CN108316775A - 一种具有电子围栏功能的物联车锁及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电子围栏功能的物联车锁及其控制方法。物联车锁包括安装有相连的锁环和弹簧的车锁外壳，锁环上有手柄，车锁外壳内还安装有控制模块、电机控制机构和电池，控制模块和电机控制机构电连接，电机控制机构有一个在电机控制下可伸缩的顶杆，顶杆的底端指向锁环，锁环上有一个卡槽，卡槽的设置位置和顶杆相适配，控制模块设有定位单元。控制方法为：由定位单元检测单车的停放位置，控制模块通过电机控制机构控制顶杆是否卡入卡槽。如果单车未停在规定区域，则顶杆处于禁止上锁位置，使用者无法将单车上锁。本发明实现共享单车的电子围栏功能，使用者只有将共享单车停放在规定区域才能完成上锁，从而确保共享单车停车有序、规范。

Description

一种具有电子围栏功能的物联车锁及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能单车锁具，尤其涉及一种具有电子围栏功能的物联车锁及其控制方法。

背景技术

目前共享单车发展迅猛，给人们带来便利的同时，一些乱停乱放共享单车的行为也对市容环境造成了不好的影响。目前用于单车的智能锁，开锁方式仍采用传统的凸轮电机模组配合金属机械结构实现，这种锁具的关键部位容易生锈，影响单车开锁、上锁的顺利完成，而经常需要更换又增加单车投放企业的运维成本。更重要的是，目前的单车智能锁由于其结构特性，无法实现电子围栏功能，无法限制共享单车的停放位置，如果共享单车的乱停乱放现象不能在操作上进行引导和规范的话，将严重影响共享单车的投放和推广。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种具有电子围栏功能的物联车锁及其控制方法，其能实现电子围栏功能，从而可以限制共享单车的停放位置，从操作上杜绝共享单车的乱停乱放现象，确保共享单车停车有序、规范。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的具有电子围栏功能的物联车锁，包括车锁外壳，车锁外壳内设有相连的锁环和弹簧，锁环上设有手柄，所述的车锁外壳内设有控制模块、电机控制机构和电池，控制模块和电机控制机构电连接，电机控制机构设有一个在电机控制下可伸缩的顶杆，顶杆的底端指向所述的锁环，锁环上设有一个卡槽，卡槽的设置位置和所述的顶杆的底端相适配，所述的控制模块设有定位单元。开锁时，共享单车管理服务器接收到使用者的请求开锁信号，则下发开锁信号给控制模块，控制模块驱动电机控制机构，带动顶杆上升，顶杆的底端脱离锁环的卡槽并离锁环有一段间距，同时锁环在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳中，复位到开锁位置，则完成开锁。上锁时，控制模块中的定位单元检测单车停放的位置，并将单车的位置信号通过无线网络发送给远端的管理服务器，由管理服务器判断当前单车的停放位置是否在规定的停放区域内，如果单车的停放位置在规定的停放区域内，则管理服务器下发允许上锁信号给控制模块，控制模块驱动电机控制机构，带动顶杆下降，顶杆的底端伸向锁环并紧紧地压在锁环上，此时使用者再拨动锁环上的手柄，使锁环的活动端伸入到对面的锁孔中，则顶杆底端卡入锁环的卡槽中，则完成上锁；如果单车的停放位置不在规定的停放区域内，则管理服务器下发禁止上锁信号给控制模块，控制模块驱动电机控制机构，使顶杆位于中间位，即顶杆处于禁止上锁状态，此时由于顶杆的底端不能卡入锁环的卡槽中，就算使用者拨动锁环上的手柄使锁环的活动端伸入到对面的锁孔中，锁环仍会在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳中，即复位到开锁位置，故无法完成上锁，实现单车的电子围栏功能。本发明通过控制模块、顶杆和锁环配合起来进行工作，完成上锁、开锁和禁止上锁操作，实现电子围栏功能，从而可以限制共享单车的停放位置，从操作上杜绝共享单车的乱停乱放现象，确保共享单车停车有序、规范。

