CN101722923A - 一种带电子注册码的电动车防盗控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带电子注册码的电动车防盗控制器，其主要技术要点是：电动车控制器的硬件部分基本不变，但在控制软件中增加了电子注册码的认证过程，电控锁开启时以碰触式输入方式将密码钥匙内的电子注册码自动输入到电动车控制器中，控制器通过将输入的电子密码与存储在控制器芯片内的数字密码进行比较，一致时可以启动电动车，不一致时不能启动电动车。构成一种成本低、功能强、抗干扰和防盗性好的防盗器与控制器一体化的新型电动车控制器。

Description

一种带电子注册码的电动车防盗控制器

技术领域：

本发明属于计算机数字技术在电动车控制器中的应用发明，具体涉及一种带电子注册码的电动车防盗控制器。

背景技术

无刷电机是目前最普及的电动车动力源，其控制器的发展分两个阶段：第一阶段以使用专用芯片为主的纯硬件电路控制器，这种电路较为简单，目前已被淘汰；第二阶段是以使用MCU为主的控制芯片，通过模拟、数字、大功率MOSFET驱动等技术实现的智能化控制，较好的解决了电动车采用无刷电机带来的换向问题、负载稳定性问题和对控制器、电机、电源的保护等问题。但是，目前所有的电动车控制器在防盗控制方面并没有更多的技术突破，大都是保留了一个防盗输入接口，以一个电平信号作控制，通过外接防盗控制报警器实现防盗控制。这样的设计带来的缺陷很多：一是只有阻吓作用没有防盗作用，打开电门锁就可开动车辆；二是成本高，外加的防盗报警器包括现场报警和现场加无线报警两种型式，相对成本较高；三是抗干扰能力差，通过感应车辆瞬间变化来报警，误报率太高，扰民现象严重；四是无线报警由于民用频率的局限性，与其它无线控制设备之间的各种干扰概率很高，采用遥控钥匙的电动车，在防干扰方式盗开问题上是无法解决的难题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种带电子注册码的电动车防盗控制器。

所采用的技术方案是：

一种带电子注册码的电动车防盗控制器，电动车控制器包括硬件部分的控制***，在控制***中增加了电子注册码的认证程序，电子注册码认证程序分三个过程：第一个过程是原始注册码保存，进入主程序后读取钥匙密码，判断是否是管理密码，不是即为用户密码，判断控制器里是否有注册码1，没有即将该用户密码保存为注册码1，有判断控制器里是否有注册码2，没有即将该用户密码保存为注册码2，完成第一个过程，即在控制器的EEPROM内建立原始出厂配套钥匙的注册码；第二个过程是工作过程，即在第一个过程后判断钥匙密码是否为注册码，是进入电动车控制***初始化程序，不是执行电子刹车控制程序；第三个过程是注册码变更程序，读到管理密码后等待读取钥匙密码，判读是否是合法的注册码，即确认变更者的合法性，循环确认两个注册码都有效后，再次读入的钥匙密码被确认并保存为新的注册码；当判断不是注册码时，电子刹车控制程序对非法对码行为实施防盗保护；为防止对码解密，在读到管理密码等待读取原来的钥匙密码之间加了等待时间，等待时间设置为1～5秒。

2、电子注册码采用TM卡芯片技术，结构形式为碰触式数码芯片钥匙(已申请专利：申请号：200820167444.4)是一种坚固而廉价的数据载体。

为提高电动车的防盗能力本发明采用了电子注册码技术，该电子注册码共64位，不会与其它任何一个1-wire总线器件相重，前8位是1-wire总线家族码，后48位是器件唯一的系列码，最后8位为前56位数据的CRC校验码。其达到的益处：一是即便电动车的电门控制锁被打开，车辆也启动不了；二是即便车辆被盗，没有合法钥匙，车辆也无法启动；三是成本低，是一种在原由硬件基础上通过软件升级实现的防盗技术，成本不到无线报警控制器的十分之一；四是抗干扰能力强，通过接触式方式实现电子注册码的传输，防盗判别是数字认证而不是感应检测；五是防拆卸能力好，控制器读取的是一组密码，而不是高或低电平，即使将数据线剪断，也无法使控制器正常工作；六是技术成熟可靠性高，采用的TM芯片技术和MCU技术是目前应用最广的技术，无技术难点和可能存在的技术隐患；七是整体提升了电动车的防盗性能，避免了用户二次加装防盗设备带来的不必要的费用和可能存在的对整车性能的影响；八是能以技术手段抑制偷盗行为。

