CN104828179A - 两轮体感电动平衡车电子锁及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两轮体感电动平衡车电子锁及其控制方法，涉及电子锁控制安全技术领域。平衡车电子锁包括机械结构与电子控制部分。机械结构由锁扣盘和安装在平衡车箱体内的锁体组成。锁扣盘上均匀分布着锁扣孔，锁体由锁芯和传动机构组成。锁芯包括锁舌、传动件、导柱、限位销和弹簧。传动机构包括齿条、齿轮、步进电机和固定在齿条底部的止推块。电子锁电子控制部分包括电子锁发送端控制器和电子锁接收端控制器。通过无线遥控钥匙进行“开锁”和“关锁”的操作，实现当步进电机反转时，锁芯在弹簧的弹力作用下左移，使得锁舌伸出并插进锁扣盘上的锁扣孔内，进而锁住车轮。反之，止推块拨动限位销使得锁芯右移，锁舌缩回实现车轮开锁。
Description
技术领域
本发明属于电子锁控制安全技术领域，涉及到两轮体感电动平衡车电子锁的机械结构和电子控制部分设计，尤其涉及到电子锁的控制方法设计。
背景技术
体感电动平衡车主要是通过车体内部的陀螺仪和加速度传感器来检测车体姿态变化，在动态稳定原理基础上进行电机驱动以实现车体运动中的平衡。近年来，体感电动平衡车作为一种休闲代步工具，已广泛出现在生态旅游风景区、大型公园以及展会中心。同时，作为巡逻代步工具，也广泛应用到地铁、机场以及高档小区的治安巡逻。
随着平衡车的使用越来越广泛，平衡车的安全保护也越来越重要。大多数的平衡车价格都在一万元以上，车失窃对持有者来说是一个很大的经济损失，因此有必要设计一种电子锁对平衡车进行有效的安全保护。
申请号为“201310093688.8”的发明专利文献公开了一种电子锁。在现有门锁的结构基础上，通过增加驱动电机等来实现电子锁门。该锁主要针对家用防盗门，而防盗门与电动平衡车的内部结构有天壤之别，因此该专利不适合于两轮电动平衡车的使用。
专利号为“ZL201120224336.8”的实用新型专利文献公开了一种电子锁。该锁由传动机构、锁舌组件、电机和电路等组成。传动机构将电机的转动传递至拨动轴，进而通过拨动限位机构实现锁舌的伸缩和定位，是采用电机和机械钥匙来进行打开和关闭，不能实现无线遥控控制，且结构不适合电动平衡车的安装。
申请号为“201410375299.9”的实用新型专利文献公开了一种电动车电子锁。利用转动电机、旋转电磁圈和锁块等对电动自行车前车轴进行防盗，可以通过无线遥控来实现控制。但电动平衡车的车轮结构及安装方式与电动自行车完全不一样，因此该锁同样不能用于电动平衡车。
专利号为“ZL201120048755.0”的实用新型专利文献公开了一种电动车锁控电子涨闸锁，包括了电门锁，中央控制单元和电子涨闸锁三部分，而电子涨闸锁又包括直流有刷马达、齿轮减速箱、锁柱、闸芯等。该锁同样是针对电动自行车设计，虽有中央控制单元，但不能实现遥控功能。
从现有的专利文献来看，目前已有的电子锁基本上是针对门窗，或针对电动自行车而设计，还未发现有针对两轮体感电动平衡车的电子锁。门窗和电动自行车的结构与体感电动平衡车结构差异很大，不能进行套用。从现有市面上出售的体感电动平衡车产品来看，也未发现与平衡车匹配的一体锁。出于安全起见，使用者平常更多是通过便携式车锁来进行防盗。而这种锁因暴露在外，容易遭人破坏，且携带也不方便。鉴于此，发明一种与体感电动平衡车匹配的电子锁对保护平衡车财产安全很有必要，而基于无线遥控实现平衡车的“开锁”和“关锁”，将提高操作的时尚性、便捷性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于为两轮体感电动平衡车提供一个实体安全防护，避免因被盗而造成财物损失。由于目前两轮体感电动平衡车主要是由有刷直流减速电动机驱动，故本发明针对该类平衡车车体结构设计了与之匹配的电子锁。
