CN106948668A - 一种微功耗电控车锁及采用该锁的基于移动终端gps定位的共享单车系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微功耗电控车锁及采用该锁的基于移动终端GPS定位的共享单车系统和方法。本发明的微功耗电控车锁，无需电磁力做机械功，只需维持电流就能开锁，实现了微功耗，且锁定的可靠性显著提高。同时，基于移动终端GPS定位的共享单车系统和方法，省却了传统智能车锁内置的远传通讯模块和GPS定位模块，其功能交由移动终端去实现，更减轻了负载耗电，使共享单车整体的耗电大幅降低。使用普通一次性干电池供电，其供电寿命也可以超出共享单车强制报废寿命，无需更换电池，实现了电源免维护，节约了车锁成本和电源成本。微功耗电控车锁，除了用于共享单车，还可以广泛应用于其它电子锁具，包括门锁、U型锁、柜锁、普通自行车锁等。

Description

一种微功耗电控车锁及采用该锁的基于移动终端GPS定位的 共享单车系统和方法

技术领域

本发明涉及公共交通工具技术领域，尤其涉及的是一种微功耗电控车锁及采用该锁的基于移动终端GPS定位的共享单车系统和方法。

背景技术

用潮水来形容共享单车对国内大都市的覆盖，再贴切不过。国内几大运营商踌躇满志，对国外市场也志在必得。共享单车虽然没有高铁的车速，但它的发展速度却超过了高铁。

智能车锁是共享单车的核心技术，在共享单车领域具有重要的战略地位。可以说，没有一把好的智能车锁，共享单车的蓝图再宏伟，也只是空中楼阁。

采用固定密码的机械锁，已经在共享单车的使用中暴露致命弊端，正在退出历史舞台。电子锁成为智能车锁前唯一选择。由云端授权，每次使用安全的密码开锁，只有电子锁才能实现。提取上锁或开锁的车锁状态信息，也需要电子锁配合。然而，电子锁需要供电，并且因为传统开锁机构耗电过大，通常不得不采用骑行发电或者太阳能电池板。

现有的智能车锁还需要与云端远程通讯，获取开锁密码和输出GPS定位信息及车锁状态信息，而车锁内置的远程通讯模块和GPS定位模块都需要耗电。它们更加大了对电源的依赖。

如何解决电源问题，一直困扰着共享单车。

采用骑行发电，不仅机械复杂，成本高，还降低骑行舒适度，影响用户体验。采用太阳能电池板，也存在成本高、容易损坏和被盗、受气候和停车位置影响等诸多问题。

常规方法如果采用电池供电，供电寿命是个瓶颈。尤其是对瞬间工作电流大因而要求电池内阻小的负载，普通电池更是难以适应。

采用电磁铁做开锁机构的传统开锁方法，是在上锁时，锁销阻止锁舌运动；开锁时，电磁铁拖动衔铁，拔出锁销，离开阻止状态。

这种传统开锁机构带来两个问题：其一，电磁铁拔出锁销，需要做机械功，做功必然消耗电能；其二，锁具锁定的可靠性与耗电大小正相关。所谓锁定的可靠性，指的是锁具上锁之后，抗外力撞击误开锁的几率。误开可能性小，锁定的可靠性高。显然，锁销的运动行程长，静摩擦力大，锁定的可靠性就高。但锁销的运动行程长，静摩擦力大，做功就多，就要求电磁铁在开锁时具有更大的吸力，耗电也大为增加。在常规方法中，锁定的可靠性与省电是一对互相制约的矛盾。

综上所述，解决共享单车的电源问题，需要降低电能消耗。降低电能消耗，需要设计出微功耗开锁机构和解决车锁远程通讯和定位问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，设计提供一种微功耗电控车锁及采用该锁的基于移动终端GPS定位的共享单车系统和方法，它可以显著降低耗电量，使电池的供电时间，数倍增长，同时降低车锁成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微功耗电控车锁，其组成包括锁体和环形锁舌，以及电磁铁和与其衔铁联动的锁销，环形锁舌上开有卡槽，设有手柄，锁销在锁销复位弹簧的推动下可以插入卡槽，以阻止环形锁舌开启，实现上锁；所述环形锁舌的一端连接锁舌复位弹簧，弹簧的另一端在锁体内固定，其拉力方向与开锁方向一致，在手离开手柄和锁销离开卡槽后，实现开锁；所述卡槽由至少两个工作面构成，一个是作用于锁销以阻挡环形锁舌朝开锁方向运动的阻挡面，另一个是在上锁后，环形锁舌朝上锁方向继续运动时推动锁销滑出卡槽的斜面；所述环形锁舌，在所述手柄推动下，上锁后依然可以继续往前运动，直到所述卡槽的斜面把锁销推出卡槽；所述锁销被卡槽斜面推出卡槽后，与其联动的衔铁与静止铁芯形成闭合磁路；所述锁销与衔铁的联动，包括直接连接和通过传动件间接连接，所述传动件包括杠杆；所述电磁铁由静止铁芯、运动衔铁和线圈、线圈引线构成，闭合磁路下，线圈通电产生的电磁力的作用能克服锁销弹簧弹力的作用，维持磁路闭合。

