CN103218202A - 随机数产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供无需利用根据电源电压而输出变化的外设电路就能基于微型计算机的运算处理生成随机数的随机数产生装置。对电池组充电的充电器的微机具备主振荡电路与辅助振荡电路。辅助振荡电路与主振荡电路相比温度依存性高，用于在计时器中计时。微机根据来自温度依存性低的主振荡电路的时钟脉冲动作，生成用于认证电池组的随机数。生成随机数时，微机使计时器开始辅助时钟脉冲的计数（S110），然后计时器的计数值达到规定值，通过对变量i进行计数来计测计时器中断为止的时间（S120、S130）。由于计时器启动后到产生计时器中断为止的时间根据辅助振荡电路的温度变化，因此能通过利用主振荡电路进行计测生成随机数。

Description

随机数产生装置

技术领域

本发明涉及通过微型计算机的动作而产生随机数的随机数产生装置。

背景技术

在从电池接受电源供给而动作的电动设备（电动工具、电动作业机等）、对进行电池的充电的充电器中，若安装有并非标准规格的电池的非正常规格的电池，则可能产生设备出现故障或电池异常发热的情况。

因此，已知有如下的技术：在这种设备中，当安装了电池时，利用随机数来判定（认证）所安装的电池是否为标准品（例如参照专利文献1）。

进而，在该专利文献1中，作为随机数，提出有采用由A/D转换器得到的A/D转换值的噪声比特（低位比特）的技术。

并且，作为产生随机数的随机数生成电路，已知有以下述方式构成的电路：在规定期间对来自接受不稳定的电源电压而动作的电压控制振荡器的振荡输出进行计数，并把该计数值作为随机数输出（例如参照专利文献2）。

专利文献1：美国专利第7941865号说明书

专利文献2：日本专利第3492494号公报

然而，上述现有的随机数生成利用了因电源电压的变动而在A/D转换器、电压控制振荡器产生的特性变化，因此存在难以利用从稳定化电源接受稳定的电源供给而动作的微型计算机单体产生随机数的问题。

并且，如果相对于微型计算机而外设A/D转换器、电压控制振荡器，并使其电源为与微型计算机不同的不稳定的电源，则能够通过微型计算机的运算处理而产生随机数。

但是，这样的话，作为随机数产生装置的结构变得复杂，存在导致成本上升的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种无需利用根据电源电压的变动而输出变化的外设电路就能够基于微型计算机的运算处理生成随机数的随机数产生装置。

为了达成上述目的而完成的技术方案1所记载的随机数产生装置构成为包括：微型计算机；第一振荡电路，该第一振荡电路产生作为微型计算机的动作的基准的时钟脉冲；以及电子电路，该电子电路具有与第一振荡电路的温度特性不同的温度特性。

进而，微型计算机基于来自第一振荡电路的时钟脉冲计测电子电路的动作时间，并基于计测结果产生随机数。

也就是说，本发明的随机数产生装置并非像上述的现有装置那样利用电源电压的变动产生随机数，而是利用产生动作时钟脉冲用的第一振荡电路与根据来自微型计算机的指令而动作的电子电路的温度特性的差异产生随机数。

因而，根据本发明，能够利用微型计算机的内置电路或周边电路基于微型计算机的运算处理生成随机数，无需利用以往那样通过电源电压的变动而输出变化的外设电路。

因此，根据本发明，能够简单且低成本地实现随机数产生装置。

此处，本发明的随机数产生装置也可以形成为，如技术方案2所记载的那样，电子电路由温度依存性比第一振荡电路的温度依存性高的第二振荡电路构成，微型计算机通过基于来自第一振荡电路的时钟脉冲计测第二振荡电路的振荡次数来生成随机数。

也就是说，在微型计算机中，除了设置有产生作为动作的基准的时钟脉冲的主振荡电路以外，还设置有产生用于在休眠模式等中检测唤醒正时的辅助时钟脉冲的辅助振荡电路。

进而，与主振荡电路相比，辅助振荡电路不要求精度，通常使用温度依存性比主振荡电路的温度依存性高的电路。

因此，在技术方案2所记载的随机数产生装置中，当在微型计算机设置有这样的辅助振荡电路的情况下，通过将辅助振荡电路用作第二振荡电路来生成随机数。

结果，根据技术方案2所记载的随机数产生装置，在具备辅助振荡电路的微型计算机中，无需设置产生随机数用的外设电路就能够生成随机数，能够以低成本实现随机数产生装置。

另一方面，如技术方案3所记载的那样，电子电路也可以由将电阻与电容器串联连接而成的充放电电路构成。

在这种情况下，微型计算机可以通过基于来自第一振荡电路的时钟脉冲计测充放电电路的电容器的两端电压从0V达到规定电压为止的时间来生成随机数。

进而，这样，虽然需要在微型计算机设置充放电电路，但由于充放电电路能够由电阻与电容器实现，因此与像以往那样外设A/D转换器、电压控制振荡器的情况相比，能够以低成本实现随机数产生装置。

