电机控制方法、装置、电机驱动系统及门锁与流程

本发明涉及电机的驱动控制领域，具体而言，涉及一种电机控制方法、装置、电机驱动系统及门锁。

背景技术：

目前智能门锁为了方便性和安全性，基本都采用电池进行供电，所以如何提高电池利用率，延长电池使用寿命是所有智能门锁厂商玆待解决的问题。为了安全起见，目前电池电压的报警阈值一般为MCU的最低工作电压和电机转动时最大瞬时压降之和，并且要保持一定的余量，以避免电池的输出电压过低且电机转动时最大瞬时压降过大而导致MCU的工作电压过低而使MCU重启。而MCU的最低工作电压一般与芯片有关，一旦芯片的型号选定，MCU的最低工作电压就为一个常量，因此，限制电池使用寿命的瓶颈就在于电机转动时的瞬时压降比较大。

但是，为了避免智能门锁的电机驱动力不足而导致电机无法正常驱动锁舌而无法打开房门的情况发生，大多采用直流信号驱动电机。但是，直流信号驱动电机的方式会导致电机转动时的瞬时压降过大，造成电池的使用寿命不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电机控制方法、装置、电机驱动系统及门锁，以改善上述的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机控制方法，应用于电机驱动系统，所述电机驱动系统包括供电电池和电机驱动装置。所述方法包括：监测所述供电电池的输出电压；当所述输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压时，生成脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至所述电机驱动装置，以使所述电机驱动装置根据所述脉冲宽度调制信号驱动电机。

第二方面，本发明实施例提供了一种电机控制装置，应用于电机驱动系统，所述电机驱动系统包括供电电池和电机。所述电机控制装置包括：监测单元和第一驱动单元。监测单元用于监测所述供电电池的输出电压。第一驱动单元用于当所述输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压时，生成脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至所述电机驱动装置，以使所述电机驱动装置根据所述脉冲宽度调制信号驱动电机。

第三方面，本发明实施例提供了电机驱动系统，包括：供电电池、主控装置和电机驱动装置。所述供电电池分别与所述主控装置和所述电机驱动装置耦合，所述主控装置的输出端与所述电机驱动装置的输入端耦合。所述主控装置用于监测所述供电电池的输出电压，当所述输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压时，生成脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至所述电机驱动装置。所述电机驱动装置用于根据所述脉冲宽度调制信号驱动电机。

第四方面，本发明实施例还提供了一种门锁，包括电机、锁具和上述所述的电机驱动系统。所述电机与所述锁具连接，所述电机驱动装置与所述电机连接。所述电机驱动装置用于驱动所述电机，以使所述电机控制所述锁具打开或关闭。

本发明实施例中，当输出电压低于第一阈值电压时，采用电机瞬时压降比直流信号低很多的脉冲宽度调制信号驱动电机，以使输出电压低于第一阈值时，供电电池仍然能够正常使用而不会导致电机驱动系统内的芯片的重启而出现故障。与现有技术在输出电压低于第一阈值时就无法使用相比，能够提高供电电池的使用寿命。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所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。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的门锁的结构框图；

图2示出了本发明实施例提供的电机驱动系统的结构框图；

图3示出了本发明实施例提供的电机驱动系统的电源模块的电路原理；

图4示出了本发明实施例提供的电机驱动系统的电机驱动装置的电路原理图；

图5示出了本发明一实施例提供的一种电机控制方法的流程图；

图6示出了本发明另一实施例提供的一种电机控制方法的流程图；

图7示出了本发明一实施例提供的一种电机控制装置的功能模块图；

图8示出了本发明另一实施例提供的一种电机控制装置的功能模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是本发明实施例提供的一种门锁的结构框图。该门锁1包括：电机驱动系统10、电机20和锁具30。该门锁1可以应用于房门、柜门、箱门或抽屉等部件。其中，锁具30作为房门、柜门、箱门或抽屉等部件的封缄器。电机20的转子与锁具30连接。具体地，所述锁具30可以包括锁舌和锁孔(图中均未示出)，电机20的转子与锁舌连接，电机20的转子的正转和反转能够带动锁舌沿伸入锁孔或远离锁孔的方向运动，进而，电机20能够控制锁具30的打开或关闭。

电机驱动系统10能够以脉冲宽度调制信号或直流信号等不同的方式驱动电机20，以使电机20在不同的工作模式下控制锁具30的打开或关闭。电机驱动系统10的详细实施方式，请参阅图2。