本发明还提供一种基于移动终端GPS定位的共享单车系统，包括微功耗电控车锁组件、移动终端和云端平台，其中：

所述微功耗电控车锁组件，由所述微功耗电控车锁、蓝牙模块、控制模块、上锁传感器和启动键以及电池组成，构成智能车锁；启动键用于唤醒控制模块工作，在控制模块的控制下，蓝牙模块与移动终端通讯，获取开锁密码和上传从上锁传感器得来的车锁状态信息，在用户手动配合下，实现对共享单车上锁或开锁；

所述移动终端，安装有专用APP，可以扫描车上二维码，与云端通讯，并向云端提供由移动终端产生的GPS定位信息，也可以通过蓝牙与微功耗电控车锁组件通讯；

所述云端平台，是建立在云端的专用平台，与移动终端进行信息交互，向用户提供车辆分布图和产生开锁密码、形成计费账单。

另外，一种基于权利要求4所述基于移动终端GPS定位的共享单车方法，包括步骤：

S1：用户在租车前用移动终端进入云端平台查询用户附近车辆的定位信息；

S2：用户利用移动终端扫描车锁上的二维码；

S3：云端平台识别到有效的二维码后生成开锁密码，并将开锁密码发送至移动终端；

S4：移动终端接收到开锁密码后，对用户显示开锁操作提示，用户按照提示，操作车锁上的手柄，移动终端把开锁密码用蓝牙传送给微功耗电控车锁组件，车锁被打开；

S5：还车时，用户操作车锁上的手柄上锁后，微功耗电控车锁组件发出蓝牙车锁状态信息；用户点击移动终端APP的还车键后，移动终端采集自身GPS定位信息和车锁状态信息，与还车请求一道发送给云端平台；

S6：云端平台审核后，向移动终端发送还车成功信息，形成计费账单，刷新车位地图。

微功耗电控车锁的构思：常规方法中，电磁铁做开锁机构，拔出锁销时，需要电能做机械功。开锁时，如果改用手动拔出锁销，不用电能做功，同时确保手动不会误开锁，并且使开锁与通电与否关联起来，就可能设计出新的微功耗开锁机构。具体说来，在实施例中，手动帮助锁销做功时，是推动手柄使环形锁舌朝上锁方向运动的，锁当然不会被误开。

省电原理：上锁状态，在锁舌复位弹簧拉力的作用下，卡槽阻挡面紧紧地压住锁销。如果按照常规方法，电磁铁需要克服静摩擦力把锁销拔出，并运动一段行程，这无疑需要较大的电功率。而按照本构思，电磁铁只要在磁路闭合状态下吸住衔铁就行，其维持电流只是吸合电流的几分之一，故所需电流很小。另一方面，电池随着电量减少，内阻增加，对负载能提供的最大电流变小，只要它不能提供足够的工作电流使开锁机构动作，电池也就作废，尽管它还有剩余电量。显然，工作电流小的负载，不仅消耗电能少，而且电池的电量使用得更彻底，电池寿命也就更长。

需要指出的是，微功耗电控车锁在电磁铁通电时，衔铁在电磁力的作用下，并不产生机械运动，这是本发明与常规电控开锁机构根本的区别。

微功耗电控车锁有多种变形，但万变不离其宗，都离不开用手代替电磁力做机械功，使电磁铁磁路闭合。

因为推动衔铁依靠手动，其行程与电磁吸力无关，原则上，衔铁不存在行程限制，加大锁销与卡槽阻挡面的摩擦力也不影响工作。需要增加行程时，按照机械常识，可以利用杠杆放大行程，也就是说锁销与衔铁之间采用杠杆间接传动。需要增加锁销摩擦力时，锁销与卡槽阻挡面可以采用花纹以增加摩擦系数和加大接触面积。它们对锁定可靠性有利，而对省电无弊。

卡槽的斜面也可以采用曲面，使锁销端部在滑动时受力更均匀。

显然，本发明所述微功耗电控车锁并不限于共享单车锁，在其它电子锁具上也可以广泛使用，包括门锁、U型锁、柜锁、普通自行车锁等。

除了传统开锁机构耗电大之外，共享单车电源的另二项主要负载是GPS定位模块和远程通讯模块。在本发明的系统和方法中，传统智能车锁内置的远程通讯模块和GPS定位模块被省却，但共享单车系统功能不变。车锁的远程通讯由车锁与移动终端的蓝牙通讯代替，再由移动终端与云端通讯。车锁的GPS定位由移动终端自带的GPS定位取代，这是基于移动终端在用户骑行期间与车辆始终处于同一空间位置。

