一种车辆地锁装置、系统及控制方法与流程

本发明属于车辆地锁技术领域，具体涉及一种车辆地锁装置、系统及控制方法。

背景技术：

中国专利cn103031976b公开了一种针对车辆停放的智能地锁及停车系统，智能地锁包括外罩、底架、升降架、上支架和电动控制部件，升降架安装在底架与上支架之间，电动控制部件安装在上支架处，外罩覆盖电动控制部件；所述电动控制部件包括核心控制模块，及以核心控制模块为中心设置的超声波传感器、用于控制升降架的电流反馈电机、用于和远端通信的通信接口、发声模块；停车系统包括中央控制系统、智能地锁、手执式收费终端和移动用户终端，智能地锁、手执式收费终端和移动用户终端分别与远端的中央控制系统建立无线通信；该专利所设计的智能地锁锁住车位时升降高度固定，锁住车辆时智能地锁与车辆底盘有接触存在一定的风险，并且未对智能地锁的电源进行有效管理，虽然能够实现智能地锁的升降，但是影响智能地锁使用寿命的除了和智能地锁的升降高度有关，还与智能地锁的带电量有关，而且该发明并没有从低功耗方面考虑该设计，进而影响整个系统的使用效果和使用寿命，不一定能够很好的达到预期效果。

nb-iot技术是一种在全球物联网(iot)领域广泛应用的新兴技术，又被称为低功耗广域网(lpwan)，具有广覆盖、多连接、低速率、低功耗、低成本、优架构等特点；支持超长时间待机和蜂窝网络的快速构建，nb-iot终端模块使用寿命长，同时蜂窝数据的网络连接覆盖非常广泛，目前主要采用直接部署在现有的gsm网络、lte网络和umts网络中，极大的降低了部署成本，实现了快速的平滑升级。

nb-iot技术主要具备以下四大特点：第一个特点是广覆盖，部署的网络具有超强的覆盖范围，在相同的频段下，相比于现有的网络来说覆盖增益提升大约20db，相当于提升了100倍区域覆盖能力；第二个特点是多连接，nb-iot技术支撑海量连接，通常在一个扇区范围内能够支持多达10万个左右的连接，相比于现有网络连接数量实现了数量级的增加；第三个特点是低功耗，nb-iot设备电池使用寿命可以长达10年之久，长时间的设备续航能力为物联网的众多应用提供了性能保障；第四个特点是低成本，由于终端芯片只需要占用大约180khz的频段，同时要求较低的速率，从而大大降低了nb-iot终端模块的成本。

“地磁传感器”本质上是一种检测磁场强度大小的微型机电装置，具有体积小，抗干扰能力强等特点，主要通过洛伦兹力效应来感应磁场大小变化，并且以电信号的方式进行传输；由于地磁传感器的尺寸很小，可以实现近距离的测量，从而达到更高的识别率，通过在智能地锁的主控板上集成地磁传感器，一旦有车辆进入停车位时，地磁传感器可以检测到磁场强度的变化，进而唤醒智能地锁装置工作。

stm32系列是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的armcortex-m3内核增强型系列，时钟频率达到72mhz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36mhz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择；两个系列都内置32k到128k的闪存，不同的是sram的最大容量和外设接口的组合；时钟频率72mhz时，从闪存执行代码，stm32功耗36ma，相当于0.5ma/mhz；集成嵌入式flash和sram存储器的armcortex-m3内核；和8/16位设备相比，armcortex-m332位risc处理器提供了更高的代码效率；stm32f103xx微控制器带有一个嵌入式的arm核，所以可以兼容所有的arm工具和软件；stm32有3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。