作为优选，所述的电机控制机构包括壳体及设于壳体内的直流电机、传动机构和所述的顶杆，直流电机的驱动端和所述的控制模块电连接，直流电机的输出轴和传动机构相连，传动机构又和顶杆相连，顶杆的底端伸出于壳体外。直流电机旋转，带动传动机构运转，再由传动机构带动顶杆作升降移动。顶杆在直流电机的控制下，会处于三种状态：上升位，即为开锁状态；下降位，即为上锁状态；中间位，位于上升位和下降位之间，即为禁止上锁状态。

作为优选，所述的传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、丝杆和连接件，第二齿轮有上齿轮和下齿轮，第一齿轮安装在所述的直流电机的输出轴上，第一齿轮和第二齿轮的下齿轮啮合，第二齿轮的上齿轮和第三齿轮啮合，第三齿轮安装在丝杆的顶端上，丝杆的底端穿过连接件并和连接件螺纹连接，所述的顶杆的顶端和连接件固接。直流电机旋转，带动第一齿轮旋转，第一齿轮旋转带动第二齿轮的下齿轮旋转，第二齿轮的上、下齿轮是一体制成的，故第二齿轮的上齿轮也旋转，带动第三齿轮旋转，第三齿轮旋转带动丝杆旋转，使连接件上升或下降，带动顶杆上升或下降，使顶杆根据不同情况位于三种工作状态。

作为优选，所述的传动机构包括第四齿轮和第五齿轮，第四齿轮、第五齿轮均有上齿轮和下齿轮，所述的第一齿轮和第四齿轮的下齿轮啮合，第四齿轮的上齿轮和第五齿轮的下齿轮啮合，第五齿轮的上齿轮和所述的第二齿轮的下齿轮啮合，第二齿轮的上齿轮和第三齿轮啮合。为了使直流电机的旋转和顶杆的位置有更合适的匹配，增设第四齿轮和第五齿轮。直流电机旋转，带动第一齿轮旋转，第一齿轮旋转带动第四齿轮的下齿轮旋转，第四齿轮的上、下齿轮是一体制成的，故第四齿轮的上齿轮也旋转，带动第五齿轮的下齿轮旋转，第五齿轮的上、下齿轮是一体制成的，故第五齿轮的上齿轮也旋转，带动第二齿轮的下齿轮旋转，第二齿轮的上齿轮带动第三齿轮旋转，第三齿轮旋转带动丝杆旋转，使连接件上升或下降，带动顶杆上升或下降，使顶杆根据不同情况位于三种工作状态。本技术方案中所有齿轮均采用塑料等非金属材质制成。本技术方案传动结构合理，各齿轮不会生锈，有利于开锁、上锁的顺利完成，延长使用寿命，无需经常更换，减少单车投放企业的运维成本。

作为优选，所述的顶杆的上部比顶杆的中部细，顶杆的上部套有顶杆弹簧。顶杆弹簧的设置，使得上锁时，给顶杆一个向下的弹力，确保顶杆底端能更可靠地卡入锁环的卡槽中，提高上锁的可靠性。

作为优选，所述的电机控制机构设有一个拨动开关，拨动开关位于所述的顶杆的旁边，所述的顶杆上设有一个卡孔，拨动开关的拨头伸入到所述的卡孔中，拨动开关的拨头和卡孔相卡接，拨动开关的管脚和所述的控制模块电连接。拨动开关起到检测顶杆位置的作用。顶杆上升或下降时，拉动拨头在拨动开关上移动，使拨动开关的触点有不同的通断状态，拨动开关发出不同信号给控制模块，即拨动开关检测顶杆是处于上锁状态、禁止上锁状态还是开锁状态，并将检测到的信息通过控制模块发送给管理服务器，使管理服务器获得当前单车车锁的状态，便于管理。