并且，当在微型计算机具有连接有上拉电阻的输出端口的情况下，仅通过将电容器与该输出端口连接就能够构成充放电电路，因此能够更简单地构成利用充放电电路的随机数产生装置。

并且，如技术方案4所记载的那样，本发明的（技术方案1～技术方案3）的随机数产生装置可以安装于电动工具、电动作业机、装配于电动工具或电动作业机而进行使用的电池、以及用于对该电池进行充电的充电器中的至少一个。

进而，这样，在电动工具、电动作业机或充电器中，能够利用内置于这些设备或电池自身的微型计算机生成用于判定（认证）电池是否为标准规格的电池的随机数。

附图说明

图1是示出第一实施方式的电池组及充电器的简要结构的框图。

图2是示出第一实施方式的由微型计算机执行的随机数生成处理的流程图。

图3是示出生成随机数时的计时器的动作的时序图。

图4是示出第一实施方式的随机数生成处理的变形例的流程图。

图5是示出第二实施方式的微型计算机的端口及与端口连接的连接电路的说明图。

图6是示出第二实施方式的由微型计算机执行的随机数生成处理的流程图。

图7是示出生成随机数时的微型计算机的端口的电压变化的时序

图。

图8是对微型计算机的主振荡电路、辅助振荡电路以及与端口连接的充放电电路的温度特性的差异进行说明的说明图。

图9是示出第二实施方式的随机数生成处理的变形例的流程图。

标号说明：

10…电池组；12、14…电源端子；16…连接端子；17…数据输入输出端子；18…恒压端子；19…接地端子；20…电池；22…熔断器；24…电流检测部；26…电压检测部；28…微机；30…充电器；32、34…电源端子；36…连接端子；37…接地端子；38…恒压端子；40…充电电路；50…微机；52…主振荡电路；54…辅助振荡电路；56…计时器；60…充放电电路；C1、C2…电容器；R1…电阻；R2…上拉电阻；P1、P2…端口；Q2…晶体管。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。

[第一实施方式］

本实施方式的随机数产生装置作为充电器30的功能之一实现，当安装了电池组10时，该随机数产生装置判定（认证）电池组10是否为标准规格的电池组，且当判断电池组10为标准规格的电池组时，开始对电池组10充电。

如图1所示，电池组10具备：电池20，该电池20通过将多个电池单元串联连接而形成；以及电源端子12、14，该电源端子12、14用于将上述电池20的正极侧及负极侧与作为电源供给的对象的电动工具、电动作业机连接，或者与充电器30连接。

并且，在电池组10设置有：电压检测部26，该电压检测部26检测电池20的电压；以及电流检测部24，该电流检测部24检测从电池20向供电对象设备（电动工具、电动作业机）放电的放电电流、以及从充电器30向电池20充电的充电电流。

进而，来自上述各部26、24的检测信号输入到以CPU、ROM、RAM等为中心构成的微型计算机28。以下，将微型计算机简单地记载为微机。

微机28是用于基于来自上述各部26、24的检测信号监视电池20的状态、充放电电流，并通过向供电对象设备或者充电器30通知该监视结果而适当地实施电池20的充放电的部件。

因此，在电池组10还设置有连接端子16，该连接端子16用于将微机28与供电对象设备或者充电器30侧的控制电路即微机连接。

并且，在该连接端子16具备数据输入输出端子17、恒压端子18以及接地端子19。

此处，数据输入输出端子17是微机28用于与供电对象设备或者充电器30侧的微机之间发送接收数据的端子。

并且，恒压端子18是用于将由设置于微机28的恒压电源电路（未图示）生成的电源电压（恒压）供给至供电对象设备侧的微机，或将从充电器30侧的微机50供给的电源电压（恒压）输入到微机28的端子。