本发明所采取的技术方案是：整个电子锁包括机械结构与电子控制部分。机械结构由锁扣盘和安装在平衡车箱体内的锁体组成。锁扣盘上均匀分布着若干锁扣孔，且利用螺钉通过套筒和车轮轮毂端盖固定在车轮上。锁体包括锁芯和传动机构。锁芯由锁舌、传动件、导柱、限位销和弹簧组成。当锁舌伸出插进锁扣孔时即锁住车轮，反之缩回锁舌即实现车轮开锁。锁舌的伸出与缩回主要依靠锁体中的传动机构来实现。传动机构的齿条底部装有止推块，齿条与步进电机轴上的齿轮拟合。当步进电机反转时，齿条带动止推块前移，限位销在弹簧的弹力作用下左移，实现锁舌伸出。反之，当步进电机正转时，止推块拨动限位销，使限位销右移实现锁舌的缩回。电子控制部分包括电子锁发送端控制器和电子锁接收端控制器。发送端控制器以发送端微处理器为核心，将遥控按键的命令数据通过NRF2401射频模块发送出去。接收端控制器以接收端微处理器为核心，通过NRF2401射频模块接收命令数据，并根据命令数据产生控制信号和脉冲信号，再经过L297硬件环形分配器的脉冲分配，以及L298驱动模块的功率放大来驱动步进电机。
本发明具体的技术方案为，由机械结构与电子控制部分组成；所述机械结构包括锁扣盘和安装在平衡车箱体内的锁体。
所述锁扣盘为圆盘状薄板，所述锁扣盘表面沿周向均匀开设锁扣孔；所述锁扣盘通过螺钉与套筒固定，所述轮毂上设有圆环状端盖，所述套筒安装在轮毂的端盖内，通过螺钉与端盖固定。
所述锁体包括锁芯和传动机构。所述锁芯包括锁舌、导向件、导柱、限位销、弹簧和右支撑板。所述锁舌、导向件和导柱都为圆柱状，所述导向件的直径大于锁舌和导柱的直径，所述锁舌、导向件和导柱依次首尾相连做成一体切轴线重合。所述导向件的圆柱体沿轴向切除了断面为弓形的柱状，切面水平设置，水平切面上开设竖直的螺纹孔，所述限位销通过螺纹与导向件的螺纹孔内。所述箱体的底板固定连接有右支撑板，所述右支撑板与箱体的底板垂直，并与箱体侧壁平行，所述右支撑板上开设有孔。所述导向件安装在法兰盘内，所述法兰盘通过螺钉固定在箱体侧壁内，所述锁舌穿出箱体侧壁，能伸入锁扣盘的锁扣孔内。所述导柱的末端设置在右支撑板的孔中，所述导柱上套有弹簧，一端支撑在导向件的侧面上，另一端支撑在右支撑板的孔中。
所述传动机构包括止推块、前支撑板、后支撑板、齿条、步进电机和齿轮。所述止推块的形状为楔形，止推块通过螺钉固定在齿条底部，所述止推块的楔形斜边接触限位销的圆柱面。所述箱体的底板固定连接有前支撑板和后支撑板，前支撑板和后支撑板相互平行，所述前支撑板和后支撑板与箱体的底板垂直，并与右支撑板垂直布置。所述止推块通过螺钉固定在齿条底部，所述齿条的两端通过前支撑板和后支撑板上的孔来支撑。所述步进电机通过马鞍卡固定在后支撑板上，步进电机的伸出轴上设有同轴齿轮，所述齿轮与齿条配合。步进电机通过控制线连接在接收端控制器上。
所述锁扣孔开设9个。
本发明电子锁控制方法，所述包括发送端控制流程和接收端控制流程。
电子锁发送端控制流程采用如下步骤：
1)发送端控制器上电初始化；
2)配置NRF2401射频模块，使其进入ShockBurst模式；
3)设置NRF2401射频模块为发送模式；
4)发送端微处理器查询有无遥控按键输入的命令数据？若无，则一直查询，否则转步骤5)；
5)通过NRF2401射频模块发送按键的命令数据；
6)判断是否发送完成？若未完成，则转步骤5)，否则转步骤4)。
电子锁接收端控制流程采用如下步骤：
(1)接收端控制器上电初始化；
(2)配置NRF2401射频模块，使其进入ShockBurst模式；
(3)设置NRF2401射频模块为接收模式；
(4)接收端微处理器查询有无按键的命令数据？若无，则一直查询，否则转步骤(5)；
(5)通过NRF2401射频模块接收按键的命令数据；
(6)判断是否接收完成？若未完成，则转步骤(5)，否则转步骤(7)；
(7)接收端控制器根据按键的命令数据产生控制信号和脉冲信号，并将信号送入L297硬件环形分配器；
(8)L297硬件环形分配器分配脉冲信号，并送入L298驱动模块；