本发明的技术特点是：电动车控制器的硬件部分不变，但在控制软件中增加了电子注册码的认证过程，锁具开启时以碰触方式将电子注册码自动输入到电动车控制器，通过电子注册码的确认控制车辆启动达到防盗目的。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本专利的电子注册码认证程序逻辑框图

图2是本专利的主程序逻辑框图

图3是本专利的中断程序逻辑框图

图4是本专利的电路原理框图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明：

如图1所示，电子注册码认证程序分三个过程：第一个过程是原始注册码保存，进入主程序后读取钥匙密码，判断是否是管理密码，不是即为用户密码，判断控制器里是否有注册码1，没有该用户密码即保存为注册码1，有判断控制器里是否有注册码2，没有该用户密码即保存为注册码2，完成第一个过程，即在控制器的EEPROM内建立原始出厂配套钥匙的注册码。第二个过程是工作过程，即在第一个过程后判断钥匙密码是否为注册码，是进入电动车控制***初始化程序，不是执行电子刹车控制程序。第三个过程是注册码变更程序，读到管理密码后等待读取原来的钥匙密码，即是否是合法的注册码，循环确认两个注册码都有效后，再次读入的钥匙密码被确认并保存为新的注册码。当判断不是注册码时，电子刹车控制程序对非法对码行为实施防盗保护；为防止对码解密，在读到管理密码等待读取原来的钥匙密码之间加了等待时间，等待时间设置为1-5秒。

对电动车控制器软件设计的一个重要指标就是实时控制的速度，由于电子注册码的确认过程是在实时控制主程序前预先完成的，因此，增加电子注册认证过程不会影响控制程序的运行速度。

电动车电子刹车的原理是通过在电机线圈上施加反向电流产生电子刹车转矩。电动车控制器通过软件控制可以产生五种电子刹车方法：

1、双侧斩波：驱动电路中的上/下两端有两个MOS导通由PWM控制。特点是电流波动较小，转矩脉动小，但电机转速很低时蓄电池是有功率输出。

2、单管单侧斩波：驱动电路中的上端MOS关闭，下端一个MOS管导通由PWM控制，其余两个MOS关闭。特点是电流波形波动较大，转矩脉动大，存在相间续流，因而电机定子绕组的铜耗较大。

3、双管单侧斩波-驱动电路中的上端MOS关闭，下端一个MOS管导通由PWM控制，其余两个MOS关闭。特点是转矩较大，噪声小。

4、点刹方式：上端MOS关闭，下端三个MOS间断开通。特点是力矩大，适合高速时候快速刹车。

5、抱锁：上端MOS关闭，下端三个MOS全通。特点是力矩大，适合低速时候快速刹车和防盗控制。

主程序完成的功能性要求：1、电子换相，2、无级调速，3、刹车断电，4、限速51+1助力，6、ABS柔性电磁刹车，7、定速巡航，8、消除换相噪音，9、倒车；

主程序完成的安全性要求：1、限流驱动，2、过流保护，3、堵转保护，4、电池欠压保护，5、节能和降低温升，6、防盗锁死，7、温升限制，8、故障检测功能。

如图2所示，程序的一般工作流程

***初始化：PWM开启，ADC，比较器，PGA等的设置；获取工作参数(工作模式，电流参考值等)MOSFET和电池电压检测。

控制主程序一般流程：参考工作电流的调整——巡航输入检测和状态更改——速度命令的更新——电池电压检测及最大参考工作电流的更新——堵转处理——输出状态指示——返回参考工作电流的调整

