CN109403730A - 一种电子锁智能自适应驱动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子锁智能自适应驱动系统及方法，包括电机、减速箱、轴套、旋转编码器，减速箱的输入端和电机的输出端传动连接，轴套与减速箱的输出端传动连接，旋转编码器与轴套传动连接，并与电机电信号连接，用于识别轴套转动位置，并在轴套带动旋转编码器转动到设定位置时控制电机停止转动。还包括逻辑控制单元，旋转编码器经逻辑控制单元与电机电信号连接。逻辑控制单元监测脉冲数并在堵转前切断电机电源或降低电机输入电压实现斜坡停机从而防止堵转。使电机处于最优工作状态，提高了电机效率和整个产品的能效比，延长了电池的待机时间，延长了电子锁的寿命，避免了由振动引起的零件松动引发的故障，同时消除了一定的噪音，提高了用户体验。

Description

一种电子锁智能自适应驱动系统及方法

技术领域

本发明涉及电子锁及运动控制技术领域，尤其是涉及一种电子锁智能自适应驱动系统及方法。

背景技术

随着我国经济飞速发展，人们的生活水平不断提高,更先进更便捷的全自动电子锁的需求量不断攀升，因此全自动锁的增长势头非常强劲。越来越多的家庭或单位开始使用全自动电子锁。

目前市场上的全自动锁大都使用电机加减速箱的驱动装置来驱动锁体的拨轮实现开锁或闭锁，依靠检测电机堵转电流来判断是否该停止电机转动。这种检测方式的缺点是显而易见的，因为每一次开锁或闭锁都经历一次堵转，而堵转的危害非常多：第一、堵转电流在自动锁常用的7.4V锂电池供电时高达5安培甚至更高，虽然检测堵转的时间短，但耗费掉的电能依然可观，对电池的冲击很大，缩短了电池寿命和整锁的待机时间。第二、电机减速箱输出扭矩大，在电机运行中突然堵转会造成由电机转子开始直到锁体锁舌、天地杆之间所有的传动部件受到挤压冲击。然而每次机械部件受挤压冲击的部位都一样，难免如水滴石穿一样造成损坏。第三、堵转时机械部件发生挤压甚至碰撞，产生振动和噪音，经常的振动极易引发螺丝等紧固件松动，存在安全隐患。在安静的环境下堵转时的撞击噪音也易引起用户不悦。

另外，目前电子锁驱动器都属于开环控制，即通电之后电机的运行状态系统无法得知，只有在堵转时才得到一个反馈。而现实是各种门和锁的情况都有差异，有紧有松、有重有轻导致电机的运行阻力各不相同，传统的电子锁驱动器通常都是电机全功率运行，这样势必会浪费一部分能耗，缩短待机时间。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种电子锁智能自适应驱动系统，通过对驱动装置运行过程的精确检测和控制，在运行中实时反馈运行参数，将传统的电子锁驱动装置由开环控制升级为闭环控制；目的之二是提供一种可实现驱动各种锁体开闭锁过程中对拨轮旋转圈数的自动识别，实现各种锁体的防堵转，并根据脉冲频率和电机电流检测锁体对电机造成的运行阻力大小，以调整电机输出功率，实现自适应或异常报警。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于，包括：

电机；

减速箱，减速箱的输入端和电机的输出端传动连接；

轴套，轴套与减速箱的输出端传动连接；

旋转编码器，旋转编码器与轴套传动连接，并与电机电信号连接，用于识别轴套转动位置，并在轴套带动旋转编码器转动到设定位置时控制电机停止转动。

还包括：

逻辑控制单元，旋转编码器经逻辑控制单元与电机电信号连接，逻辑控制单元用于识别电机转动导致的堵转信息，并根据堵转信息设置不发生堵转的旋转编码器最大转动位置，该位置为旋转编码器的设定位置。

所述旋转编码器包括光栅码盘，光栅码盘的中心位置开设有与轴套连接的通孔，通孔侧壁上沿其径向设置有两个相对的旋转凸起；轴套是螺栓形结构，其中螺杆外壁光滑，螺杆外壁靠近顶部一体化设置有连接套，连接套的长度小于轴套的长度，连接套侧壁上沿其长度方向开设有两个与旋转凸起相匹配的轴套通槽。