作为优选，所述的顶杆的底端连接有一个卡头，卡头的底面是一个斜面；所述的锁环上的卡槽靠近弹簧的侧面也是一个斜面。卡头和锁环上的卡槽相匹配，顶杆上升或下降，带动卡头上升或下降，使卡头脱离卡槽或卡入卡槽中。实现更加方便。卡头底面设置成斜面，有利于上锁，使上锁更顺畅。

作为优选，所述的控制模块包括单片机单元及分别和单片机单元相连的移动通讯单元、电机驱动单元、指示灯单元、报警单元和所述的定位单元，电机驱动单元和所述的电机控制机构电连接。指示灯单元用于指示车锁的工作状态。报警单元采用蜂鸣器，根据车锁的不同工作状态发出提示音或报警声。控制模块通过移动通讯单元和远端的共享单车管理服务器进行无线通讯。当移动通讯单元带有定位功能时，无需再另外设置定位单元。移动通讯单元优选采用2G通讯单元或NB-IOT通讯单元，也可采用3G、4G、EMTC通讯单元，并有GPS定位或北斗定位。

本发明的具有电子围栏功能的物联车锁的控制方法为：上锁时，所述的定位单元检测单车停放的位置，并将单车的位置信号通过无线网络发送给远端的管理服务器，由管理服务器判断当前单车的停放位置是否在规定的停放区域内，如果单车的停放位置在规定的停放区域内，则管理服务器下发允许上锁信号给所述的控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给所述的电机控制机构，通过电机的运转控制所述的顶杆伸出到上锁状态，使用者再拨动所述的锁环上的手柄，使锁环伸入到对面锁孔中，同时顶杆的底端卡入锁环的卡槽中，完成上锁；

如果单车的停放位置不在规定的停放区域内，则管理服务器下发禁止上锁信号给所述的控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给所述的电机控制机构，通过电机的运转控制所述的顶杆伸出到中间状态，即顶杆处于禁止上锁状态，此时由于顶杆的底端不能卡入锁环的卡槽中，就算使用者拨动锁环上的手柄使锁环伸入到对面锁孔中，锁环仍会在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳中，即复位到开锁位置，故无法完成上锁，实现单车的电子围栏功能；

开锁时，管理服务器接收到使用者的请求开锁信号，则下发开锁信号给所述的控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给所述的电机控制机构，通过电机的运转控制所述的顶杆缩回到开锁状态，即顶杆的底端脱离锁环的卡槽并离锁环有一段间距，此时锁环在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳中，复位到开锁位置，完成开锁。

本发明通过控制模块、顶杆和锁环配合起来进行工作，完成上锁、开锁和禁止上锁操作，实现电子围栏功能，从而可以限制共享单车的停放位置，从操作上杜绝共享单车的乱停乱放现象，确保共享单车停车有序、规范。

作为优选，所述的电机控制机构设有一个拨动开关，拨动开关位于所述的顶杆的旁边，所述的顶杆上设有一个卡孔，拨动开关的拨头伸入到所述的卡孔中，拨动开关的拨头和卡孔相卡接，拨动开关的管脚和所述的控制模块电连接；所述的控制方法包括：当所述的顶杆在电机的控制下伸出或缩回时，拉动所述的拨头在拨动开关上移动，使拨动开关发出不同信号给所述的控制模块，即所述的拨动开关检测所述的顶杆是处于上锁状态、禁止上锁状态还是开锁状态，并将检测到的信息通过控制模块发送给所述的管理服务器，使管理服务器获得当前单车车锁的状态。

本发明的有益效果是：通过控制模块、顶杆和锁环配合起来进行工作，完成上锁、开锁和禁止上锁操作，实现共享单车的电子围栏功能，从操作上进行引导和规范，使使用者只有将共享单车停放在规定区域才能完成上锁，才能结束借车流程，从而对共享单车的停放位置进行限制，杜绝共享单车的乱停乱放现象，确保共享单车停车有序、规范。