本发明所述移动终端，包括智能手机；所述单车包括自行车。

根据安全等级需要，开锁密码可以采用固定码或滚动码，以及别的加密方式。

有益效果

采用本发明，智能车锁的开锁机构，无需电磁力做机械功，只需要维持电流就行，实现了微功耗，且锁定可靠性显著提高。同时，省却了传统智能车锁上的远传通讯模块和GPS定位模块，其功能交由移动终端去实现，更减轻了负载耗电，使共享单车整体的耗电大幅降低，可以使用普通电池供电，电池供电寿命可以超出共享单车强制报废寿命，故无需更换电池，实现了电源免维护，节约了车锁成本和电源成本。

附图说明

图1是锁销与衔铁采用杠杆连接的微功耗电控车锁结构示意图(上锁状态)。

图2是锁销与衔铁采用杠杆连接的微功耗电控车锁结构示意图(开锁操作状态和开锁完成状态)。

图3是锁销与衔铁采用直接连接的微功耗电控车锁结构示意图。

图4是系统结构原理框图。

在图1中，101为锁体；102为环形锁舌；103为卡槽；104为手柄；105为锁舌复位弹簧；106为固定件；107为限位件；108、109、110、111组成电磁铁，其中：108为静止铁芯；109为运动衔铁；110为线圈；111为线圈引线；112为锁销；113为锁销复位弹簧；114为杠杆支点。

图2结构与图1完全相同，只是处于不同的工作状态。

在图3中，201为锁体；202为环形锁舌；203为卡槽；204为手柄；205为锁舌复位弹簧；206为固定件；207为限位件；208、209、210、211组成电磁铁，其中：208为静止铁芯；209为运动衔铁；210为线圈；211为线圈引线；212为锁销；213为锁销复位弹簧。

在图4中，1为微功耗电控锁组件；2为移动终端；3为云端平台；4为微功耗电控车锁；5为电池；6为控制模块；7为蓝牙模块；8为上锁传感器；9为启动键。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明方案。

本发明包括微功耗电控车锁组件、移动终端和云端平台，构成基本的应用系统，如图4所示。

一、微功耗电控车锁组件：

微功耗电控锁组件1，主要由微功耗电控车锁4、电池5、控制模块6、蓝牙模块7、上锁传感器8、启动键9构成。

微功耗电控车锁4，根据锁销与衔铁连接方式的不同，可以有2种典型的实施例，如图1和图3。在图1中，锁销112与衔铁109的连接采用杠杆结构，它们围绕杠杆支点114转动。转动时，锁销为动力臂，衔铁为阻力臂。图3中，锁销212与衔铁209的连接采用直接连接。它们的工作原理完全相同。下面以图1为例予以说明。

工作过程，参见图1、图2：

上锁时，手按照上锁方向推动手柄104，克服锁舌复位弹簧105的拉力，使环形锁舌102运动，待锁销112在锁销复位弹簧113的推动下进入卡槽103，完成上锁。手离开手柄104后，锁舌复位弹簧105收缩，拉紧环形锁舌102，使锁销112与卡槽104的阻挡面紧紧咬住。如图1。

开锁时，手推动手柄104，使环形锁舌102朝上锁方向移动，环形锁舌一端抵达限位件107时，手松开手柄104。此时，锁销112已被卡槽103的斜面推至卡槽外，锁销112和衔铁109围绕杠杆支点114转动，衔铁109与静止铁芯108形成闭合磁路。见图2。如果线圈110通电，在电磁力的作用下，衔铁109维持磁路闭合状态，锁销112不再进入卡槽103，不阻挡环形锁舌102。手离开手柄后，环形锁舌102在锁舌复位弹簧105的拉动下，实现开锁。如果线圈110未被通电，环形锁舌102在锁舌复位弹簧105的拉动下，沿开锁方向运动时，锁销112将在锁销复位弹簧113的推动下，沿斜面再次落入卡槽103，阻挡环形锁舌102开启，维持上锁状态。

在图4中，微功耗电控锁组件1不工作时，控制模块6中的MCU进入休眠状态，以节约耗电。

开锁时，用户按动启动键9，把MCU从休眠状态中唤醒。蓝牙模块7于是开始工作，通过认证，与移动终端2建立蓝牙通讯，接收开锁密码。MCU在识别和确认开锁密码后，驱动微功耗电控车锁4，使电磁铁线圈通电，用户按动手柄，松开后开锁。开锁完毕，上锁传感器8把车锁状态信息反馈给MCU，通过蓝牙模块7发送给移动终端2。然后，MCU关闭蓝牙模块7和对微功耗电控车锁4线圈断电，进入休眠状态。