(9)脉冲信号经L298驱动模块功率放大驱动步进电机。
本发明的有益效果为，出于两轮体感电动平衡车的安全需要，针对由无刷直流减速电机驱动的车体，本发明设计了一个便于安装的一体电子锁。电子锁由安装在车轮上的锁扣盘和安装在箱体内的锁体组成，锁体由锁芯和传动机构组成。该电子锁无需实体钥匙，而是通过无线遥控钥匙进行“开锁”和“关锁”的操作，具有时尚、便捷和安全性高的优点。
附图说明
图1两轮体感电动平衡车的外形图。
图2电子锁锁扣盘的三维安装图。
图3电子锁锁扣盘的二维安装图。
图4电子锁锁芯的安装图。
图5电子锁锁体的安装图。
图6电动平衡车电子锁安装图。
图7电子锁发送端控制器结构。
图8电子锁接收端控制器结构。
图9电子锁发送端控制流程。
图10电子锁接收端控制流程。
图中，1.手扶转向柄，2.车轮，3.箱体，4.锁扣盘，5.锁扣孔，6.锁舌，7.轮毂，8.套筒，9.螺钉A，10.端盖，11.螺钉B，12.导向件，13.导柱，14.限位销，15.法兰盘，16.螺钉C；17.弹簧，18.右支撑板，19.止推块，20.齿条，21.前支撑板，22.后支撑板，23.齿轮，24.步进电机，25.马鞍卡，26.控制线，27.接收端控制器，28.发送端微处理器，29.遥控按键，30.NRF2401射频模块，31.接收端微处理器，32.NRF2401射频模块，33.L297硬件环形分配器，34.L298驱动模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明两轮体感电动平衡车电子锁及其控制方法进行详细描述：
如图1和2所示，电动平衡车主要由手扶转向柄1，车轮2和箱体3等组成。平衡车电子锁包括机械结构与电子控制部分。机械结构又包括与车轮2相连的锁扣盘4和装在箱体3内的锁体。当锁体上的锁舌6***锁扣盘4上的任一锁扣孔5后，电动平衡车即被锁住。
如图2和3所示，电子锁锁扣盘4通过螺钉A9与套筒8相固定，套筒8安装在轮毂7的端盖10内，并通过螺钉B11进行横向和圆周方向的固定，从而使得锁扣盘4与车轮2相固定。
安装在箱体3内的电子锁锁体包括锁芯和拨动锁芯的传动机构。
如图4所示，锁芯由锁舌6、导向件12、导柱13、限位销14和弹簧17组成。锁舌6、导向件12和导柱13做成一体。限位销14与导向件12通过螺纹垂直连接。导向件12安装在法兰盘15内，而法兰盘15通过螺钉C16固定在箱体3上。导柱13上装有弹簧17，另一端支撑在右支撑板18的孔中。
如图5和6所示，止推块19通过螺钉固定在齿条20底部，齿条20通过前支撑板21和后支撑板22上的孔来支撑。固定在步进电机24伸出轴上的齿轮23与齿条20拟合。步进电机24通过马鞍卡25固定在后支撑板22上。当需要锁住电动平衡车时，步进电机24逆时针转动，在和齿轮23拟合下，齿条20带动止推块19一起前移，此时，限位销14在弹簧17的弹力作用下左移，实现锁舌6的伸出并插进锁扣盘4的锁扣孔5内。若平衡车停下来时，锁扣盘4上任一锁扣孔5都未与锁舌6对准，锁舌6会顶在锁扣盘4上。步进电机24的正反转动的行程为固定值，当步进电机24的转动行程未达到固定值时，步进电机24一直处于执行转动状态，直至步进电机24的转动行程达到固定值。当平衡车车轮2稍微转动，由于步进电机24一直处于执行转动状态，锁舌6会很快进入锁扣孔5内，从而将电动平衡车的车轮2锁住。反之，若需要开锁，则步进电机24顺时针转动，齿条20带动止推块19后移，在止推块19向右推动限位销14的作用下，锁舌6会右移从而实现开锁，此时弹簧17处于压缩状态。步进电机24通过控制线26连接在接收端控制器27上。
如图6所示，止推块19的形状也可以为长条状，并与齿条20的运动方向形成斜角，所述止推块19的一边接触限位销14的圆柱面，当齿条20带动止推块19运动时，止推块19推动限位销14运动，锁舌6会右移从而实现开锁。