所述连接套下沿沿连接套长度方向上还开设有两个相对的轴套凸起，所述减速箱输出端的侧壁上开设有两个与轴套凸起相匹配的连接槽。

所述旋转编码器还包括光电开关，光电开关沿竖直垂直方向设置在光栅码盘的外沿，光电开关靠近光栅码盘的侧面设置有识别槽，识别槽的高度大于光栅码盘的厚度，光栅码盘的光栅部分位于识别槽中，光电开关固定于电子锁的内壁上。

所述光电开关的输出端经逻辑控制单元和电机的输入端电信号连接。

所述旋转编码器包括霍尔编码器和霍尔开关，霍尔开关与霍尔编码器外沿卡接但非接触，霍尔开关的输出端和电机的输入端电信号连接。

一种电子锁智能自适应驱动系统的方法，包括以下步骤：

步骤一，首次使用启动堵转测量，获取堵转参数：堵转脉冲数和原始频率；

电机依次带动减速箱、轴套、光栅码盘转动，光电开关产生脉冲反馈给逻辑控制单元，逻辑控制单元检测到堵转电流时使电机停转，逻辑控制单元记录并存储堵转脉冲数以及原始频率。

步骤二，后期执行正常的开、关锁，逻辑控制单元实时检测脉冲数和频率，如果反馈脉冲数小于堵转脉冲数，频率大于原始频率的70％时，则执行正常开锁、闭锁工作；

电机依次带动减速箱、轴套、光栅码盘转动，光电开关产生脉冲反馈给逻辑控制单元，逻辑控制单元对接收的反馈脉冲进行实时分析：如果反馈脉冲数小于堵转脉冲数，频率大于原始频率的70％时，则执行正常开锁、闭锁工作；

步骤三，步骤二的频率低于原始频率的70％时，电机断电并发出负载过重的报警。

所述步骤一堵转参数还包括惯性脉冲数，由于电机转子及减速箱均为金属具有一定的质量，电机在断电后仍有惯性可维持光栅码盘旋转一个角度，这个角度可测量得出一个脉冲数即惯性脉冲数。

所述步骤二中的频率大于原始频率的70％时，反馈脉冲数到达步骤一中的堵转脉冲数减去惯性脉冲数时，电机断电或软停机；反馈脉冲数小于堵转脉冲数，未发出停机指令但检测到堵转电流，电机断电并发出异常堵转并报警。

本发明的有益效果是：本发明基于对反馈脉冲数进行计数来监测旋转量，由逻辑控制单元监测脉冲数并在堵转前切断电机电源或降低电机输入电压实现斜坡停机(软停机)从而防止堵转。以检测脉冲频率和电机电流大小判断运行阻力来调节电机输出功率，以适应各个门和锁体的情况，达到自适应的目的。使电机处于最优的工作状态，提高了电机效率和整个产品的能效比，延长了电池的待机时间，对电机、齿轮箱、电池及其它运动部件提供了保护，延长了寿命，避免了由振动引起的零件松动引发的故障，同时消除了一定的噪音，提高了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中说需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本发明的整体结构图。

图2是本发明的闭环逻辑反馈图。

图3是本发明首次使用的堵转测试逻辑图。

图4是本发明后期正常使用的逻辑图。

图中：1、逻辑控制单元；2、轴套；3、光栅码盘；4、光电开关；5、电机；6、减速箱；7、连接套；8、轴套通槽；9、轴套凸起；10、旋转凸起；11、识别槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于，包括：

电机5；

减速箱6，减速箱6的输入端和电机5的输出端传动连接；

轴套2，轴套2与减速箱6的输出端传动连接；

旋转编码器，旋转编码器与轴套2传动连接，并与电机5电信号连接，用于识别轴套2转动位置，并在轴套2带动旋转编码器转动到设定位置时控制电机5停止转动。

本发明在使用时，先接通电源，然后电机5带动减速箱6工作，减速箱6进而带动轴套2转动，轴套2最后再带动旋转编码器转动，而旋转编码器与电机5电信号连接，旋转编码器产生脉冲信号发送给电机5，电机5可根据脉冲数进行相应的控制或发出异常报警。本发明可以实现电子锁自适应驱动系统的运动精确检测和控制，实现旋转编码器运行中实时反馈运行参数，改变了传统电子锁的开环控制，升级为电子锁的智能闭环控制，从而防止堵转现象的产生，避免了堵转危害。