控制器在软件设计上综合考虑单片机的处理速度，都采用定时中断去检测***特殊变化，并作出快速处理和反应。

如图3所示，中断程序一般流程：

中断入口——过流中断检测——TMR中断检测——A/D中断检测(包括电流、转把、刹车、电池电压)——刹车中断检测——返回中断入口

如图4所示，电动自行车控制***主要由以下几部分组成：以MCU控制器为主的单片机控制电路，其主要功能是完成电机的起动、换相、调速、制动等控制并实现对电机、电池的保护；以IR2132S为核心的驱动、逆变电路，其主要功能是利用IR2131S的自举技术驱动功率MOSFET管控制电机电流；位置信号处理电路、电流信号处理电路以及一些***保护、辅助电路，其主要功能有完成对信号的采样、对电路的供电、提供显示信号、发出报警信号等功能。

基本工作原理是：MCU的PWM输出端口经驱动芯片，驱动功率场效应管，由其组成的三相全桥驱动电路对电机进行控制，位置检测和电流检测形成负反馈，位置检测的同时可以计算出电机转速参数，因此可以对电机进行位置环、速度环和电流环的三闭环控制。位置参数由无刷直流电动机自带的霍尔元件测出，并由MCU的C端口进行捕捉定位，反馈的电流量是通过检测旁路电阻上的压降实现的，由MCU自带的A/D进行采样、转换。

电路一般可以分成五部分：

一、电源部分

控制器有三组电源，第一组是提供总能源的电池，板子上的电解电容是退耦用的，用于消除由于电源线、电路板走线所带来的电阻、寄生电感等引起的杂波干扰，由于工作在大电流、高频率、高温状态下，特别对电解电容有损耗角小、耐高温的要求，普通的电解电容容易发热爆裂。第二组电源提供12-15V的电压，这组电压主要提供给MOSFET的开通电压，由于场效应管的驱动要求比较特殊，必须有10V以上20V以下的电压才能很好导通，所以必须有合适的电压供给，同时该组电压也为后面5V稳压块提供预稳压。第三组电源是5V，在整个***中，对5V电源的要求比较高，不单单是因为逻辑电路，MCU等的电源电压都不能过高，而且由于MCU的所有AD转换都是以5V电压为基准，所以当5V不准时会出现电流，欠压值，手柄控制等均不能达到设计要求的情况，甚至不能动作，因此该电压的范围应被严格限制在4.90-5.10V之间。

二、信号输入与预处理部分

这部分电路包括电源电压输入、工作电流比较、放大输入、手柄电压输入、电机转子位置传感器的霍尔信号输入、刹车信号输入及各种其它功能开关信号输入等。

三、智能信号处理，控制部分

智能信号处理和控制的核心部分是MCU控制器，产品种类很多，以PIC16F72芯片为例：该芯片有28个引脚，去掉电源、复位、振荡器等，共有22个可复用的IO口，均可选作电子注册码的输入口。其中第13脚是CCP1输出口，可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号，另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口，可提供检测外部电路的电压，一个外部中断输入脚，可处理突发事件。各引脚应用如下：

1：MCLR复位/烧写高压输入两用口

2：模拟量输入口：放大后的电流信号输入口，单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制PWM的输出，使电流不致过大而烧毁功率管。正常运转时电压应在0-1.5V左右

3：模拟量输入口：电源电压经分压后的输入口，单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低，如果低则切断输出以保护电池，避免电池因过放电而损坏。正常时电压应在3V以上

4：模拟量输入口：线性霍尔组成的手柄调速电压输入口，单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率，从而达到调整速度的目的。

5：模拟/数字量输入口：刹车信号电压输入口。可以使用AD转换器判断，或根据电平高低判断，平时该脚为高电平，当有刹车信号输入时，该脚变成低电平，单片机收到该信号后切断给电机的供电，以减少不必要的损耗。

6：数字量输入口：1+1助力脉冲信号输入口，当骑行者踏动踏板使车前行时，该口会收到齿轮传感器发出的脉冲信号，该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。