随着我国经济的飞速发展和物联网技术革命浪潮的来临，人们的生活水平普遍显著提升，带动了我国私家车需求量跨越式的发展，私家车的数量连年持续上涨，在给人们日常生活和出行带来便捷的同时也引发了一系列问题；然而现有市面上的车位锁主要以手动式和遥控式的为主，其结构相对复杂、智能化程度不高，各种弊端日益呈现，并且市面上少有具有远距离、多连接、低功耗、低成本的智能地锁出现，特别是对于智能地锁的低功耗设计以及电源供电的有效管理，因此本领域急需出现更加完善的智能产品以推动智能地锁的应用。

基于上述车辆地锁装置中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种车辆地锁装置、系统及控制方法，旨在解决现有车辆地锁结构复杂的问题。

本发明提供一种车辆地锁装置，包括底座、x型升降架、上支架以及步进电机组件；x型升降架的底部第一支脚可转动设置于底座上，x型升降架的底部第二支脚可滑动设置于底座上；x型升降架的顶部第一支脚可转动设置于上支架上，x型升降架的顶部第二支脚可滑动设置于上支架上；步进电机组件固定设置于上支架上并与x型升降架传动连接，以带动x型升降架在上支架上水平滑动，从而带动上支架上升或下降。

进一步地，底座一端设有限位槽，x型升降架底部第二支脚通过第一圆柱型轴穿过限位槽可滑动设置于限位槽内；上支架一端设有滑动槽，x型升降架顶部第二支脚通过第二圆柱型轴穿过滑动槽可滑动设置于滑动槽内；限位槽呈长条形沿水平方向设置于底座上，滑动槽呈长条形沿水平方向设置于上支架上。

进一步地，步进电机组件包括步进电机、丝杆以及滑块；步进电机固定设置于上支架上；丝杆平行于滑动槽设置于上支架上，其一端可转动设置于上支架的端部，其另一端与步进电机传动连接；滑块上设有螺纹孔和穿孔，滑块通过螺纹孔与丝杆传动配合；第二圆柱型轴穿过滑块上的穿孔，以使滑块沿滑动槽平行移动。

进一步地，步进电机通过l型钢板固定设置于上支架上；滑块为金属滑块，金属滑块通过螺纹孔啮合于丝杆上；金属块通过丝杆的转动以带动x型升降架的升降。

进一步地，步进电机通过l型钢板固定设置于上支架上；还包括有顶盖和电池装置；顶盖套设于上支架上；电池装置设置于上支架的右侧，并与步进电机电气连接。

进一步地，底座长为570mm、宽为140mm、高为30mm；底座为钣金材料制成；底座两端底板上分别设有外拓面，外拓面上设有椭圆形的定位孔；底板两侧分别设有侧板；限位槽设置于侧板上。

相应地，结合上述方案，如图1至图6所示，本发明还提供一种车辆地锁系统，应用于上述所述的车辆地锁装置；还包括主控板、步进电机模块、地磁传感器模块以及nb-iot模块；步进电机模块、地磁传感器模块以及nb-iot模块分别与主控板通信连接；主控板通过nb-iot模块接收地锁装置的开锁指令和上锁指令；主控板通过步进电机模块控制步进电机组件的工作，从而控制地锁装置的开锁和上锁；地磁传感器模块用于检测地锁装置周围的磁场变化以及唤醒nb-iot通信模块进行通信。

进一步地，还包括地磁传感器模块和可充电电源模块；可充电电源模块与主控板电气连接，用于提供电源；地磁传感器模块与主控板通信连接，用于检测车辆的是否驶入预定区域或驶离停车位。