附图说明

图1是本发明的一种立体结构示意图。

图2是本发明的一种立体分解结构示意图。

图3是本发明中电机控制机构的一种结构示意图。

图4是本发明处于开锁状态时的一种结构示意图。

图5是本发明处于上锁状态时的一种结构示意图。

图6是本发明处于禁止上锁状态时的一种结构示意图。

图中1.车锁外壳，2.车轮限位孔，3.锁环，4.弹簧，5.手柄，6.卡槽，7.控制模块，8.电机控制机构，9.电池，10.蜂鸣器，11.第一齿轮，12.第二齿轮，13.第三齿轮，14.第四齿轮，15.第五齿轮，16.壳体，17.直流电机，18.顶杆，19.丝杆，20.连接件，21.顶杆弹簧，22.卡头，24.拨动开关，25.拨头。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种具有电子围栏功能的物联车锁，如图1、图2所示，包括车锁外壳1，车锁外壳有环抱的左右两臂，形成车轮限位孔2，左右两臂的臂端均有锁孔，车锁外壳内安装有相连的锁环3和弹簧4，弹簧的一端和车锁外壳右臂固定，相连的锁环和弹簧围绕在车轮限位孔的外周，锁环的一端可穿过锁孔来回移动，锁环的中部位置连有一个手柄5，车锁外壳上开有一个允许手柄滑动的弧形孔，锁环上靠近弹簧处有一个卡槽6，卡槽靠近弹簧的侧面是一个斜面。车锁外壳内还安装有控制模块7、电机控制机构8和电池9，电机控制机构有一个在电机控制下可伸缩的顶杆，顶杆指向锁环，卡槽的设置位置和顶杆的底端相适配，控制模块带有定位单元，控制模块和电机控制机构通过导线相连，电池为控制模块和电机控制机构提供工作电压。

如图3所示，电机控制机构包括壳体16，壳体由左壳体、右壳体和上壳体连接而成，右壳体内安装有直流电机17，上壳体内安装有传动机构，左壳体内安装有顶杆18，右壳体的底部有两个通孔，直流电机的两个电极分别伸入到两个通孔中，便于连接导线。传动机构包括第一齿轮11、第二齿轮12、第三齿轮13、第四齿轮14、第五齿轮15、丝杆19和连接件20，第二齿轮、第四齿轮、第五齿轮均有上齿轮和下齿轮，第一齿轮安装在直流电机的输出轴上，第一齿轮和第四齿轮的下齿轮啮合，第四齿轮的上齿轮和第五齿轮的下齿轮啮合，第五齿轮的上齿轮和第二齿轮的下齿轮啮合，第二齿轮的上齿轮和第三齿轮啮合，第三齿轮安装在丝杆的顶端上，连接件有一个螺纹孔和一个固定孔，丝杆的底端穿过连接件上的螺纹孔并和连接件螺纹连接，顶杆的顶端伸入到连接件的固定孔中并和连接件固接，顶杆的底端伸出于壳体外。顶杆中部粗、上下两段较细，顶杆的上段套有顶杆弹簧21，顶杆的底端有外螺纹，通过螺纹连接有一个卡头22，卡头的底面是一个斜面，顶杆的中部开有一个卡孔。壳体外安装有一个三态的拨动开关24，拨动开关位于顶杆的旁边，拨动开关的拨头25穿过壳体伸入到顶杆的卡孔中，拨动开关的拨头和卡孔相卡接，拨动开关的管脚和通过电线和控制模块相连。所有齿轮均采用塑料制成，不易生锈，有利于开锁、上锁的顺利完成，延长车锁的使用寿命，无需经常更换，减少单车投放企业的运维成本。