如图2所示，是本发明实施例提供的一种电机驱动系统的结构框图。该电机驱动系统10包括：供电电池100、电源模块200、主控装置300和电机驱动装置400。

供电电池100用于为主控装置300、电机驱动装置400和电源模块200提供工作电源，并且作为电源模块200的输入电源。于本发明实施例中，采用四节5号电池供电，每节电池的最大电压均是1.5V，则供电电池100的最大电压是6V。

在供电电池100的输出电压至少要满足电机驱动系统10内的芯片的最低工作电压和电机瞬时压降之和，即供电电池100的输出电压不可以低于电机驱动系统10内的芯片的最低工作电压和电机瞬时压降之和。由此，供电电池100内可以设置一个阈值，该阈值等于电机驱动系统内的芯片的最低工作电压和电机瞬时压降之和，如果芯片的最低工作电压和电机瞬时压降均保持不变的话，在输出电压低于该阈值的时候，会导致芯片重启而无法正常工作，此时，电池无法再被投入使用。

电源模块200用于将供电电池100的输出电压转换为主控装置300的工作电压，即芯片的工作电压。电源模块200将转换后的电压输入主控装置300的电源端。具体地，电源模块200的电路原理图如图3所示，电源模块200包括：降压芯片IC1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电感L1，降压芯片IC1的电源电压输入端VIN和使能输入端EN均与供电电池的输出端耦合，降压芯片IC1的电源电压输入端VIN和使能输入端EN与第一电容C1的一端耦合，第一电容C1的另一端接地，降压芯片IC1的保护接地端PGND、模拟接地端AGND和接地端GND均接地，降压芯片IC1的开关端SW与第一电感L1的一端耦合，第一电感L1的另一端分别与第一电阻R1的一端、第二电容C2的一端、降压芯片IC1的电压输出端VOS和第一电阻R1的一端耦合。第二电阻R2的另一端与主控装置300的电源端耦合，第二电容C2的另一端接地，降压芯片IC1的反馈端FB接地，第一电阻R1的另一端与降压芯片IC1的输出功率端PG耦合。供电电池100输出电压信号至降压芯片IC1的电源电压输入端VIN，经过图3所示的电路的调整后，输出3.3V的电压信号至主控装置，为主控装置提供工作电压。其中，VCC＿IN就是供电电池的输出电压。

主控装置300用于采集供电电池100的输出电压，并生成用于驱动电机的信号，发送至电机驱动装置400，以使电机驱动装置400驱动电机。具体的调节方式，在后续实施例中介绍。于本发明实施例中，所述主控装置为单片机芯片，例如，采用ST公司的STM32L151芯片。

电机驱动装置400用于根据主控装置300输入的信号以该信号对应的方式调节电机。具体地，请参阅图4，图4示出了电机驱动装置400的电路原理图，该电机驱动装置400包括：第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2、第三场效应晶体管Q3、第四场效应晶体管Q4、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3和第四电容C4。优选地，第四电容C4为极性电容，第一场效应晶体管Q1和第二场效应晶体管Q2均为NMOS晶体管，第三场效应晶体管Q3和第四场效应晶体管Q4均为PMOS晶体管。

主控装置300的第一输出端串接第三电阻R3后与第一场效应晶体管Q1的栅极耦合，第一场效应晶体管Q1的源极接地，第一场效应晶体管Q1的漏极与第三场效应晶体管Q3的漏极耦合，第三场效应晶体管Q3的栅极与第四电阻R4的一端耦合，第四电阻R4的另一端与第二场效应晶体管Q2的漏极耦合，主控装置300的第二输出端串接第五电阻R5后与第二场效应晶体管Q2的栅极耦合，第二场效应晶体管Q2的源极接地，第二场效应晶体管Q2的漏极与第四场效应晶体管Q4的漏极耦合，第四场效应晶体管Q4的栅极与第六电阻R6的一端耦合，第六电阻R6的另一端与第三场效应晶体管Q3的漏极耦合，第七电阻R7的一端与供电电池耦合，第七电阻R7的另一端分别与第四电容C4的正极端、第三场效应晶体管Q3的源极和第四场效应晶体管Q4的源极耦合，第四电容C4的负极端接地，第三电容C3的一端与第三场效应晶体管Q3的漏极耦合，第三电容C3的另一端与第二场效应晶体管Q2的漏极耦合。第三电容C3的一端与电机的第一输入端耦合，第三电容C3的另一端与电机的第二输入端耦合。