进一步地，还包括移动智能终端；移动智能终端通过nb-iot基站和nb-iot模块与主控板通信连接；移动智能终端用于对地锁装置预先输入解锁指令和上锁指令。

相应地，结合上述方案，如图1至图7所示，本发明还提供一种车辆地锁控制方法，应用于上述所述的车辆地锁系统；还包括以下步骤：

s1：当车辆驶入停车位预定区域，地磁传感器模块检测到车辆磁场强度超出预设值时，主控板通过nb-iot模块发送请求连接信号，并与nb-iot基站建立通讯连接，等待开锁指令；

s2：车辆用户或地锁管理者通过移动智能终端向云平台发送解锁指令；

s3：主控板通过nb-iot模块接收解锁指令，并通过步进电机模块控制步进电机组件工作，从而控制地锁装置的开锁；

s4：当地磁传感器模块检测到车辆驶出停车位时，主控板通过nb-iot模块向云平台发送车辆驶离信息；

s5：主控板通过步进电机模块控制步进电机组件工作，从而控制地锁装置的上锁。

本发明提供的方案，结构简单、构造新颖，地锁装置采用工业级设计与低功耗的无线广域网技术相结合，可以根据滑动槽及限位槽的长度自动设定升降高度以及有效管理可充电电源剩余带电量，同时低功耗智能地锁装置具有环保、节能、便捷的特点，从而实现地锁装置的全自动化智能管理控制，大大推进了智能地锁装置的应用与发展。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种车辆地锁装置结构示意图；

图2为本发明一种车辆地锁装置结构整体示意图；

图3为本发明一种车辆地锁装置整体结构剖视图；

图4为本发明一种车辆地锁装置内部结构示意图；

图5为本发明x型升降架结构示意图；

图6为本发明步进电机组件结构示意图；

图7为本发明车辆地锁装置硬件结构示意图；

图8为本发明一种车辆地锁系统整体示意图；

图9为本发明一种车辆地锁控制方法示意图。

图中：1、底座；11、限位槽；12、外拓面；13、定位孔；2、x型升降架；21、底部第一支脚；22、底部第二支脚；23、顶部第一支脚；24、顶部第二支脚；3、上支架；31、滑动槽；4、步进电机组件；41、步进电机；42、丝杆；43、滑块；44、l型钢板；5、电源安装部；6、顶盖。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图6所示，本发明提供一种车辆地锁装置，包括底座1、x型升降架2、上支架3以及步进电机组件4；其中，x型升降架2的底部第一支脚21可转动设置于底座1上，x型升降架2的底部第二支脚22可滑动设置于底座1上；具体地，x型升降架2的底部第一支脚21为x型升降架2底部的右侧支脚，x型升降架2的底部第二支脚22为x型升降架2底部的左侧支脚；x型升降架2的顶部第一支脚23可转动设置于上支架3上，x型升降架2的顶部第二支脚24可滑动设置于上支架3上；具体地，x型升降架2的顶部第一支脚23为x型升降架2顶部的右侧支脚，x型升降架2的顶部第二支脚24为x型升降架2顶部的左侧支脚；步进电机组件4固定设置于上支架3上并与x型升降架2传动连接，以带动x型升降架2在上支架3上水平滑动，从而带动上支架3上升或下降；采用上述方案，能够简化车辆地锁装置的结构，便于操控。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本实施例中，底座1的左端设有限位槽11，x型升降架2底部第二支脚22通过第一圆柱型轴穿过限位槽可滑动设置于限位槽11内，x型升降架2底部第一支脚21铰接于底座1的右端；上支架3左端设有滑动槽31，x型升降架2顶部第二支脚24通过第二圆柱型轴穿过滑动槽31可滑动设置于滑动槽31内，x型升降架2顶部第一支脚23铰接于上支架3的右端；具体地，限位槽11呈长条形沿水平方向设置于底座1上，滑动槽31呈长条形沿水平方向设置于上支架3上，由此使得x型升降架2顶部和底部支脚可以沿限位槽和滑动槽滑动，从而带动上支架上升或下降。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本实施例中，步进电机组件4包括步进电机41、丝杆42以及滑块43；其中，步进电机41固定设置于上支架3上；丝杆42平行于滑动槽31设置于上支架3上；丝杆42一端可转动设置于上支架3的端部，其另一端与步进电机4传动连接；滑块42上设有螺纹孔和穿孔，滑块42通过螺纹孔与丝杆42传动配合；并且，第二圆柱型轴穿过滑块上的穿孔将滑块42同时限位于滑动槽31上，以使滑块43沿滑动槽31平行移动；具体地，当需要对地锁装置进行解锁时，启动步进电机，通过步进电机带动丝杆正向旋转，使得丝杆带动滑块向滑动槽左侧滑动，滑块向滑动槽左侧滑动的同时带动x型升降架的下降进行解锁；当需要对地锁装置进行上锁时，通过步进电机带动丝杆反向旋转，使得丝杆带动滑块向滑动槽右侧滑动，滑块向滑动槽右侧滑动的同时带动x型升降架的上升进行上锁。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本实施例中，步进电机41通过l型钢板44固定设置于上支架3上；滑块43为金属滑块，金属滑块通过螺纹孔啮合于丝杆上，以实现传动连接；并且，金属块通过丝杆的转动以带动x型升降架2的升降；具体地，x型升降架中心通过圆柱型轴贯穿，两端配有t型螺母固定，同时x型升降架底端两侧平滑切割去边角使其适配底座，其中x型升降架左侧的支脚和底座的限位槽通过圆柱型轴贯穿，并且在圆柱型轴的两端套有可以滚动的t型滑轮用以实现左侧支脚在底座限位槽上滚动；x型升降架右侧的支脚和底座的圆孔通过圆柱型轴贯穿，两端配有t型螺母固定。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本实施例中，还包括有顶盖6和电池装置；顶盖套设于上支架上，用于保护上支架3上的步进电机组件4及电池装置，同时顶盖6顶部可进行平滑处理，并涂有反光警示标示，以起到警示的作用；进一步地，电池装置设置于上支架3的右侧，并与步进电机41电气连接，用于向步进电机组件提供电源支持；具体地，上支架左侧一端的钣金开有圆孔用于步进电机丝杆的固定，右侧一端是电源安装部，用于放置可充电电源模块，并且上支架的中间开有空槽，上支架两侧板开有对应等大的圆孔以及滑动槽，用以实现与x型升降架相配合；x型升降架顶端左侧的支脚和上支架的滑动槽通过圆柱形轴贯穿，并且在圆柱形轴上套有金属滑块，圆柱形轴的两端套有可以滚动的t型滑轮用以实现左侧支点在上支架的滑动槽上滚动；x型升降架顶端右侧的支点和上支架的圆孔圆柱形轴贯穿，两端配有t型螺母固定。