实施例2

如图1、图2所示，它是在实施例1的基础上改进，还包括：

逻辑控制单元1，旋转编码器经逻辑控制单元1与电机5电信号连接，逻辑控制单元1用于识别电机5转动导致的堵转信息，并根据堵转信息设置不发生堵转的旋转编码器最大转动位置，该位置为旋转编码器的设定位置。

使用时，旋转编码器的转动会使其输出端产生脉冲信号发送给逻辑控制单元1，逻辑控制单元1可根据脉冲数和频率对电机5进行相应的控制。本发明实现了对电机5和减速箱6的运动精确检测和控制，实现电机5运行中实时反馈运行参数，运行过程升级为闭环控制，基于对反馈脉冲数进行计数来监测旋转编码器的旋转量，由逻辑控制单元1监测脉冲数并在堵转前切断电机电源或降低电机5输入电压实现斜坡停机(软停机)从而防止堵转。以检测脉冲频率和电机电流大小判断运行阻力来调节电机输出功率，以适应各个门和锁体的情况，达到自适应的目的。

该闭环运行过程的精确检测可实现驱动各种锁体开闭锁过程中拨轮或齿轮旋转圈数的自动识别以优化电机5驱动装置输出，实现各种锁体的防堵转，并可根据脉冲频率和电机电流检测锁体对电机5造成的运行阻力大小，以调整电机5输出功率，实现自适应或异常报警。可带来更智能、更省电、更可靠、更静音的驱动系统。

实施例3

如图1、图2所示，它是在实施例1和实施例2的基础上改进，

所述旋转编码器包括光栅码盘3，光栅码盘3的中心位置开设有与轴套2连接的通孔，通孔侧壁上沿其径向设置有两个相对的旋转凸起10；轴套2是螺栓形结构，其中螺杆外壁光滑，螺杆外壁靠近顶部一体化设置有连接套7，连接套7的长度小于轴套2的长度，连接套7侧壁上沿其长度方向开设有两个与旋转凸起10相匹配的轴套通槽8。

所述连接套7下沿沿连接套7长度方向上还开设有两个相对的轴套凸起9，所述减速箱6输出端的侧壁上开设有两个与轴套凸起9相匹配的连接槽。所述旋转编码器还包括光电开关4，光电开关4沿竖直垂直方向设置在光栅码盘3的外沿，光电开关4靠近光栅码盘3的侧面设置有识别槽11，识别槽11的高度大于光栅码盘3的厚度，光栅码盘3的光栅部分位于识别槽11中，光电开关4固定于电子锁的内壁上。

所述光电开关4的输出端经逻辑控制单元1和电机5的输入端电信号连接，但并非直接连接。

使用时，电机5带动减速箱6工作，减速箱6进而带动轴套2转动，轴套2最后再带动光栅码盘3转动，光栅码盘3的光栅部分位于识别槽11中，光电开关4固定于电子锁的内壁上，光电开关4的输出端与电机5的输入端电信号连接，光栅码盘3的旋转使得光电开关4产生脉冲信号发送给逻辑控制单元1，逻辑控制单元1可根据脉冲数进行相应的控制或发出异常报警。此过程实现了电子锁电机5、减速箱6的运动精确检测和控制，光电开关4通过逻辑控制单元1和电机5电信号连接，运行过程中实时反馈运行参数，形成智能闭环控制。基于此闭环运行过程的精确检测可实现驱动各种锁体开闭锁过程中拨轮旋转圈数的自动识别以优化电机驱动装置输出，实现各种锁体的防堵转，并可根据脉冲频率和电机电流检测锁体对电机造成的运行阻力大小，以调整电机输出功率，实现自适应或异常报警。

