微处理器30的工作空间和临时存储器的作用。必要时，微处理器30和RAM34可由一个微电子计算机提供。其它元件包括一卡片阅读机36，卡片阅读机36适宜读出钥匙卡片23上的磁性数据，并给装在电子模件28中的阅读电路38提供对应的信号，该阅读电路则包括将卡片阅读机的输出信号转换成数字格式以便传送到微处理器30的处理线路。其它元件也包括一个或一个以上总的用单个电池装置40表示的电池，装在电子模件28中的电池电压传感器42检测着电池装置40的总电压。举例说，电池装置40由三个串联连接的锂电池组成，每个新的电池的电压为3伏。此外，电池电压传感器42还包括一模-数转换器44，模-数转换器44的输出端连接至微处理器30上，以致微处理器30能读出电池装置40的电压。电子模件28还包括一缓冲器或驱动器46和一个缓冲器或驱动器47，微处理器借助于驱动器46能驱动发光二极管26，借助于驱动器47能驱动发光二极管27。如上例中已说过的那样，LED 27由微处理器30以闪烁的方式驱动，而LED 26则以连续的方式驱动一段预定的时间。电子模件28还包括一个或一个以上的缓冲器或驱动器48，借助于这些缓冲器或驱动器，微处理器30能驱动装在电子锁具10中的一个或一个以上的电磁线圈50，以便操纵锁具。
图3是存储在EEPROM 32中用以操纵根据本发明的微处理器30的电子计算机程序的流程图。钥匙卡片23一插入凹槽22中，装在电子锁中的起动开关（图中未示出）就闭合，以便供电给电子模件28，并使微处理器30开始工作（步骤59）。接着，微处理器30读出阅读电路38的输出，从而读出钥匙卡片23上所包含的数据（步骤60）。接下去，微处理器30确定包含在钥匙卡片23上的数据是否表明该钥匙卡片是一个电池电压偏低时出入所用的卡片（步骤62），该卡片的作用即将在下面谈到。由于钥匙卡片23是一个旅店住客、宿舍住户或职员的正常出入所用的卡片，因而微处理器跳到步骤64上。在步骤64中，微处理器将存储在钥匙卡片23中的一个或一个以上的锁暗码与存储在RAM 34或EEPROM 32中的一个或一个以上的锁暗码进行比较。若比较结果是不合适的，则微处理器就跳到步骤84，并在没有操作电磁线圈50下停止供电。但若比较结果表明一个“有效”钥匙卡片是合适的，微处理器确定标记1是否已设置好（步骤66）。正如下面所指出的那样，当电池电压降到第一预定电压值V1或V1以下时就设置标记1。假定电池是新的，则通常是不设置标记1的，而微处理器则激励电磁线圈50（步骤72），并接通绿色LED 27（步骤73）。在激励过程中，微处理器读出电池电压传感器42的输出，以确定在负载情况下的电池电压（步骤74），然后经过预定的足以将锁扣机构驱动到打开状态的时间之后，微处理器使电磁线圈50去激励（步骤76）。接着，据于下面即将谈到的理由，微处理器就使该标记复位或清除该标记3（步骤78）。然后微处理器将步骤74中的电池电压与预定的电池电压电平V1进行比较，以确定电池电压是否已降到V1电平以下。假定还没有达到这个程度，则微处理器清除标记1和2或使它们复位以表明电池电压高于电平V1（步骤82）。然后，微处理器跳到步骤84，该步骤使供电停止。
在接着插入钥匙卡片23或其它有效的正常出入卡片时，电子锁具10按同样的方式工作，直到如步骤80所述的那样在负载情况下电池电压降到电平V1或以下为止。在该步骤中，微处理器开始设置表示该电池电压情况的标记1（步骤81）。然后微处理器确定在步骤74测出的电池电压是否也小于或等于比第一预定电压电平V1低的第二预定电压电平V2（步骤86）。举例说，电池40还新时，其电压等于9伏，参考电压V1在负载情况下为6伏，参考电压在负载情况下为5.5伏。在正常情况下，电池电压第一次降到电压电平V1或以下时是不会低于电压电平V2的，因而微处理器在没有设置标记2的情况下而跳到最终步骤84。虽然下面所述的不应视为是对本发明的一个限制，但在上述插入钥匙卡片23之后，锁就打开，红色LED 27不闪烁。