电机驱动装置400是由四个场效应晶体管构成的一个H桥驱动电路，图4中，VCC＿IN就是供电电池的输出电压，MOTOR＿EN、MOTOR＿EP为单片机芯片的两个引脚，MOTOR＿EN为主控装置300的第一输出端，MOTOR＿EP为主控装置300的第二输出端，通过控制MOTOR＿EN和MOTOR＿EP输出的高低电平来控制四个场效应晶体管的导通与关断，进而在电机的两端产生电压差来驱动电机的正转和反转。MOTOR＿L和MOTOR＿R用于连接电机的两个引脚，以为电机的正转和反转提供电信号。

直流信号驱动电机就是主控装置300在一段时间内在第一输出端和第二输出端输出恒定的电平值，比如MOTOR＿EN一直为高电平，MOTOR＿EP一直为低电平，那么加在电机两端的电压差也是恒定的。

脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号驱动方式就是主控装置300在一段时间内输出周期性的脉冲，通过脉冲控制场效应晶体管的导通与关断，进而在电机的两端也产生周期性的波形。

请参阅图5，图5示出了本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程图。该方法的执行主体是上述实施例中的主控装置，该方法包括：

S401：监测所述供电电池的输出电压；

主控装置的输入端与所述供电电池的输出端耦合，能够采集供电电池的输出电压的大小。具体地，可以由单片机芯片的PC0引脚采集供电电池的输出电压。单片机芯片采集到供电电池的输出电压后，将模拟电压信号转换为数字信号，由此就能够分析出输出电压的数值大小。

S402：当所述输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压时，生成脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至所述电机驱动装置，以使所述电机驱动装置根据所述脉冲宽度调制信号驱动电机。

其中，第一阈值电压等于主控装置的最低工作电压与最大电机瞬时压降之和。

以供电电池为4节5号电池为例，供电电池的最大输出电压为6V。最大电机瞬时压降为采用直流信号的驱动方式驱动电机时电机瞬时压降，例如是1.2V，而主控装置的最低工作电压为3.3V，则第一阈值电压等于4.5V。

当主控装置监测到供电电池的输出电压低于第一阈值电压(4.5V)时，必须要采用电机瞬时压降低于1.2V的驱动方式驱动电机，而相比直流信号驱动方式，PWM信号驱动方式的电机瞬时压降更低，因此，主控装置生成PWM信号，将所所述PWM信号发送至电机驱动装置。

于本发明实施例中，所述脉冲宽度调制信号的频率为第一预设值、占空比为第二预设值，所述第一预设值选自1.2KHz至1.8KHz，所述第二预设值选自0.6至0.7。

上述脉冲宽度调制信号的频率和占空比的取值是发明人经过多次实验而获得的，不仅可以使电机瞬时压降足够小，而且电机的驱动力强。采用上述第一预设值和第二预设值时，电机瞬时压降为0.6V，一次开门成功率为99.99％。因此，供电电池的输出电压为3.9时，MCU仍然能够正常工作，供电电池的使用寿命由4.5V变为3.9V，大大提高了供电电池的使用寿命。

请参阅图6，图6示出了本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程图。该方法的执行主体是上述实施例中的主控装置，该方法包括：

S501：监测所述供电电池的输出电压；

S502：判断输出电压是否低于供电电池的第一阈值电压；

判断输出电压是否低于供电电池的第一阈值电压，当输出电压低于供电电池的第一阈值电压时，执行步骤S504；当输出电压高于或等于供电电池的第一阈值电压时，执行步骤S503。

