一种带电子标签的电动牙刷及其控制方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201610553173.5 | 申请日 | 2016-07-14 | 公开(公告)号 | CN106580502A | 公开(公告)日 | 2017-04-26 |
| 申请人 | 舒可士(深圳)科技有限公司; | 发明人 | 孟凡迪; | ||||
| 摘要 | 一种带 电子 标签的电动 牙刷 包括可分离地或固定连接的刷柄主体和牙刷头组件；牙刷头组件包括刷头和电子标签；刷柄主体包括 电池 、主控制系统、 电机 、通讯模 块 和电子标签读取模块；电子标签读取模块通过 电磁感应 ，读取所述电子标签信息传递至主控制系统，主控制系统依据接收到的信息计算获得包括使用次数和时间在内的牙刷头组件使用信息，主控制系统依据牙刷头组件使用信息判断是否授权所述牙刷头组件，即是否启动所述电机并且使其带动牙刷头组件正常运动。本 发明 解决了刷头组件与刷柄主体的自动匹配和管理问题，刷头组件的电子标签进行了 软件 加密处理，刷头组件的使用次数和使用时间将被记录保存，并提醒用户按期更换刷头。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种带电子标签的电动牙刷(10)，包括牙刷柄主体组件(500)和牙刷头组件(200)； |
||||||
| 说明书全文 | 一种带电子标签的电动牙刷及其控制方法技术领域背景技术[0002] 随着技术的不断发展和生活水平的提高，具有动力驱动的电动牙刷的应用也越来越广泛。有动力驱动的电动牙刷通过振动器带动牙刷的物理运动帮助人们更高效的完成清洁口腔并美白牙齿各种活动，改善刷牙的效果。 [0003] 现有技术中，现有电动牙刷的刷头匹配有几个问题:容易被仿制刷头混用，仿制刷头很多品质和卫生标准不合格；刷头要求按期更换，但用户常遗忘刷头的使用时间而超时使用，影响刷牙效果。 [0004] NFC(Near Field Communication)近场通信由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体公司）、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。NFC是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于10厘米距离内。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、ECMA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式，一般分为控制器和电子标签，控制器可以读写电子标签中的信息。 发明内容[0005] 本发明目的在于解决现有技术中电动牙刷牙刷头组件和刷柄主体不能自动匹配和智能管理问题，而提出一种牙刷头组件和刷柄主体能通过电子标签进行自动匹配智能识别和管理的电动牙刷。 [0006] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是一种带电子标签的电动牙刷：包括牙刷柄主体组件和牙刷头组件；所述牙刷柄主体组件和所述牙刷头组件可分离地连接；其特征在于，所述牙刷头组件包括用于标识牙刷头组件的电子标签；所述牙刷柄主体组件包括用于提供电动牙刷工作所需电能的电池、用于电动牙刷控制和数据处理的主控制系统、用于带动刷头运动的电机和用于读取所述电子标签信息的电子标签读取模块；当所述牙刷柄主体组件和所述牙刷头组件组合为一体时，所述电机的轴与所述牙刷头组件连接并带动牙刷头组件运动；所述电子标签读取模块通过电磁感应，读取所述电子标签信息并将信息传递至所述主控制系统，所述主控制系统依据接收到的电子标签信息，判断所述牙刷头组件的合法性。 [0007] 所述牙刷头组件还包括牙刷头柄和嵌合体；所述嵌合体一端与所述牙刷头柄嵌合或固定连接为一体，所述嵌合体另一端与所述刷柄主体中电机的轴可分离地连接；所述电子标签具有NFC功能，所述电子标签包括电子标签芯片和与所述电子标签芯片电连接的电子标签天线；所述电子标签芯片设置在所述嵌合体内部；所述电子标签天线缠绕在所述嵌合体外壁上或缠绕在嵌合体上专门容置缠绕天线的环形凹槽内。 [0008] 所述牙刷头组件还包括一体式刷头和保护套；所述电子标签具有NFC功能，所述电子标签包括电子标签芯片和与所述电子标签芯片电连接的电子标签天线；所述电子标签芯片设置在所述一体式刷头内部，所述电子标签天线线缠绕在所述一体式刷头近端部的外壁上或缠绕在所述一体式刷头上专门容置缠绕天线的环形凹槽内；所述保护套与一体式刷头套接或者粘接为一体，将所述所述电子标签包覆住；所述一体式刷头非刷毛的一端与所述刷柄主体中电机的轴可分离地连接。 [0009] 所述电子标签读取模块具有NFC功能，所述电子标签读取模块包括电子标签读取模块标签芯片和电子标签读取模块天线，所述电子标签读取模块标签芯片与电子标签读取模块天线电连接；所述电子标签读取模块天线环绕在所述牙刷柄主体组件一端的外壁上，其环绕的位置是靠近所述所述牙刷柄主体组件与所述牙刷头组件连接的一端；或所述电子标签读取模块天线环绕在所述牙刷柄主体组件一端的设置的用于容置缠绕天线的凹槽中；或所述电子标签读取模块天线环绕在电机输出轴的缓冲硅胶垫上，该缓冲硅胶垫套接在电机输出轴上；或所述电子标签读取模块天线也可以环绕在电机输出轴的缓冲硅胶垫上设置的用于容置缠绕天线的凹槽中。 [0010] 所述牙刷柄主体组件还包括用于电动牙刷同外部系统通讯的通讯模块；所述通信模块接收外部系统的控制指令并传送至所述主控制系统；所述通信模块将电动牙刷的信息传输到外部系统；所述通讯模块为包括蓝牙、3G或2.5G的无线通讯模块，所述通讯模块能与具有无线通讯功能的终端设备进行无线通讯；所述终端设备，包括手机、移动电脑和专用牙刷管理终端。 [0012] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案还可以是一种带电子标签的电动牙刷的控制方法，包括以下步骤：步骤A0：主控制系统通过电子标签读取模块读取所述电子标签,获得牙刷头组件的ID数据；步骤B0：CPU系统判读所述牙刷头ID数据,判定所述牙刷头组件是合法或非法。 [0013] 所述的控制方法，还包括步骤:步骤C10：主控制系统判定所述牙刷头组件是合法的新牙刷头组件；步骤C11：主控制系统为该新牙刷头组件的使用时间计数器清零或置零。 [0014] 所述的控制方法，还包括步骤:步骤D10：主控制系统判定所述牙刷头组件是合法旧牙刷头组件；步骤D20：主控制系统对所述牙刷头组件的使用计数器进行累计计数;步骤D30：如果所述计数器累计计数超过设定值,通过外部终端或牙刷柄主体组件上的指示灯提醒用户更换所述牙刷头组件。 [0015] 所述牙刷柄主体组件还包括用于电动牙刷同外部系统通讯的通讯模块，所述主控制系统通过所述通讯模块与外部终端无线电连接；所述的控制方法，还包括步骤:步骤E10：主控制系统向外部终端发送当前正在连接的牙刷头组件信息；步骤E20：所述主控制系统通过外部终端或牙刷柄主体组件上的指示灯提醒用户正在连接的所述牙刷头组件为非法;步骤E30：所述主控制系统通过外部终端或牙刷柄主体组件上的指示灯提醒用户正在连接的所述牙刷头组件为合法,并给出所述牙刷头组件的累计使用时间数据；当累计使用时间数据超出设定的更换时间间隔时，在外部终端或牙刷柄主体组件上的指示灯上输出提醒信息，以提醒用户更换所述所述牙刷头组件。 [0016] 同现有技术相比较，本发明的有益效果至少包括：1.