在以后插入钥匙卡片23或其它有效的钥匙的卡片过程中，钥匙卡片23上的数据被读出（步骤60），微处理器30注意到钥匙卡片上的数据与存储在RAM 34或EEPROM 32中的一个或一个以上的锁暗码数据的匹配情况（步骤64）。结果，微处理器下一步便确定标记1是否已设置（步骤66），并在注意到这种情况时，使红色LED 27闪烁预定的次数（步骤68）。这样做的目的是要使卡片的持有人注意到电池电压偏低的情况。下一步，微处理器就确定标记2是否已设置（步骤70），而由于可能尚未达到这种情况，微处理器就激励电磁线圈50以操作锁（步骤72）。然后，微处理器激励绿色LED 26（步骤73），并接着测定电池的电压（步骤74）。经过操作锁扣机构所需要的时间之后，微处理器30使电磁线圈50去激励（步骤76）并停止激励绿色LED（步骤73），然后使标记3复位（步骤78）。然后微处理器再次将电池电压与第一参考电平V1进行比较（步骤80），并在注意到电池电压小于电压V1时再次设置标记1（步骤81）。接着微处理器30将电池电压与较低的第二参考电平V2进行比较（步骤86）。在正常情况下，电池电压尚未降至电平V2以致微处理器继续进行到最后步骤84。上述一系列过程的特征在于，红色LED 27是闪烁的，锁的操作可以在电池电压降到电平V2之前重复多次，且通常在这些操作过程中，维修人员将会知道电池电压偏低的情况，并按下面谈到的方式更换电池。在这些情况下，维修人员最重要的是手头要有一个能开锁的正常出入所用的卡片、低电压电池出入所用的卡片或紧急情况所用的卡片，这样才能进行检修、拆卸和更换电池。然后维修人员可将正常出入所用的钥匙卡片或其它钥匙卡片插入凹槽22中，以测试新装的电池，并按下面所述使标记1复位。微处理器从步骤59通过步骤60、64、66、68、70、72、73、74、76、78进行下去，然后进行到步骤80。应当指出的是，在上述各步骤中，标记1仍然被设置，且微处理器在打开锁之前使红色LED 68闪烁。然后在步骤80中，微处理器注意到电池电压高于或等于参考电平V1，以致清除标记1或2或使该标记复位（步骤82），并进行到最终步骤84。这之后，正常出入所用的钥匙卡片23会使锁动作而无需激励红色LED 26，直至电池电压降至电平V1为止。
现在假定维修人员在电池电压降至第一参考电平V1之后不去更换电池。这时，钥匙卡片23能在电池电压降至电平V2之前多次打开锁，而在这些操作过程中，红色LED是被激励的。接着，当微处理器30检测到电池电压已降到第二参考电平V2或以下时（步骤86），微处理器继续进行以设置标记2（步骤88），然后跳到最终步骤84。下一次插入钥匙卡片23时，微处理器读出该卡片（步骤60），注意匹配情况（步骤64），并确定标记1是否仍被设置（步骤66）。于是微处理器使红色LED 26闪烁（步骤68），然后检查是否已设置标记2（步骤70）。由于已设置标记2，这时微处理器确定钥匙卡片23是否是个紧急情况所用的卡片，由于它不是，因而确定表明下面所述的低电压电池出入所用的卡片的插入的标记3是否已设置（步骤92），然后跳到最终步骤84，在无需操作锁的情况下停止对电子模件28供电。上述过程是与本发明一致的，因为电池电压已降到电平V2，而电池仍包含其电压足以驱动电磁线圈50并将锁打开的充分能量，但仍然保持安全，而该能量是储备用于插入紧急情况所用的卡片（由步骤90检测）或更换电池时应用的，这些都由紧急情况所用的卡片或低电压电池出入所用的卡片的插入而发出信号的。若钥匙卡片23是由旅店住客、宿舍住户、职员或其它正常出入所用的卡片持有者插入，则这类卡片持有人可将该故障通知维修人员或维修人员会注意到这种情况。无论在上述两种任何一种情况下，维修人员这时应该可以知道电池需要更换的事实。