步骤S503：生成直流信号，将所述直流信号发送至所述电机驱动装置。

当输出电压大于第一阈值电压时，表示供电电池的电量充沛，此时采用电机瞬时压降较大的直流信号驱动，使电机的驱动力够大，能够极大地避免门锁开启失败。

执行完步骤S503后，返回执行步骤S501，继续监测所述供电电池的输出电压。

步骤S504：判断所述输出电压是否大于第二阈值电压；

若所述输出电压大于第二阈值电压，执行步骤S505；若所述输出电压小于或等于第二阈值电压，执行步骤S506。

其中，第二阈值电压是供电电池的报警阈值，具体地，可以是主控装置的最低工作电压与最小电机瞬时压降之和。

为了避免在输出电压恰好等于最小电机瞬时压降与主控装置的最低工作电压时，电压的波动导致电机驱动系统异常，因此，将第二阈值电压设为4.0V。

步骤S505：生成脉冲宽度调制信号，将脉冲宽度调制信号发送至电机驱动装置；

当执行完步骤S505后，返回执行步骤S501。步骤S505的具体实施方式可以参数前述方法的实施例，在此不再赘述。

步骤S506：发出报警信息，以提示更换电池。

当输出电压小于或等于第二阈值电压时，表示供电电池的电量已经不足，再继续使用的话，会导致芯片的重启而造成系统故障，需要及时更换电池或者对电池充电。

于本发明实施例中，在输出电压小于或等于第二阈值电压时，主控装置发出报警信息，以提示更换电池。其中，发出报警信息的方式可以是：

主控装置设有通信模块，以使主控装置能够通过通信模块与远程监控中心或者用户终端耦合。主控装置存储有预先编辑好的警示内容，该警示内容可以是一段提示性的文字。另外，主控装置存储有标识信息，标识信息与智能门锁所对应的门锁地址对应。

当主控装置监测到供电电池的输出电压低于或等于第二阈值电压时，将警示内容和标识信号打包后发送至远程监控中心或者用户终端，工作人员可以通过远程监控中心或者用户终端查看报警信息。另外，主控装置还包括报警装置，当主控装置监测到供电电池的输出电压低于或等于第二阈值电压时，主控装置能够控制所述报警装置发出声光报警。作为一种实施方式，报警装置可以是信号灯或者蜂鸣器，优选地，所述报警装置为信号灯。

再者，还包括USB接口。通过USB接口能够查看门锁的输出日志，便于出现故障时，定位问题；还可以在当电池没有及时更换且电池电压过低时，通过USB接口连接外部供电，以保证能够正常开门。

请参阅图7，图7示出了本发明实施例提供的一种电机控制装置的功能模块图。该电机控制装置600应用于上述系统的主控装置，该电机控制装置600包括：监测单元601和第一驱动单元602。

监测单元601用于监测所述供电电池的输出电压。

第一驱动单元602用于当所述输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压时，生成脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至所述电机驱动装置，以使所述电机驱动装置根据所述脉冲宽度调制信号驱动电机。

需要说明的是，本实施例中的各单元可以是由软件代码实现，此时，上述的各单元可存储于主控装置300内。以上各单元同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

请参阅图8，图8示出了本发明实施例提供的一种电机控制装置的功能模块图。该电机控制装置700应用于上述系统的主控装置，该电机控制装置700包括：监测单元701、第一驱动单元702、第二驱动单元703和报警单元704。

监测单元701用于监测所述供电电池的输出电压。

第一驱动单元702用于当所述输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压时，生成脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至所述电机驱动装置，以使所述电机驱动装置根据所述脉冲宽度调制信号驱动电机。

第二驱动单元703用于当所述输出电压高于或等于所述供电电池的第一阈值电压时，生成直流信号，将所述直流信号所述电机驱动装置，以使所述电机驱动装置根据所述直流信号驱动电机。

另外，所述第一驱动单元702具体用于当所述输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压时，判断所述输出电压是否大于第二阈值电压，若所述输出电压大于第二阈值电压，生成脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至所述电机驱动装置。

报警单元704用于若所述输出电压小于或等于第二阈值电压，发出报警信息，以提示更换电池。

需要说明的是，本实施例中的各单元可以是由软件代码实现，此时，上述的各单元可存储于主控装置300内。以上各单元同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例中，当输出电压低于第一阈值电压时，采用电机瞬时压降比直流信号低很多的脉冲宽度调制信号驱动电机，以使输出电压低于第一阈值时，供电电池仍然能够正常使用而不会导致电机驱动系统内的芯片的重启而出现故障。与现有技术在输出电压低于第一阈值时就无法使用相比，能够提高供电电池的使用寿命。

另外，现有的采用PWM信号驱动电机，虽然电机瞬时压降比较低而与采用直流信号的方式相比，在一定程度上能够电池的使用寿命，但是，PWM在一定概率下也会存在开门的失败的情况，使用的时间越久，出现失败的概率会越高。因此，本申请中，在输出电压低于所述供电电池的第一阈值电压的情况下采用PWM信号驱动电机，而在输出电压高于或等于所述供电电池的第一阈值电压的情况下，采用直流信号驱动电机，不仅能够延长电池的使用寿命，而且，能够提高开门成功率。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。