通过在牙刷头组件上设置电子标签，主控制系统可以方便快捷的识别、获取并处理牙刷头组件的信息，这些信息包括使用次数和时间、是否为合法牙刷头信息，使用次数和使用时间将被记录保存，并会根据使用次数和时间提醒用户按期更换牙刷头组件；2.电子标签天线和电子标签读取模块天线都环状缠绕并且在牙刷组合状态两者间距小，解决了天线的信号接受强度问题，节省了刷柄主体刷柄主体电池电量消耗；3.电子标签芯片设置嵌合体内，并通过嵌合体嵌入在刷头柄内部，或者电子标签芯片设置在一体式刷头的内部并设置有保护套覆盖，防止水汽对电子标签芯片及其相关电子部件的影响;4.通过对电子标签芯片进行ID码加密算法处理,提升了仿制非法牙刷头组件的难度。 附图说明 [0017] 图1是本发明带电子标签的电动牙刷优选实施例之一的系统架构示意图；图2是本发明优选实施之二的分解结构示意图之一； 图3是本发明优选实施之二的分解结构示意图之二，其中所述刷柄主体500部分为侧视示意图； 图4是本发明优选实施之二的分解结构示意图之三，其中刷柄主体500部分移除了部分部件使得所述电子标签读取模块标签芯片581和电子标签读取模块天线583的连接关系可见； 图5是本发明优选实施之三的牙刷头组件200分解结构示意图; 图6是本发明涉及的电动牙刷控制方法的优选程序流程图； 图7是电动牙刷向外部终端上报信息流示意图； 图8是本发明优先实施例之四的系统架构示意图； 图9是本发明优先实施例之五的电原理图之一，图中无源天线L2内置在牙刷头组件上； NFC天线L1设置在刷柄主体上； 图10是本发明优先实施例之五的电原理图之二，该图中仅示出了主控制系统的CPU部分的电原理图；主控制系统中的CPU控制电子标签读取模块580即NFC模块实现对牙刷头组件上的电子标签数据的读取并进行数据处理。 具体实施方式[0018] 以下结合各附图对本发明的实施方式做进一步详述。 [0019] 如图1所示的一种带电子标签的电动牙刷10的优选实施例包括牙刷柄主体组件500和牙刷头组件200；所述牙刷柄主体组件500和所述牙刷头组件200可分离地或固定连接；其特征在于，所述牙刷头组件200包括牙刷头210和用于标识牙刷头组件200合法性的电子标签220；所述牙刷柄主体组件500包括用于提供电动牙刷工作所需电能的电池530、用于电动牙刷控制和数据处理的主控制系统550和用于带动刷头运动的电机560、用于电动牙刷同外部系统通讯的通讯模块570和电子标签读取模块580；当所述牙刷柄主体组件500和所述牙刷头组件200组合为一体时，所述电机560的轴与所述牙刷头组件200连接并带动牙刷头组件运动；所述电子标签读取模块580通过电磁感应，读取所述电子标签220并将所述电子标签220信息传递至所述主控制系统550，所述主控制系统550依据接收到的电子标签220信息判断是否授权所述牙刷头组件200。所述主控制系统550可以计算获得包括使用次数和时间在内的所述牙刷头组件200使用信息，所述主控制系统550依据牙刷头组件使用信息判断是否授权所述牙刷头组件200，即是否启动所述电机560并且使其带所述牙刷头组件200正常运动。 [0020] 计算获得包括使用次数和时间在内的所述牙刷头组件200使用信息，所述主控制系统550依据牙刷头组件使用信息判断是否授权所述牙刷头组件200，即是否启动所述电机560并且使其带所述牙刷头组件200正常运动。 [0021] 如图1所示，所述电池530可以采用一次性电池或可充电电池，采用可充电电池，电池内可以包括电池充放电管理模块；主控制系统和电池分别与电池电连接，获得电池供电。所述电机560可以是传统的转动马达，也可以是电子震动装置。所述主控制系统550为系统的控制与数据处理中心，包括主控CPU,主控CPU接收来至通讯模块的指令与信息并控制电机的运行。 [0022] 如图1和8所示，所述通信模块570接收外部系统的控制指令并传送至所述主控制系统550；同时，所述通信模块570将电动牙刷的信息传输到外部系统；所述主控制系统550依据接到的控制指令控制所述电机560的运行；所述电子标签读取模块580和所述电子标签220采用NFC通信方式；所述电子标签读取模块580和所述电子标签220内部可以设置有用于NFC通信的芯片和天线。 [0023] 所述通信模块570，该通讯模块可以是蓝牙模块或其他无线协议或有线协议的通讯模块。所述通讯模块570为包括蓝牙、3G和2.5G的无线通讯模块，所述通讯模块570能与具有无线通讯功能的终端设备进行无线通讯；所述终端设备，包括手机、移动电脑和专用牙刷管理终端。 [0024] 随电子科技进步，SOC即片上系统技术发展，一个芯片中可以集成多个功能子系统，NFC控制器、主控CPU以及通信模块570；可以设置在一个物理芯片上，也可以分别设置在不同的芯片上，根据不同具体场合的应用情况进行随机组合；即上述的几个模块可以分别集成在不同的物理芯片中，也可以几个模块功能组合在不同的物理芯片中，不同的物理芯片组合完成上述功能，也可以都集成在一个物理芯片上。 [0025] 如图2至4所示的一些实施中，所述牙刷头210包括牙刷头柄210和嵌合体230；所述嵌合体230一端与所述牙刷头柄210嵌合或固定连接为一体，所述嵌合体230另一端与所述刷柄主体中电机的轴563可分离地连接；所述电子标签220具有NFC功能，所述电子标签220包括电子标签芯片221和与所述电子标签芯片221电连接的电子标签天线222；所述电子标签芯片221设置在所述嵌合体230内部所述电子标签天线222缠绕在所述嵌合体230外壁上或缠绕在嵌合体230上专门容置缠绕天线的环形凹槽内。 [0026] 如图5所示的一些实施中，所述牙刷头组件200包括一体式刷头410和保护套420；所述电子标签220具有NFC功能，所述电子标签220包括电子标签芯片221和与所述电子标签芯片221电连接的电子标签天线222；所述电子标签芯片221设置在所述一体式刷头410内部，所述电子标签天线222线缠绕在所述一体式刷头410近端部的外壁上或缠绕在所述一体式刷头410上专门容置缠绕天线的环形凹槽内；所述保护套与一体式刷头410套接或者粘接为一体，将所述所述电子标签220包覆住；所述一体式刷头410非刷毛的一端与所述刷柄主体中电机的轴230可分离地连接。 [0027] 如图2至5所示，所述电子标签天线222的缠绕方式有两种：如图2至4所示的是一种内嵌式缠绕，缠绕在嵌合体230的外壁上或缠绕在嵌合体230上专门容置缠绕天线的环形凹槽内，该嵌合体230为锥形的内支撑塑料件；嵌合体230与牙刷头柄210采用匹配式设计，天线和芯片安装好后，嵌合体230紧密嵌入到牙刷头柄210的内腔，并用热压或超声方式使它们紧密结合；如图5所示的是另一种外缠绕加罩方式，天线缠绕安装在一体式刷头410下端，该下端可以专门设计天线放置的位置里，天线和芯片安装好后，加上一个密封保护套或保护罩，用热压或超声方式紧密的与刷头结合在一起，保证刷头的防水功效。 [0028] 为了安装电子标签，牙刷头组件可以有不同形式的分离部件，便于生产组装。 因牙刷头组件工作的场景为多水环境，需要对电子标签芯片与电子标签天线做防水处理，同时为了防止电子标签的被更换，将电子标签芯片粘接或固定连接在牙刷头组件上是较佳的实施方式。 [0029] 如图2至4所示的一些实施中，所述电子标签读取模块580具有NFC功能，所述电子标签读取模块580包括电子标签读取模块标签芯片581和电子标签读取模块天线583，所述电子标签读取模块标签芯片581与电子标签读取模块天线583电连接，所述电子标签读取模块天线583环绕在所述牙刷柄主体组件500一端的外壁上，或所述电子标签读取模块天线583环绕在所述牙刷柄主体组件500一端的设置的用于容置缠绕天线的凹槽中，其环绕的位置是靠近所述所述牙刷柄主体组件500与所述牙刷头组件200连接的一端。