优选地，结合上述方案，如图1至图6所示，本实施例中，底座1长为570mm、宽为140mm、高为30mm；底座1为钣金材料制成；并且底座两端的底板上分别对称设有外拓面12，外拓面12上对称设有椭圆形的定位孔13，定位孔13的孔长95mm，孔径5mm；具体地，底座1的整体构造通过钣金折叠形成，整个地锁装置通过底座周围的四个定位孔13固定于停车位的正中央，即可实现地锁的安装；进一步地，底板两侧分别设有侧板；限位槽设置于侧板上。

相应地，结合上述方案，如图1至图9所示，本发明还提供一种车辆地锁系统，应用于上述所述的车辆地锁装置；还包括主控板、步进电机模块、地磁传感器模块以及nb-iot模块；步进电机模块nb-iot模块分别与主控板通信连接；主控板通过usart2与nb-iot模块通信连接，并接收地锁装置的开锁指令和上锁指令；主控板通usartl与过步进电机模块通信连接，并控制步进电机组件的工作，从而控制地锁装置的开锁和上锁；具体地，主控板包含stm32主控板以及集成于主控板上nb-iot通信模块和地磁传感器模块；其中，stm32主控板采用型号为stm32f103rct6的低功耗芯片，nb-iot通信模块与nb-iot基站(enodeb)进行通信，地磁传感器模块用于检测低功耗智能地锁装置周围的磁场变化以及唤醒nb-iot通信模块进行通信。