并且，接地端子19是用于使微机28与供电对象设备或者充电器30侧的微机的接地电位一致的端子，接地端子19与连接于电池20的负极侧的电源端子14连接。

另外，在电池组10中，在从电池20的正极侧至电源端子12的电流路径设置有熔断器22，该熔断器会因过电流而熔断。

另一方面，充电器30设置有电源端子32、34以及连接端子36，在安装了电池组10时，上述电源端子32、34以及连接端子36用于分别与电池组10的电源端子12、14以及连接端子16连接。

进而，在电源端子32、34连接有从外部电源（未图示）接受电源供给而对电池组10内的电池20进行充电的充电电路40，在连接端子36连接有控制充电电路40的微机50。

微机50经由连接端子36内的数据输入输出端子37以及电池组10侧的数据输入输出端子17而从电池组10侧的微机28取得电池电压、充电电流，从而对充电电路40进行控制。

并且，微机50从设置于充电电路40内的恒压电源电路（未图示）接受电源电压（恒压）而动作。进而，微机50将该电源电压（恒压）经由连接端子36内的恒压端子38以及电池组10侧的恒压端子18供给至电池组10侧的微机28。

并且，微机50的接地电位经由连接端子36内的接地端子39以及电池组10侧的接地端子19而形成为与电池组10侧的微机28的接地电位相等的电位。另外，接地端子39也与负极侧的电源端子34连接。

在充电器30的微机50中，除内置有产生作为微机50的动作的基准的主时钟脉冲的主振荡电路52以外，还内置有产生频率低于主时钟脉冲的频率的辅助时钟脉冲的辅助振荡电路54、通过对来自该辅助振荡电路54的输出时钟脉冲进行计数来进行计时的计时器56。

主振荡电路52作为振荡源具备陶瓷振子，以便能够不受温度变化的影响地始终稳定地产生主时钟脉冲，振荡频率例如设定为数MHz。

辅助振荡电路54例如用于当微机50处于休眠模式时使计时器56计时定期地唤醒微机50所需要的时间，与主振荡电路52相比，不对振荡频率的精度做出要求。

因此，在辅助振荡电路54中，虽然与主振荡电路52相比温度依存性高、且振荡频率易于因温度变化而变动，但是能够利用以更低成本实现的CR振荡电路等，并且其振荡频率设定为例如几十kHz。

另外，虽然在电池组10侧的微机28中也内置有这些振荡电路、计时器，但由于并非与本发明相关的主要部分，因此省略说明。

其次，充电器30的微机50将在随机数附加了规定的加密数据的认证用数据发送至电池组10侧的微机28，然后，从微机28取得根据认证用数据生成的答复数据，并基于该答复数据进行电池组10的认证。

进而，充电器30的微机50使用辅助振荡电路54及计时器56生成上述的认证处理所需要的随机数。

以下，沿着图2所示的流程图对在充电器的微机50中为了生成随机数而执行的随机数生成处理进行说明。

另外，对于利用随机数进行的电池组10的认证处理，例如在日本特开2011－135740号公报等中详细地进行了说明，由于并非本发明的主要部分，因此此处省略说明。

如图2所示，当在微机50（具体而言为CPU）中开始随机数生成处理时，首先在S110（S表示步骤）对给变量i设定初始值“0”，并且开始利用计时器56进行计时（计时器启动）。

另外，如图3所示，在计时器56开始计时（计时器启动）后，当辅助时钟脉冲的计数值达到规定值（在图中为最大值）时，对微机50产生中断信号。

其次，在随后的S120中，在使变量i增量（+1）后，过渡到S130，判断是否存在来自计时器56的中断。

进而，若不存在来自计时器56的中断，则通过再次过渡到S120而使变量i增量，若存在来自计时器56的中断，则过渡到S140，在将变量i的值设定为随机数之后，结束该随机数生成处理。

也就是说，在本实施方式的随机数生成处理中，S120的处理为：在S110中开始利用计时器56进行计时（计时器启动）后，直到利用计时器56计数而得的计数值达到规定值从而产生计时器中断为止的期间，反复使变量i增量。

进而，由于微机50利用来自主振荡电路52的主时钟脉冲进行动作，因此，在S120中反复增量的变量i的值与从计时器启动后到产生计时器中断为止的期间所产生的主时钟脉冲的数量对应。

因而，在本实施方式中，使用主时钟脉冲来计测计时器启动后到产生计时器中断为止的时间。

进而，作为计测结果的变量i的值根据来自辅助振荡电路54的辅助时钟脉冲的产生周期（振荡频率）而变化，由于辅助振荡电路54的温度特性（温度依存性：大），因此上述产生周期（振荡频率）根据周围温度大幅变化。