还应该指出的是，在上述各种情况下，若将紧急情况所用的卡片插入凹槽22中，则微处理机会从其数据注意到该卡片的紧急情况状态，虽然已设置标记1，也已设置标记2，可是当微处理器达到步骤90时，微处理器会进行到步骤72以打开锁。
若这时维修人员不插入紧急情况所用的卡片而插入低电压电池出入所用的卡片，则微测量器在步骤60读出该卡片的状态，且在注意到该状态之后（步骤62），继续进行到表明低电压电池所用的出入卡片的插入设置标记3的步骤（步骤94）。然后，微处理器跳到最终步骤84。这时维修人员应插入一正常出入所用的卡片，按下述方式操作锁。该正常出入所用的卡片一经插入后，微处理器从步骤59顺次地进行到步骤60、62、64、66、68、70、90和92，接着在注意已设置标记时进行步骤72以打开锁。然后，在进行72、73、74、76和78各步骤之后，微处理器进行80、81、86和88各步骤，再次设置标记1和2，因为这时各电池还没有更换。这时，维修人员至进入室内更换锁内的电池。在更换电池之后，维修人员将低电压电池出入所用的卡片插入，以设置标记3，然后插入正常出入所用的卡片23以打开锁，并通过促使微处理器按次序地进行下列步骤使标记1和2复位：在跳至最终步骤84停止供电之前进行步骤59、60、62、64、66、68、70、90、92、72、73、74、76、78、80和82。假设刚装好的电池都是新的，则在插入钥匙卡片23之后，微处理器会如已在前所述那样进行先打开锁而不用设置任何标记1、2或3，也不用使红色LED 26闪烁。
应该指出的是，电池电压一旦降到电平V2后，电池应仍有足够的能量和电压电平供锁进行多次操作之用，因为在多次插入正常出入所用的卡片之前是不可以更换电池的，而插入卡片时，由于要给电子模件28和LED 26的操作供电，是会消耗电池的能量的。此外，电池电压会因环境温度的下降或随着时间的推移而有所下降，在低温情况下或在以后的时间里最好是借助紧急情况所用的卡片或低电压电池出入所用的卡片仍能提供进出该门的可能性。
图4是本发明另一个实施例的流程示意图，该实施例包含图1和图2的各元件，只是EEPROM 32是按图4的流程图编程的。此外，图4中编号与图3流程图中各步骤的编号相同的流程图各步骤表示该微处理器内的相同步骤。根据图4的流程图，若将钥匙卡片23插入凹槽22中，且电池40是新的话，则微处理器执行步骤59、60、64和66，在注意到未设置标记1之后，读出一计数器的输出（步骤69）。该计数器是由微处理器30通过在EEPROM 32中设定某个计数并按下面即将谈到的减少该计数提供的。由于下面即将谈到的原因，当电池是新的时，该计数器最初是设定到某一大值N，如下面步骤89所述的那样。然后微处理器执行步骤72、73、74和76，再把电池在负载情况下的电压与第一预定电平V1进行比较（步骤80）。由于电池是新的，因而其电压应大于电平V1，以致微处理器进行下去以将标记1复位（步骤83），而这在上述实例中是已经复位的，然后将计数器设定到N值（步骤89）。这之后，微处理器使供电停止（步骤84）。