优选地，结合上述方案，如图1至图9所示，本实施例中，还包括地磁传感器模块和可充电电源模块；可充电电源模块与主控板电气连接，用于提供电源；地磁传感器模块与主控板通信连接，用于检测车辆的是否处于驶入停车位预定区域或驶离停车位；具体地，可充电电源模块优选12v的可充电锂电池或者铅蓄电池，并且安装在上支架右侧的电源安装部，用于车辆地锁系统供电；进一步地，可充电电源模块电性连接至通信模块中的stm32主控板，用于为stm32主控板供电，可充电电源模块可以通过预留的接口进行充电，也可以通过将可充电电池取出，换上另一块可充电电池，然后通过外置的充电装置对需要充电的可充电电池进行充电。

优选地，结合上述方案，如图1至图9所示，本实施例中，还包括移动智能终端；移动智能终端通过nb-iot基站和nb-iot模块与主控板通信连接；移动智能终端用于对地锁装置预先输入解锁指令和上锁指令；具体地，nb-iot基站(enodeb)优先选用部署带有nb-iot模块通信功能的现有lte蜂窝基站或者独立部署的nb-iot基站，nb-iot基站一方面可以与低功耗智能地锁装置上的nb-iot通信模块进行通信，另一方面还可以与智能移动终端以及云平台进行通信；云平台优选现有能够处理和管理nb-iot通信数据的平台，实质是一种服务器，例如阿里云等；同时能够通过ciot服务网关节点即nb-iot核心网与nb-iot基站和移动智能终端通信；移动智能终端为智能手机、平板电脑或者智能手环等。

优选地，结合上述方案，本实施例中，步进电机模块可以控制步进电机实现正转与反转；当步进电机正转时，步进电机的丝杆旋转进而带动金属滑块前进，金属滑块前进的同时会带动贯穿金属滑块的圆柱型轴两端的t型滑轮在上支架的限位孔向前滚动，与此同时底座限位孔上的圆柱型轴两端的t型滑轮也会向前滚动，从而实现x型升降架的下降，即实现整个低功耗智能地锁的下降；当步进电机反转时，步进电机的丝杆旋转进而带动金属滑块后退，金属滑块后退的同时会带动贯穿金属滑块的圆柱型轴两端的t型滑轮在上支架的滑动槽向后滚动，与此同时底座限位槽上的圆柱型轴两端的t型滑轮也会向后滚动，从而实现x型升降架的上升，即实现整个低功耗智能地锁的上升；需进一步说明的是由于步进电机丝杆旋转的圈数与地锁装置的升降高度存在线性关系，同时限位孔的长度决定了地锁装置升降高度的最大行程；本实施例中，自动设定升降高度只需要根据实际需求更改步进电机丝杆旋转的圈数即可，具体更改过程不予赘述。

本发明提供的车辆地锁系统为低功耗智能地锁系统，系统硬件部分主要由可充电电源模块、地磁传感器、stm32主控板、步进电机模块和nb-iot通信模块等组成；其中，可充电电源模块采用12v的可充电锂电池或者铅蓄电池供电，优选可充电锂电池组，通过电源稳压电路给stm32主控板供电，并且stm32主控板可以通过内置的spi口与外围电量计量芯片连接用于可充电源模块剩余带电量的检测；具体的检测方式不予限制，只需要检测到可充电源模块剩余带电量即可，同时将检测结果以心跳包的形式通过nb-iot通信模块传输至云平台，以便云平台解析心跳包的数据，心跳包应包含设备编号、ip地址、端口号以及剩余带电量等数据；云平台会记录解析上传心跳包的数据并且将可充电电源剩余带电量的大小与事先设定的额定电压进行比较，一旦低于额定电压云平台就会发出预警信号通知用户或者管理人员进行充电或者更换电池，同时下行传输智能地锁休眠指令，地锁进入自我保护阶段即不工作状态。