两轮体感电动平衡车电子锁的电子控制部分包括无线遥控钥匙中的发送端控制器和接收端控制器27。
如图7所示，无线遥控钥匙中的发送端控制器以发送端微处理器28为核心，接收遥控按键29的“开锁”或“关锁”命令数据，然后通过NRF2401射频模块30无线发送给接收端控制器27。
如图8所示，接收端控制器主要以接收端微处理器31为核心，首先通过NRF2401射频模块32无线接收来自发送端控制器的“开锁”或“关锁”命令数据，然后根据命令数据产生控制信号和脉冲信号，并通过L297硬件环形分配器33将脉冲信号分配给L298驱动模块34的各相输入端，再经过L298驱动模块34功率放大来驱动步进电机24。
如图9所示，电子锁发送端控制流程采用如下步骤：
(1)发送端控制器上电初始化；
(2)配置NRF2401射频模块30，使其进入ShockBurst模式；
(3)设置NRF2401射频模块30为发送模式；
(4)发送端微处理器28查询有无遥控按键29输入的命令数据？若无，则一直查询，否则转步骤(5)；
(5)通过NRF2401射频模块30发送按键的命令数据；
(6)判断是否发送完成？若未完成，则转步骤(5)，否则转步骤(4)。
如图10所示，电子锁接收端控制流程采用如下步骤：
(1)接收端控制器上电初始化；
(2)配置NRF2401射频模块32，使其进入ShockBurst模式；
(3)设置NRF2401射频模块32为接收模式；
(4)接收端微处理器31查询有无按键的命令数据？若无，则一直查询，否则转步骤(5)；
(5)通过NRF2401射频模块32接收按键的命令数据；
(6)判断是否接收完成？若未完成，则转步骤(5)，否则转步骤(7)；
(7)接收端控制器27根据按键的命令数据产生控制信号和脉冲信号，并将信号送入L297硬件环形分配器33；
(8)L297硬件环形分配器33分配脉冲信号，并送入L298驱动模块34；
(9)脉冲信号经L298驱动模块34功率放大驱动步进电机24。
Claims (6)
1.一种两轮体感电动平衡车电子锁，其特征在于，包括锁扣盘(4)和安装在平衡车箱体(3)内的锁体；
所述锁扣盘(4)为圆盘状薄板，所述锁扣盘(4)表面沿周向均匀开设锁扣孔(5)；所述锁扣盘(4)通过螺钉A(9)与套筒(8)固定，所述轮毂(7)上设有圆环状端盖(10)，所述套筒(8)安装在轮毂(7)的端盖(10)内，通过螺钉B(11)与端盖(10)固定；
所述锁体包括锁芯和传动机构；所述锁芯包括锁舌(6)、导向件(12)、导柱(13)、限位销(14)、弹簧(17)和右支撑板(18)；所述锁舌(6)、导向件(12)和导柱(13)都为圆柱状，所述导向件(12)的直径大于锁舌(6)和导柱(13)的直径，所述锁舌(6)、导向件(12)和导柱(13)依次首尾相连做成一体切轴线重合；所述导向件(12)的圆柱体沿轴向切除了断面为弓形的柱状，切面水平设置，水平切面上开设竖直的螺纹孔，所述限位销(14)通过螺纹与导向件(12)的螺纹孔内；所述箱体(3)的底板固定连接有右支撑板(18)，所述右支撑板(18)与箱体(3)的底板垂直，并与箱体(3)侧壁平行，所述右支撑板(18)上开设有孔；所述导向件(12)安装在法兰盘(15)内，所述法兰盘(15)通过螺钉C(16)固定在箱体(3)侧壁内，所述锁舌(6)穿出箱体(3)侧壁，能伸入锁扣盘(4)的锁扣孔(5)内；所述导柱(13)的末端设置在右支撑板(18)的孔中，所述导柱(13)上套有弹簧(17)，一端支撑在导向件(12)的侧面上，另一端支撑在右支撑板(18)的孔中；