因此，以上述方式生成的随机数会根据生成随机数时的周围温度大幅变化，能够作为电池组认证用的随机数使用。

这样，在本实施方式中，利用设置于充电器30的微机50内的主振荡电路52与辅助振荡电路54的温度特性的差异，并利用主时钟脉冲来计测从辅助振荡电路54输出的辅助时钟脉冲的数量达到规定值为止的时间，由此来生成随机数。

因此，根据本实施方式，无需如以往那样在微机50外设基于电源电压的变动而输出发生变化的A/D转换器、电压控制振荡器，能够利用内置于微机50的现有的电路生成随机数。因而，根据本实施方式，能够利用微机50的随机数生成处理来极其简单且低成本地实现作为随机数产生装置的功能。

（变形例）

然而，在本实施方式中，对如下装置进行了说明：在利用主时钟脉冲动作的微机50侧计测由计时器56计数而得的辅助时钟脉冲的计数值达到规定值为止的时间，由此来生成随机数。

与此相对，也可以如图4所示那样对随机数生成处理进行变更，首先，微机50使计时器56开始对辅助时钟脉冲进行计数（S210），然后，通过对主时钟脉冲进行计数而计测由主时钟脉冲的计数值决定的一定时间（S220），当对一定时间的计测结束时，将利用计时器56计数而得的计数值设定为随机数（S230）。

也就是说，即便如此，也能够利用微机50内的主振荡电路52与辅助振荡电路54的温度特性的差异生成随机数。

另外，在本实施方式中，充电器30的微机50相当于本发明的微型计算机，主振荡电路52相当于本发明的第一振荡电路，辅助振荡电路54相当于本发明的电子电路（具体而言为技术方案2所记载的第二振荡电路）。

[第二实施方式］

其次，对本发明的第二实施方式进行说明。

本实施方式的随机数产生装置与第一实施方式相同作为对电池组10进行充电的充电器30的功能之一实现。

进而，与第一实施方式的不同点在于：并非利用内置于微机50的主振荡电路与辅助振荡电路的温度特性的差异，而是如图5所示利用与微机50的端口P1连接的由电阻R1及电容器C1构成的充放电电路60。

也就是说，充放电电路60由电阻R1与电容器C1的串联电路构成，电阻R1的一端与微机50的电源线连接，电容器C1与微机的地线连接，电阻R1与电容器C1之间的连接点与微机50的端口P1连接。

对于以这种方式构成的充放电电路60，若在微机50侧使端口P1为低电平（接地电位），则蓄积于电容器C1的电荷放电，若使端口P1开路（高阻抗：Hiz），则经由电阻R1对电容器C1充电。

进而，由于电阻R1的电阻值及电容器C1的容量根据温度变化，因此电容器C1充电时的时间常数也根据温度变化。

因此，在本实施方式中，通过微机50计测基于该时间常数的变化而产生的电容器C1充电时的端口P1的电压上升特性来生成随机数。

以下，沿着图6所示的流程图对微机50以这种方式生成随机数的步骤进行说明。

如图6所示，当利用微机50（具体而言为CPU）开始随机数生成处理时，首先在S310中对变量i设定初始值“0”，并将端口P1从低电平切换为高阻抗Hiz，由此开始对电容器C1充电。

其次，在随后的S320中，在使变量i增量（+1）之后，过渡到S330，判定端口P1的电压是否变成规定的阈值电压HI以上，若端口P1的电压未变成阈值HI以上，则再次过渡到S320，使变量i增量。

另一方面，在S330中，当判断出端口P1的电压变为阈值电压HI以上时，过渡到S340，在将变量i的值设定为随机数之后，结束该随机数生成处理。

也就是说，如图7所示，当在S310中将端口P1从低电平切换为高阻抗Hiz时，开始对电容器C1充电（时刻t1），端口P1的电压上升。

进而，端口P1的电压达到阈值电压HI为止的时间根据充放电电路60的时间常数（换言之为充放电电路60的温度）而变化。

因此，在本实施方式，使用主时钟脉冲将端口P1的电压（换言之为电容器C1两端的电压）从0V至达到阈值电压HI为止的时间作为变量i加以计测，并将变量i的值作为随机数。

因而，根据本实施方式，虽然需要将由电阻R1与电容器C1构成的充放电电路60连接于微机50的端口P1，但由于无需像以往那样对微机50外设A/D转换器、电压控制振荡器，因此能够利用极其简单的电路结构生成随机数。