实施例4

如图2所示，它是在实施例1的基础上改进，

所述旋转编码器包括霍尔编码器和霍尔开关，霍尔开关与霍尔编码器外沿卡接但非接触，霍尔开关的输出端和电机5的输入端电信号连接。

使用时，根据不同的锁体和使用环境的，也可选择霍尔编码器以及与其配套的霍尔开关，精度高，宽带宽，同样可以实现霍尔编码器运行中实时反馈运行参数，运行过程升级为闭环控制，基于对反馈脉冲数进行计数来监测旋转霍尔编码器的旋转量，由逻辑控制单元1监测脉冲数并在堵转前切断电机电源或降低电机5输入电压实现斜坡停机(软停机)从而防止堵转。以检测脉冲频率和电机电流大小判断运行阻力来调节电机输出功率，以适应各个门和锁体的情况，达到自适应的目的。

霍尔编码器和霍尔开关是现有成熟技术，具体结构在此不详细说明，非本发明的保护点。

实施例5

一种电子锁智能自适应驱动系统的方法，包括以下步骤：

步骤一，首次使用启动堵转测量，获取堵转参数：堵转脉冲数和原始频率；

电机5依次带动减速箱6、轴套2、光栅码盘3转动，光电开关4产生脉冲反馈给逻辑控制单元1，逻辑控制单元1检测到堵转电流时使电机停转，逻辑控制单元1记录并存储堵转脉冲数以及原始频率。

步骤二，后期执行正常的开、关锁，逻辑控制单元1实时检测脉冲数和频率，如果反馈脉冲数小于堵转脉冲数，频率大于原始频率的70％时，则执行正常开锁、闭锁工作；

电机5依次带动减速箱6、轴套2、光栅码盘3转动，光电开关4产生脉冲反馈给逻辑控制单元1，逻辑控制单元1对接收的反馈脉冲进行实时分析：如果反馈脉冲数小于堵转脉冲数，频率大于原始频率的70％时，则执行正常开锁、闭锁工作；

步骤三，步骤二的频率低于原始频率的70％时，电机5断电并发出负载过重的报警。

如图3和图4所示，在实际应用中，当新锁安装好之后先手动执行1-3次开锁闭锁堵转测量，即由逻辑控制单元1控制电机5进行一次堵转测试并记录堵转时的脉冲数(简称堵转脉冲数)和频率，这个过程就是自动获取堵转参数过程，堵转测试中的堵转是以串联在电机5输入电源上的小阻值电阻或电流传感器检测到的堵转电流(此过程就是传统电子锁驱动过程中的堵转检测)为满足条件。

在以后的正常开锁和闭锁时，逻辑控制单元1将实时监测脉冲数，如果频率大于原始频率的70％，反馈脉冲数小于堵转脉冲数，即可执行正常的开、闭锁工作；如果频率低于原始频率的70％时，电机5断电并发出负载过重的报警。从而防止堵转实现自适应各种锁体的功能。

逻辑控制单元1实时监控电机5的工况，根据脉冲频率和电机电流判断负载的轻重，当脉冲频率大且电机电流小的时候视为轻负载，此时电机输出功率可适当降低，当脉冲频率小且电流大的时候视为重负载，此时电机输出功率才实行全功率输出。这样可自适应负载轻重，实时调节电机输出而不必总是全功率输出。

实施例6

如图4所示，它是在实施例5的基础上改进，所述步骤一堵转参数还包括惯性脉冲数，由于电机5转子及减速箱6均为金属具有一定的质量，电机5在断电后仍有惯性可维持光栅码盘3旋转一个角度，这个角度可测量得出一个脉冲数即惯性脉冲数。当数值达到堵转脉冲数减去惯性脉冲数后的数值时即切断电机电源或者使电机5进入斜坡停机(软停机)状态，从而防止堵转实现自适应各种锁体的功能。

所述步骤二中的频率大于原始频率的70％时，反馈脉冲数到达步骤一中的堵转脉冲数减去惯性脉冲数时，电机5断电或软停机；反馈脉冲数小于堵转脉冲数，未发出停机指令但检测到堵转电流，电机5断电并发出异常堵转并报警。在正常使用中当发现脉冲数未达到正常开闭锁脉冲数且检测到堵转电流时可发出异常(门未关好而闭锁、零部件卡死等)报警提示，当检测到脉冲频率明显低于正常频率又未检测到堵转电流时也可发出异常(如重负载或扭矩偏低)报警提示。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于，包括：