所述传动机构包括止推块(19)、前支撑板(21)、后支撑板(22)、齿条(20)、步进电机(24)和齿轮(23)；所述止推块(19)的形状为楔形，止推块(19)通过螺钉固定在齿条(20)底部，所述止推块(19)的楔形斜边接触限位销(14)的圆柱面；所述箱体(3)的底板固定连接有前支撑板(21)和后支撑板(22)，前支撑板(21)和后支撑板(22)相互平行，所述前支撑板(21)和后支撑板(22)与箱体(3)的底板垂直，并与右支撑板(18)垂直布置；所述止推块(19)通过螺钉固定在齿条(20)底部，所述齿条(20)的两端通过前支撑板(21)和后支撑板(22)上的孔来支撑；所述步进电机(24)通过马鞍卡(25)固定在后支撑板(22)上，步进电机(24)的伸出轴上设有同轴齿轮(23)，所述齿轮(23)与齿条(20)配合；当步进电机(24)反转时，齿条(20)带动止推块(19)前移，限位销(14)在弹簧(17)的弹力作用下左移，锁舌(6)伸出；当步进电机(24)正转时，齿条(20)带动止推块(19)后移，止推块(19)拨动限位销(14)，使限位(14)销右移实现锁舌(6)的缩回。
2.根据权利要求1所述的一种两轮体感电动平衡车电子锁，其特征在于，还包括电子控制部分，所述电子控制部分包括发送端控制器和接收端控制器；所述发送端控制器以发送端微处理器(28)为核心，接收遥控按键(29)的“开锁”或“关锁”命令数据，然后通过NRF2401射频模块(30)无线发送给接收端控制器(27)；所述步进电机(24)通过控制线(26)连接在接收端控制器(27)上；所述接收端控制器主要以接收端微处理器(31)为核心，首先通过NRF2401射频模块(32)无线接收来自发送端控制器的“开锁”或“关锁”命令数据，然后根据命令数据产生控制信号和脉冲信号，并通过L297硬件环形分配器(33)将脉冲信号分配给L298驱动模块(34)的各相输入端，再经过L298驱动模块(34)功率放大来驱动步进电机(24)。
3.根据权利要求1或2所述的一种两轮体感电动平衡车电子锁，其特征在于，所述止推块(19)的形状为长条状，并与齿条(20)的运动方向形成斜角，所述止推块(19)的一边接触限位销(14)的圆柱面，当齿条(20)带动止推块(19)运动时，止推块(19)推动限位销(14)运动。
4.根据权利要求1或2所述的一种两轮体感电动平衡车电子锁，其特征在于，所述步进电机(24)的正反转动的行程为固定值，当步进电机(24)的转动行程未达到固定值时，所述步进电机(24)一直处于执行转动状态，直至步进电机(24)的转动行程达到固定值。
5.根据权利要求1或2所述的一种两轮体感电动平衡车电子锁，其特征在于，所述锁扣孔(5)开设9个。
6.一种如权利要求2所述两轮体感电动平衡车电子锁的控制方法，其特征在于：包括电子锁发送端控制流程和电子锁接收端控制流程；
所述电子锁发送端控制流程具体步骤为：
A)发送端控制器上电初始化；
B)配置NRF2401射频模块(30)，使其进入ShockBurst模式；
C)设置NRF2401射频模块(30)为发送模式；
D)发送端微处理器28查询有无遥控按键(29)输入的命令数据，若无，则一直查询，否则转步骤E)；
E)通过NRF2401射频模块(30)发送按键的命令数据；
F)判断是否发送完成，若未完成，则转步骤E)，否则转步骤D)；
所述电子锁接收端控制流程具体步骤为：
a)接收端控制器上电初始化；
b)配置NRF2401射频模块(32)，使其进入ShockBurst模式；
c)设置NRF2401射频模块(32)为接收模式；
d)接收端微处理器(31)查询有无按键的命令数据，若无，则一直查询，否则转步骤e)；
e)通过NRF2401射频模块(32)接收按键的命令数据；
f)判断是否接收完成，若未完成，则转步骤e)，否则转步骤g)；
g)接收端控制器(27)根据按键的命令数据产生控制信号和脉冲信号，并将信号送入L297硬件环形分配器(33)；
h)L297硬件环形分配器(33)分配脉冲信号，并送入L298驱动模块(34)；
i)脉冲信号经L298驱动模块(34)功率放大驱动步进电机(24)。
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