另外，在本实施方式中，对使用与微机50的端口P1连接的充放电电路60生成随机数的装置进行了说明，但是如图5所示，当在微机50内存在经由上拉电阻R2与电源线连接的端口P2的情况下，也可以通过在该端口P2设置一端与接地线连接的电容器C2来生成随机数。

也就是说，在微机50内与上拉电阻R2连接的端口P2能够经由晶体管从低电平切换为高阻抗Hiz。

因而，在这种情况下，若将电容器C2与端口P2连接，则能够将电容器C2与上拉电阻R2作为充放电电路利用，能够以与将充放电电路60与端口P1连接的情况相同的步骤生成随机数。

（变形例）

然而，与从主振荡电路52输出的主时钟脉冲的周期相比，从辅助振荡电路54输出的辅助时钟脉冲的周期的温度依存性高，如图8所示，相对于温度变化的变化比例大。

与此相对，与辅助时钟脉冲的周期相对于温度变化的变化比例相比，由电容器C1与电阻R1（或者电容器C2与上拉电阻R2）构成的充放电电路的电容器充电时的时间常数根据电阻R1（或者上拉电阻R2）的温度特性而以更大的变化比例变化。

因而，当如上所述对使端口P1（或者端口P2）的电压从0V至达到阈值电压HI为止的电容器C1（或者电容器C2）的充电时间进行计测而生成随机数时，可以利用辅助振荡电路54与计时器56。

也就是说，如图9所示，在随机数生成处理中，首先，在S410中，使计时器56开始对辅助时钟脉冲进行计数，并且，将端口P1（或者端口P2）的电压从低电平切换为高阻抗Hiz，由此开始对电容器C1（或者电容器C2）进行充电。

并且，通过在随后的S420中判断端口P1（或者端口P2）的电压是否变为规定的阈值电压HI以上，等待端口电压变为阈值电压HI以上，当端口电压变为阈值电压HI以上时，在S430中，从计时器56读入计数值，并将该值设定为随机数。

即便以这种方式执行随机数生成处理，也能够利用充放电电路生成随机数。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够采取各种方式。

例如，在上述实施方式中，对在安装有电池组10的充电器30加入了本发明的作为随机数产生装置的功能的情况进行了说明，但是，对于本发明的随机数产生装置，只要是具备微机的装置则能够与上述实施方式同样地加以应用，例如，能够加入到电池组10的微机28，也能够作为设置于从该电池组10接受电源供给的电动工具、电动作业机的微机的功能之一加以实现。

并且，在第二实施方式中，对通过计测对电容器C1（或者电容器C2）通电的充电时间来生成随机数的装置进行了说明。与此相对，例如也可以形成为：暂且将电容器C1（或者C2）充电至规定电压或充满电状态，然后，通过计测电容器电压变为阈值电压以下为止的放电时间来生成随机数。进而，即便如此也能够得到与第二实施方式相同的效果。

Claims (4)

1.一种随机数产生装置，其特征在于，

所述随机数产生装置具备：

微型计算机；

第一振荡电路，该第一振荡电路具有规定的温度特性，并产生作为所述微型计算机的动作的基准的时钟脉冲；以及

电子电路，该电子电路具有与所述第一振荡电路的温度特性不同的温度特性，并根据来自所述微型计算机的指令而动作，

所述微型计算机基于来自所述第一振荡电路的时钟脉冲计测所述电子电路的动作时间，并基于计测结果产生随机数。

2.根据权利要求1所述的随机数产生装置，其特征在于，

所述电子电路由温度依存性比所述第一振荡电路的温度依存性高的第二振荡电路构成，

所述微型计算机通过基于来自所述第一振荡电路的时钟脉冲计测所述第二振荡电路的振荡次数来生成所述随机数。

3.根据权利要求1所述的随机数产生装置，其特征在于，

所述电子电路由将电阻与电容器串联连接而成的充放电电路构成，

所述微型计算机通过基于来自所述第一振荡电路的时钟脉冲计测在所述充放电电路中所述电容器的两端电压从0V达到规定电压为止的时间来生成所述随机数。

4.一种随机数产生装置，其特征在于，

权利要求1～3中任一项所述的随机数产生装置安装于电动工具、电动作业机、装配于电动工具或电动作业机而进行使用的电池、以及用于对该电池进行充电的充电器中的至少一个。

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