电机(5)；

减速箱(6)，减速箱(6)的输入端和电机(5)的输出端传动连接；

轴套(2)，轴套(2)与减速箱(6)的输出端传动连接；

旋转编码器，旋转编码器与轴套(2)传动连接，并与电机(5)电信号连接，用于识别轴套(2)转动位置，并在轴套(2)带动旋转编码器转动到设定位置时控制电机(5)停止转动。

2.根据权利要求1所述的一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于,还包括：

逻辑控制单元(1)，旋转编码器经逻辑控制单元(1)与电机(5)电信号连接，逻辑控制单元(1)用于识别电机(5)转动导致的堵转信息，并根据堵转信息设置不发生堵转的旋转编码器最大转动位置，该位置为旋转编码器的设定位置。

3.根据权利要求2所述的一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于：所述旋转编码器包括光栅码盘(3)，光栅码盘(3)的中心位置开设有与轴套(2)连接的通孔，通孔侧壁上沿其径向设置有两个相对的旋转凸起(10)；轴套(2)是螺栓形结构，其中螺杆外壁光滑，螺杆外壁靠近顶部一体化设置有连接套(7)，连接套(7)的长度小于轴套(2)的长度，连接套(7)侧壁上沿其长度方向开设有两个与旋转凸起(10)相匹配的轴套通槽(8)。

4.根据权利要求3所述的一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于：所述连接套(7)下沿沿连接套(7)长度方向上还开设有两个相对的轴套凸起(9)，所述减速箱(6)输出端的侧壁上开设有两个与轴套凸起(9)相匹配的连接槽。

5.根据权利要求3所述的一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于：所述旋转编码器还包括光电开关(4)，光电开关(4)沿竖直垂直方向设置在光栅码盘(3)的外沿，光电开关(4)靠近光栅码盘(3)的侧面设置有识别槽(11)，识别槽(11)的高度大于光栅码盘(3)的厚度，光栅码盘(3)的光栅部分位于识别槽(11)中，光电开关(4)固定于电子锁的内壁上。

6.根据权利要求5所述的一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于：所述光电开关(4)的输出端经逻辑控制单元(1)和电机(5)的输入端电信号连接。

7.根据权利要求1所述的一种电子锁智能自适应驱动系统，其特征在于：所述旋转编码器包括霍尔编码器和霍尔开关，霍尔开关与霍尔编码器外沿卡接但非接触，霍尔开关的输出端和电机(5)的输入端电信号连接。

8.根据权利要求6所述的一种电子锁智能自适应驱动系统的方法，包括以下步骤：

步骤一，首次使用启动堵转测量，获取堵转参数：堵转脉冲数和原始频率；

电机(5)依次带动减速箱(6)、轴套(2)、光栅码盘(3)转动，光电开关(4)产生脉冲反馈给逻辑控制单元(1)，逻辑控制单元(1)检测到堵转电流时使电机停转，逻辑控制单元(1)记录并存储堵转脉冲数以及原始频率。

步骤二，后期执行正常的开、关锁，逻辑控制单元(1)实时检测脉冲数和频率，如果反馈脉冲数小于堵转脉冲数，频率大于原始频率的70％时，则执行正常开锁、闭锁工作；

电机(5)依次带动减速箱(6)、轴套(2)、光栅码盘(3)转动，光电开关(4)产生脉冲反馈给逻辑控制单元(1)，逻辑控制单元(1)对接收的反馈脉冲进行实时分析：如果反馈脉冲数小于堵转脉冲数，频率大于原始频率的70％时，则执行正常开锁、闭锁工作；

步骤三，步骤二的频率低于原始频率的70％时，电机(5)断电并发出负载过重的报警。

9.根据权利要求8所述的一种电子锁智能自适应驱动方法，其特征是：所述步骤一堵转参数还包括惯性脉冲数，由于电机(5)转子及减速箱(6)均为金属具有一定的质量，电机(5)在断电后仍有惯性可维持光栅码盘(3)旋转一个角度，这个角度可测量得出一个脉冲数即惯性脉冲数。

10.根据权利要求9所述的一种电子锁智能自适应驱动方法，其特征是：所述步骤二中的频率大于原始频率的70％时，反馈脉冲数到达步骤一中的堵转脉冲数减去惯性脉冲数时，电机(5)断电或软停机；反馈脉冲数小于堵转脉冲数，未发出停机指令但检测到堵转电流，电机(5)断电并发出异常堵转并报警。