总起来说，在上述操作过程中，当电池是新的时，锁被打开，红色LED 26不被激励，标记1被复位，计数器等于“N”。在以后多次插入正常出入所用的卡片23的过程中，会重复同样的步骤，直至电池电压降到电平V1或以下为止。在该时间内，微处理器从步骤80进行到步骤81，在步骤81中，微处理机设置标记1，然后使供电停止（步骤84）。因此，在下一次插入钥匙卡片23的过程中，微处理器如上述那样进行步骤59、60和64，然后进行到步骤66，在步骤66中它注意是否已设置标记1。接着，微处理器使计数器的计数减少1（步骤67），并使红色LED 26闪烁以表明电池电压处于偏低状态（步骤68）。然后微处理器读出计数器的输出，确定其值，并假定它原先为一相当大的数，例如100，这时计数器的计数仍然比零大得多，于是微处理器执行步骤72、73、74和76，在步骤76中，它操作锁并激励绿色LED。如下面即将谈到的那样，原始计数值“N”确定在电池电压降到V1电平之后可用正常出入所用的卡片23操作锁的次数。在这些“N”操作过程中，希望能引起维修人员对电池电压的降低的注意，从而按下面即将谈到的程序更换电池。
在步骤76之后，微处理器再次检查电池电压，且在注意到电池电压小于或等于V1时，再次设置标记1（步骤81），然后使供电停止下来（步骤84）。在锁的这些“N”操作过程中，维修人员可能会插入正常出入所用的卡片（或紧急情况所用的卡片或低电压电池出入所用的卡片，如下面即将谈到的），以便进入门内，然后将电子锁具10内部分消耗了的电池换新。更换电池之后，维修人员再次将卡片插入凹槽22中，于是微处理器进行步骤59、60、64、66、67、68、69、72、73、74、76和80，且在注意到这时电池电压已大于或等于V1时，使标记1复位（步骤83），然后将计数器恢复到“N”（步骤89）。这之后，，电子锁具会如先前所述的那样按图4的流程图操作。
若维修人员在第“N”操作时电池电压降到V1电平之后在“N-1”操作期间不更换电池，微处理器会进行第59、60、64、66、67、68和69各步骤，且在注意到计数器已达到级零时，微处理器就检查已插入的卡片是紧急情况卡片抑或是低电压电池所用的出入卡片（步骤71）。若为两种卡片中的任一种，则微处理器就执行步骤72、73、74和76以操作锁，以便避免紧急情况发生或更换电池。但若所插入凹槽22中的卡片既不是紧急情况所用的卡片也不是低电压电池出入所用的卡片，则微处理器进行步骤84，使供电停止。参考电平V1和计数器值“N”是这样选择，使电池电压等于V1之后的“N”次操作之后，电池所具备的能量和电压输出还足以使它可以多次操作锁，其理由上面已经谈过，以便维修人员可以进入室内更换电池，以便在紧急情况下进入室内，和以便在环境温度下降时提供容限。
其次，若维修人员插入紧急情况所用的卡片或低电压电池出入所用的卡片，则微处理器会依次进行步骤59、60、64、66、67、68、69、71、72、73、74和76以打开锁，然后通过步骤80和81使供电停止。维修人员更换电池之后，维修人员再次插入紧急情况所用的卡片或低电压电池出入所用的卡片，以便再次顺次根据步骤59、60、64、66、67、68、69、71、72、73、74和76使锁打开，然后微处理器将电池电压与参考电平V1进行比较（步骤80）。在注意到电池电压现在大于电平V1之后，微处理器使标记1复位（步骤83），并将计数器设定到等于“N”（步骤89）。这之后，任何时候只要往凹槽22中插入正常出入所用的卡片时，锁就会根据图4的流程图如先前上面所述的那样操作，而无需使红色LED 26受激励。
上面公开了实施本发明的电子锁具。但只要不脱离本发明的范围，是可以对它们进行各种修改和变换的。举例说，可以对图3进行这样的修改：可以取消步骤62和94，令步骤60直接引到步骤64;取消步骤92，令步骤90的“否”输出端直接引到最终步骤84;取消步骤78，令步骤76直接引到步骤80;扩大步骤90，使得插入紧急情况所用的卡片或低电压电池出入所用的卡片时可使过程引到步骤72、73、74和76，在步骤76中锁被打开。因此本发明已以举例说明的方式加以公开，所举实施例并不对本发明起限制作用。