控制模块是一组电路，焊接在线路板上，控制模块包括单片机单元及分别和单片机单元相连的移动通讯单元、电机驱动单元、多轴运动传感器、蓝牙模块、指示灯单元、报警单元和定位单元，电机驱动单元和电机控制机构中的直流电机通过导线相连。多轴运动传感器检测单车的位置状态，即单车是垂直的、倾斜的还是横躺的。指示灯单元用于指示车锁的工作状态。蓝牙模块用于辅助开锁，当网络远程开锁出现故障时，则可通过本地蓝牙通讯实现开锁。报警单元采用蜂鸣器10，根据车锁的不同工作状态发出提示音或报警声。控制模块通过移动通讯单元和远端的共享单车管理服务器进行无线通讯。

上述具有电子围栏功能的物联车锁的控制方法为：

上锁时，如图5所示，定位单元检测单车停放的位置，并将单车的位置信号通过无线网络发送给远端的管理服务器，由管理服务器判断当前单车的停放位置是否在规定的停放区域内，如果单车的停放位置在规定的停放区域内，则管理服务器下发允许上锁信号给控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给电机控制机构中的直流电机，通过直流电机的运转控制顶杆伸出到上锁状态，使用者再拨动锁环上的手柄，使锁环的活动端伸入到对面的锁孔中，则卡头卡入锁环的卡槽中，完成上锁，报警器发出上锁成功提示音；

如图6所示，如果单车的停放位置不在规定的停放区域内，则管理服务器下发禁止上锁信号给控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给电机控制机构中的直流电机，通过直流电机的运转控制顶杆伸出到中间状态，即顶杆处于禁止上锁状态，此时由于卡头不能卡入锁环的卡槽中，就算使用者拨动锁环上的手柄使锁环的活动端伸入到对面的锁孔中，锁环仍会在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳的左臂中，即复位到开锁位置，故无法完成上锁，实现单车的电子围栏功能，报警器发出禁止上锁(禁止停放)报警声；

开锁时，如图4所示，管理服务器接收到使用者的请求开锁信号，则下发开锁信号给控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给电机控制机构中的直流电机，通过直流电机的运转及传动机构的传动，控制顶杆缩回到开锁状态，即卡头脱离锁环的卡槽并离锁环有一段间距，此时锁环在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳的左臂中，复位到开锁位置，完成开锁，报警器发出开锁成功提示音；

当顶杆在直流电机的控制下伸出或缩回时，拉动拨头在拨动开关上移动，使拨动开关发出不同信号给控制模块，即拨动开关检测顶杆是处于上锁状态、禁止上锁状态还是开锁状态，并将检测到的信息通过控制模块发送给管理服务器，使管理服务器获得当前单车车锁的状态。

本发明通过控制模块、顶杆和锁环配合起来进行工作，完成上锁、开锁和禁止上锁操作，实现共享单车的电子围栏功能，从操作上进行引导和规范，使使用者只有将共享单车停放在规定区域才能完成上锁，结束借车流程，从而对共享单车的停放位置进行限制，杜绝共享单车的乱停乱放现象，确保共享单车停车有序、规范，确保城市有良好的市容环境，有利于共享单车的进一步推广。

Claims (10)

1.一种具有电子围栏功能的物联车锁，包括车锁外壳，车锁外壳内设有相连的锁环和弹簧，锁环上设有手柄，其特征在于所述的车锁外壳内设有控制模块、电机控制机构和电池，控制模块和电机控制机构电连接，电机控制机构设有一个在电机控制下可伸缩的顶杆，顶杆的底端指向所述的锁环，锁环上设有一个卡槽，卡槽的设置位置和所述的顶杆的底端相适配，所述的控制模块设有定位单元。

2.根据权利要求1所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁，其特征在于所述的电机控制机构包括壳体及设于壳体内的直流电机、传动机构和所述的顶杆，直流电机的驱动端和所述的控制模块电连接，直流电机的输出轴和传动机构相连，传动机构又和顶杆相连，顶杆的底端伸出于壳体外。

3.根据权利要求2所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁，其特征在于所述的传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、丝杆和连接件，第二齿轮有上齿轮和下齿轮，第一齿轮安装在所述的直流电机的输出轴上，第一齿轮和第二齿轮的下齿轮啮合，第二齿轮的上齿轮和第三齿轮啮合，第三齿轮安装在丝杆的顶端上，丝杆的底端穿过连接件并和连接件螺纹连接，所述的顶杆的顶端和连接件固接。