相应地，结合上述方案，如图1至图9所示，本发明还提供一种车辆地锁控制方法，应用于上述所述的车辆地锁系统；车辆地锁系统具体可安装于车辆地锁系统上支架电器盒内；还包括以下步骤：

s1：当车辆驶入停车位预定区域，地磁传感器模块检测到车辆磁场强度超出预设值时，主控板通过nb-iot模块发送请求连接信号，并与nb-iot基站建立通讯连接，等待开锁指令和上锁指令；具体为：地磁传感器模块集成于系统stm32主控板上，本实例中优选两个地磁传感器且对称分布在stm32主控板上，在不影响地磁传感器检测的基础上，为进一步提高检测精度可以在地锁装置的内置电器盒前后开孔，并且开孔处填充塑料以减少金属外壳对信号的影响；当有车辆缓慢驶入停车位附近时，地磁传感器模块根据洛伦兹力效应感应停车位附近磁场强度的大小，并将磁场强度的大小转化为电信号传输给stm32主控板，一旦检测的磁场强度的大小大于事先设定的磁场强度的大小，stm32主控板则会唤醒nb-iot通信模块，nb-iot通信模块则会主动发送请求连接信号与nb-iot基站建立连接，以便进行智能地锁装置的控制，否则整个低功耗智能地锁装置进入休眠状态；

s2：车辆用户或地锁管理者通过移动智能终端向云平台发送解锁指令和上锁指令；具体为：低功耗智能地锁装置上电后，系统自检是否正常，如果不正常则系统报警，低功耗智能地锁装置不工作进入待机状态；如果正常则启动系统，低功耗智能地锁装置上升同时通过nb-iot通信模块向远程的云平台发送系统自检正常信号，低功耗智能地锁装置进入休眠状态，等待命令唤醒，进而节约能耗；如果有车辆缓慢驶入停车位附近，同时地磁传感器模块检测停车位附近磁场强度的大小大于事先设定的磁场强度的大小时，stm32主控板则会唤醒nb-iot通信模块，nb-iot通信模块则会主动发送请求连接信号与nb-iot基站建立连接，等待开锁指令，此时用户或者管理者可以通过移动智能终端发送开锁指令，一旦低功耗智能地锁装置接收到开锁指令，则低功耗智能地锁装置下降，以便车辆驶入停车位；同时低功耗智能地锁装置进入休眠状态，等待命令唤醒，节约系统能耗，否则低功耗智能地锁装置继续进入休眠状态，等待命令唤醒；如果有车辆驶离停车位，地磁传感器模块检测停车位附近磁场强度的大小小于事先设定的磁场强度的大小时，并且用户或者管理者通过移动智能终端发送上锁指令，则低功耗智能地锁装置会向远程云平台发送车辆驶离信息，同时低功耗智能地锁装置上升，进入休眠状态，等待下一个命令唤醒，否则低功耗智能地锁装置继续保持下降状态；

s3：主控板通过nb-iot模块接收所述解锁指令，并通过步进电机模块控制步进电机组件正向工作，从而控制地锁装置的开锁；具体为：stm32主控板通过继电器与步进电机模块电连接，一方面通过串口usart1与步进电机模块通信，控制地锁装置的升降；另一方面通过串口usart2与nb-iot模块进行通信；

s4：当地磁传感器模块检测到车辆驶出停车位时，主控板通过nb-iot模块向云平台发送车辆驶离信息；

s5：主控板通过步进电机模块控制步进电机组件反向工作，从而控制地锁装置的上锁。

本发明提供的方案，结构简单、构造新颖，地锁装置采用工业级设计与低功耗的无线广域网技术相结合，可以根据滑动槽及限位槽的长度自动设定升降高度以及有效管理可充电电源剩余带电量，同时低功耗智能地锁装置具有环保、节能、便捷的特点，从而实现地锁装置的全自动化智能管理控制，大大推进了智能地锁装置的应用与发展。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。