还车上锁时，用户拉下手柄104(图1)上锁，按启动键9(图4)。上锁传感器8把车锁状态信息反馈给MCU，通过蓝牙模块7发送给移动终端2。然后，MCU关闭蓝牙模块7，再次进入休眠状态。

二、移动终端和云端平台：

移动终端2采用带有GPS定位功能和蓝牙通讯功能的智能手机，安装有APP，并有对应的操作提示和车辆分布地图。

用户找到单车后，打开APP扫码，把单车信息和用户信息，包括GPS定位信息，发送给云端平台3，云端平台3审查通过后，把该车开锁密码发回移动终端2。移动终端2打开内置蓝牙，准备与微功耗电控车锁组件1的蓝牙模块7通讯。同时，APP显示开锁操作提示。用户进行开锁操作。

开锁成功后，蓝牙模块7把车锁状态信息，通知移动终端2。移动终端2遂通知云端平台3，开始计费。

骑行中，移动终端APP按照一定的时间间隔，把自己的GPS位置信息发送给云端平台，以记录单车轨迹。

用户还车时，打开APP，点击还车，移动终端蓝牙开启。单车上锁后，移动终端蓝牙收到车锁状态信息，随即将单车信息和移动终端GPS定位信息以及车锁状态信息，发送给云端平台。

云端平台生成计费账单，并通知移动终端APP，显示计费账单。租车结束。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式的结构，只要其以类似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微功耗电控车锁，其特征在于：其组成包括锁体和环形锁舌，以及电磁铁和与其衔铁联动的锁销，环形锁舌上开有卡槽，设有手柄，锁销在锁销复位弹簧的推动下可以插入卡槽，以阻止环形锁舌开启，实现上锁，所述环形锁舌的一端连接锁舌复位弹簧，弹簧的另一端在锁体内固定，其拉力方向与开锁方向一致，在手离开手柄和锁销离开卡槽后，实现开锁，所述卡槽由至少两个工作面构成，一个是作用于锁销以阻挡环形锁舌朝开锁方向运动的阻挡面，另一个是在上锁后，环形锁舌朝上锁方向继续运动时推动锁销滑出卡槽的斜面，所述环形锁舌，在所述手柄推动下，上锁后依然可以继续往前运动，直到所述卡槽的斜面把锁销推出卡槽，所述锁销被卡槽斜面推出卡槽后，与其联动的衔铁与静止铁芯形成闭合磁路。

2.根据权利要求1所述的一种微功耗电控车锁，其特征在于：所述锁销与衔铁的联动，包括直接连接和通过传动件间接连接，所述传动件包括杠杆。

3.根据权利要求1所述的一种微功耗电控车锁，其特征在于：所述电磁铁由静止铁芯、运动衔铁和线圈、线圈引线构成，闭合磁路下，线圈通电产生的电磁力的作用能克服锁销弹簧弹力的作用，维持磁路闭合。

4.一种基于移动终端GPS定位的共享单车系统，其特征在于，包括微功耗电控车锁组件、移动终端和云端平台，其中：

所述微功耗电控车锁组件，由基于权利要求1-3项所述微功耗电控车锁、蓝牙模块、控制模块、上锁传感器和启动键以及电池组成，构成智能车锁；启动键用于唤醒控制模块工作，在控制模块的控制下，蓝牙模块与移动终端通讯，获取开锁密码和上传从上锁传感器得来的车锁状态信息，在用户手动配合下，实现对共享单车上锁或开锁；

所述移动终端，安装有专用APP，可以扫描车上二维码，与云端通讯，并向云端提供由移动终端产生的GPS定位信息，也可以通过蓝牙与微功耗电控车锁组件通讯；

所述云端平台，是建立在云端的专用平台，与移动终端进行信息交互，向用户提供车辆分布图和产生开锁密码、形成计费账单。

5.一种基于权利要求4所述基于移动终端GPS定位的共享单车方法，其特征在于，包括步骤：

S1：用户在租车前用移动终端进入云端平台查询用户附近车辆的定位信息；

S2：用户利用移动终端扫描车锁上的二维码；

S3：云端平台识别到有效的二维码后生成开锁密码，并将开锁密码发送至移动终端；

S4：移动终端接收到开锁密码后，对用户显示开锁操作提示，用户按照提示，操作车锁上的手柄，移动终端把开锁密码用蓝牙传送给微功耗电控车锁组件，车锁被打开；

S5：还车时，用户操作车锁上的手柄上锁后，微功耗电控车锁组件发出蓝牙车锁状态信息；用户点击移动终端APP的还车键后，移动终端采集自身GPS定位信息和车锁状态信息，与还车请求一道发送给云端平台；

S6：云端平台审核后，向移动终端发送还车成功信息，形成计费账单，刷新车位地图。