7：模拟/数字量输入口：由于电机的位置传感器排列方法不同，该口的电平高低决定适合于哪种电机，目前市场上常见的有所谓120°和60°排列的电机。有的控制器还可以根据该口的电压高低来控制起动时电流的大小，以适合不同的力度需求。

8：单片机电源地。

9：单片机外接振荡器输入脚。

10：单片机外接振荡器反馈输出脚。

11：数字输入口：功能开关1(可作电子注册码的输入口)

12：数字输入口：功能开关2(可作电子注册码的输入口)

13：数字输出口：PWM调制信号输出脚，速度或电流由其输出的脉冲占空比宽度控制。

14：数字输入口：功能开关3(可作电子注册码的输入口)

15、16、17：数字输入口：电机转子位置传感器信号输入口，单片机根据其信号变化决定让电机的相应绕组通电，从而使电机始终向需要的方向转动。这个信号上面讲过有120°和60°之分，这个角度实际上是这三个信号的电相位之差，120°就是和三相电一样，每个相位和前面的相位角相差120°。60°就是相差60°。

18：数字输出口：该口控制一个LED指示灯，大部分厂商都将该指示灯用作故障情况显示，当控制器有重大故障时该指示灯闪烁不同的次数表示不同的故障类型以方便生产、维修。

19：单片机电源地。

20：单片机电源正。上限是5.5V。

21：数字输入口：外部中断输入，当电流由于意外原因突然增大而不在控制范围时，该口有低电平脉冲输入。单片机收到此信号时产生中断，关闭电机的输出，从而保护重要器件不致损坏或故障不再扩大。

22：数字输出口：同步续流控制端，当电流比较大时，该口输出低电平，控制其后逻辑电路，使同步续流功能开启。该功能在后面详细讲解。

23--28：数字输出口：是功率管的逻辑开关，单片机根据电机转子位置传感器的信号，由这里输出三相交流信号控制功率MOSFET开关的导通和关闭，使电机正常运转。

四、驱动控制信号预处理部分

驱动控制信号由两种信号合成：PWM信号和相位逻辑开关信号。功率开关部分是由三组半桥开关组成的三相开关，用以改变电机线圈的通电顺序和通电方向，与电源正相接的功率管为上桥，与电源地相接的功率管为下桥，上桥的相位逻辑开关信号由A+、B+、C+提供，这三个控制信号必须与PWM信号合成后控制对应的上桥，下桥的相位逻辑开关信号由A-、B-、C-提供，基本上直接被用来控制下桥的开关。

五、功率驱动开关部分

由单片机根据电机转子位置传感器的信号，输出三相交流信号控制功率MOSFET开关的导通和关闭，使电机正常运转。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种带电子注册码的电动车防盗控制器，其特征是：电动车控制器包括硬件部分的控制***，在控制***中增加了电子注册码(即电子密码)的认证程序，电子注册码认证程序分三个过程：第一个过程是原始注册码保存，进入主程序后读取钥匙密码，判断是否是管理密码，不是即为用户密码，自检判断控制器里是否有注册码1，没有该用户密码即保存为注册码1，有自检判断控制器里是否有注册码2，没有该用户密码即保存为注册码2，完成第一个过程，即在控制器的EEPROM内建立原始出厂配套钥匙的注册码；第二个过程是工作过程，即在第一个过程后判断钥匙密码是否为注册码，是进入电动车控制***初始化程序，不是执行电子刹车控制程序；第三个过程是注册码变更程序，读到管理密码后等待读取钥匙密码，是否是合法的注册码，确认要求变更注册码的合法性，循环确认两个注册码都有效后，再次读入的钥匙密码被确认并保存为新的注册码；当判断不是注册码时，电子刹车控制程序对非法对码行为实施防盗保护，为防止对码解密，在读到管理密码等待读取钥匙密码之间加了等待时间，等待时间设置为1～5秒。

2.根据权利要求1所述的一种带电子注册码的电动车防盗控制器，其特征是：电子注册码的输入采用接触式方式。

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