4.根据权利要求3所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁，其特征在于所述的传动机构包括第四齿轮和第五齿轮，第四齿轮、第五齿轮均有上齿轮和下齿轮，所述的第一齿轮和第四齿轮的下齿轮啮合，第四齿轮的上齿轮和第五齿轮的下齿轮啮合，第五齿轮的上齿轮和所述的第二齿轮的下齿轮啮合，第二齿轮的上齿轮和第三齿轮啮合。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁，其特征在于所述的顶杆的上部比顶杆的中部细，顶杆的上部套有顶杆弹簧。

6.根据权利要求1或2所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁，其特征在于所述的电机控制机构设有一个拨动开关，拨动开关位于所述的顶杆的旁边，所述的顶杆上设有一个卡孔，拨动开关的拨头伸入到所述的卡孔中，拨动开关的拨头和卡孔相卡接，拨动开关的管脚和所述的控制模块电连接。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁，其特征在于所述的顶杆的底端连接有一个卡头，卡头的底面是一个斜面；所述的锁环上的卡槽靠近弹簧的侧面也是一个斜面。

8.根据权利要求1或2所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁，其特征在于所述的控制模块包括单片机单元及分别和单片机单元相连的移动通讯单元、电机驱动单元、指示灯单元、报警单元和所述的定位单元，电机驱动单元和所述的电机控制机构电连接。

9.一种如权利要求1所述的具有电子围栏功能的物联车锁的控制方法，其特征在于：

上锁时，所述的定位单元检测单车停放的位置，并将单车的位置信号通过无线网络发送给远端的管理服务器，由管理服务器判断当前单车的停放位置是否在规定的停放区域内，如果单车的停放位置在规定的停放区域内，则管理服务器下发允许上锁信号给所述的控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给所述的电机控制机构，通过电机的运转控制所述的顶杆伸出到上锁状态，使用者再拨动所述的锁环上的手柄，使锁环伸入到对面锁孔中，同时顶杆的底端卡入锁环的卡槽中，完成上锁；

如果单车的停放位置不在规定的停放区域内，则管理服务器下发禁止上锁信号给所述的控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给所述的电机控制机构，通过电机的运转控制所述的顶杆伸出到中间状态，即顶杆处于禁止上锁状态，此时由于顶杆的底端不能卡入锁环的卡槽中，就算使用者拨动锁环上的手柄使锁环伸入到对面锁孔中，锁环仍会在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳中，即复位到开锁位置，故无法完成上锁，实现单车的电子围栏功能；

开锁时，管理服务器接收到使用者的请求开锁信号，则下发开锁信号给所述的控制模块，控制模块经过处理发出控制信号给所述的电机控制机构，通过电机的运转控制所述的顶杆缩回到开锁状态，即顶杆的底端脱离锁环的卡槽并离锁环有一段间距，此时锁环在弹簧的弹力作用下缩回到车锁外壳中，复位到开锁位置，完成开锁。

10.根据权利要求9所述的一种具有电子围栏功能的物联车锁的控制方法，其特征在于所述的电机控制机构设有一个拨动开关，拨动开关位于所述的顶杆的旁边，所述的顶杆上设有一个卡孔，拨动开关的拨头伸入到所述的卡孔中，拨动开关的拨头和卡孔相卡接，拨动开关的管脚和所述的控制模块电连接；所述的控制方法包括：当所述的顶杆在电机的控制下伸出或缩回时，拉动所述的拨头在拨动开关上移动，使拨动开关发出不同信号给所述的控制模块，即所述的拨动开关检测所述的顶杆是处于上锁状态、禁止上锁状态还是开锁状态，并将检测到的信息通过控制模块发送给所述的管理服务器，使管理服务器获得当前单车车锁的状态。