所述电子标签读取模块天线583也可以环绕在电机输出轴536的缓冲硅胶垫上，该缓冲硅胶垫套接在电机输出轴536上；所述电子标签读取模块天线583也可以环绕在电机输出轴536的缓冲硅胶垫上设置的用于容置缠绕天线的凹槽中。 [0030] 所述电子标签读取模块天线583和电子标签天线222均采用铜丝漆包线，线径和缠绕圈数可以根据实际通讯的需求与主控系统以及相应的芯片进行匹配设置。 [0031] 现有技术中，现有的NFC技术一般使用在IC卡上，用于消费、停车场出入口 刷卡，门禁等场所。IC卡上虽然也包含无源天线，但接触距离很近，IC卡的平面结构也很利于天线分布，主机电源充足，环境稳定。电动牙刷产品空间小，主机结构紧凑，刷柄主体的顶端和牙刷头组件通过的高频马达的转轴连接，且电动牙刷需要考虑节能，通讯部分的功耗也不能做得很大；本发明中，采用了缠绕式天线设计，不仅在非常小的牙刷柄主体组件500和牙刷头组件200内部很好的布局了部件的位置，而且牙刷柄主体组件500和牙刷头组件200上的缠绕式天线的间距非常近，因此大大提高了通讯信号的幅度，提高了系统的抗干扰性能和通讯可靠性，数据传输可靠、效果好。 [0032] 所述电子标签220中包括一组经过加密算法处理后的ID码数据,该数据能由电子标签读取模块580读取并传送至所述主控制系统550,所述主控制系统550依据接收到的解密获得该ID码数据并判断该ID码为合法或者非法，合法时所述主控制系统550控制电机带动所述牙刷头组件200正常运转。 [0033] 所述述电子标签中可以包括一组经过加密算法处理后的ID码数据,该数据能够由刷柄主体上的电子标签读取模块读取,并解密获得该ID码数据, 主控制系统能够判断所述ID码是否为合法或者非法数据。 [0034] 如图6和7所示，一种基于上述的电动牙刷的电动牙刷控制方法，包括以下步骤：步骤A0：主控制系统550通过电子标签读取模块580读取所述牙刷头组件200中的电子标签220,获得所述牙刷头组件200的信息数据，该信息数据包括所述牙刷头组件200的使用次数、使用时间和ID码；步骤B0：主控制系统550依据步骤A0所以获得的所述牙刷头组件200的信息数据进行计算和判断获知所述所述牙刷头组件200是合法或非法。 [0035] 如图6和7所示，所述的控制方法，还可以包括步骤:步骤C10：主控制系统550判定所述牙刷头组件200是合法的新牙刷头组件200；步骤C11：主控制系统550为该新牙刷头组件200的使用时间计数器清零。 [0036] 如图6和7所示，所述的控制方法，还可以包括步骤:步骤D10：主控制系统550判定所述牙刷头组件200是合法旧牙刷头组件200；步骤D20：主控制系统550对所述牙刷头组件200的使用计数器进行累计计数;步骤D30：如果所述计数器累计计数超过设定值,通过外部终端或牙刷柄主体组件500上的指示灯提醒用户更换所述牙刷头组件200。其中，步骤D30，图中未给出。 [0037] 如图6和7所示，所述的控制方法，还可以包括步骤:步骤E10：所述主控制系统550通过所述通讯模块570与外部终端无线电连接,上报当前正在连接的所述牙刷头组件200信息；步骤E20：所述主控制系统550通过外部终端或牙刷柄主体组件500上的指示灯提醒用户正在连接的所述牙刷头组件200为非法;步骤E30：所述主控制系统550通过外部终端或牙刷柄主体组件500上的指示灯提醒用户正在连接的所述牙刷头组件200为合法,并给出所述所述牙刷头组件200的累计使用时间数据，当累计使用时间数据超出设定的更换时间间隔时，在外部终端或牙刷柄主体组件500上的指示灯上输出提醒信息，以提醒用户更换所述所述牙刷头组件200。 [0038] 在正常应用中，电动牙刷主机开机后,主控制系统中的CPU完成初始化，通过所述电子标签读取模块580中的电子标签读取模块标签芯片581即NFC控制芯片发指令给牙刷头组件200中的电子标签220中的电子标签芯片221即NFC控制芯片，读取牙刷头组件200中的电子标签220中的编码数据；主控制系统将读取的数据与CPU内存的校验算法进行核对校验，做出数据判别；数据判别结果有四种可能：合法新刷头、合法旧刷头、非法刷头、无刷头；主控制系统根据判别结果做出处理办法。如果是非法刷头或无刷头，将通过刷柄主体上的LED灯闪烁提示，并不能进行后续电动刷牙操作。如果是合法刷头，将进行刷牙时间数据记录。当合法刷头使用时间达到损坏点的时候，也将提示用户。判定为非法牙刷或无牙刷后，牙刷电机不转动或转动几秒后停止。 [0039] 电子标签220中的编码数据以及在电子标签芯片221即NFC控制芯片里预先写入的一系列数据代码，包括制造商数据代码码，产品数据代码，加密码１，加密码２，加密算法验证码1，加密算法验证码2，甚至更多的加密算法验证码，直至达到芯片内存容量之内的极限。制造商编码和产品编码采用明码方式，加密码１和加密码２采用256位以上的加密编码，加密验证码１和加密验证码２，为加密码1和加密码2需要的主控制系统中的加密验证算法进行验证。未来累计的刷头组件产销量巨大时，加密算法验证码还可以继续扩充到加密算法验证码3,4等更高位或字节数的验证码。这样也可以防止假冒刷头解密后，新生产的刷头采用新的加密算法，并保持原来生产的产品的算法兼容性。 [0040] 图9和10所示无源天线L2内置在牙刷头组件上；NFC天线L1设置在刷柄主体上；图10中仅示出了主控制系统的CPU部分的电原理图；主控制系统中的CPU控制电子标签读取模块580即NFC模块实现对牙刷头组件上的电子标签数据的读取并进行数据处理；主控制系统的CPU选用带蓝牙通用接口的型号为51822的CPU，该CPU内置蓝牙通讯模块，在进行数据处理后可以通过蓝牙通讯传输到手机上，在手机软件上实现用户功能管理，如刷头使用情况、更换提示、刷牙时间记录等等 。 [0041] 刷头组件中的电子标签芯片221即NFC控制芯片里植入一组带加密算法的ID码数据，被主控制系统读取后通过CPU进行算法验证，当时间久远主机刷头数据量巨大，主机验证算法和数据库可以通过蓝牙连接到手机APP上，进行验证算法升级及数据库更新。 [0042] 现有技术中牙刷头的防伪，一般采用条码防伪或联网查询防伪等方法，通过外部识别设备进行真伪识别，不能用户主机自动识别。在生产和使用过程中都不能进行实时的识别匹配。 [0043] 现有技术中的刷头通常没有自动记录使用次数和使用时间的数据记录功能，即使有记录数据的功能，也比较麻烦，通常是换刷头后用户的大致记忆时间，或换新刷头后在手机APP上标记一下时间，有效时间到期后需要通过外部提醒，无法进行智能化的进行刷头管理。 [0044] 采用合理巧妙的方式将NFC器件，即芯片和天线都集成到电动牙刷的刷柄主体和刷头组件上。每个刷头组件有唯一的NFC标签ID码，通过NFC技术实现匹配，刷头组件第一次使用后即与主机唯一配对，之后刷头使用次数和时间数据被精确管理，并提醒用户刷头更换时间。刷头使用次数和时间数据可以在电动牙刷中进行数据处理并提醒用户更换刷头；也可以通过蓝牙传输至手机APP，通过APP管理数据及提醒用户更换牙刷头；刷头组件可以加密，非原装牙刷，主控制系统会识别为非法牙刷，装上后不可以正常开机并提醒用户。主控制系统内的数据验证算法可以通过蓝牙连接到手机，及时的升级和更新。 [0045] 本发明解决电动牙刷刷头与主机的自动匹配和管理问题。刷头与主机的匹配主机和软件进行加密处理。刷头的使用次数和使用时间将被记录保存，并提醒用户按期更换刷头。 |
||||||
