智能自行車鎖的設計

過闖亮，婁 樂，耿名見，陳 楊，任智鵬，朱恩龍

（天津科技大學，天津 300222）

近年來隨著國民經濟的發(fā)展，交通擁堵和環(huán)境污染問題越來越突出，而自行車對改善交通與環(huán)境起到了重要作用。中國本身是一個自行車使用大國，隨著自行車的發(fā)展，自行車的科技含量越來越高，然而自行車安防問題突出。目前市場上自行車鎖大多是傳統(tǒng)機械結構車鎖，沒有實現(xiàn)智能化，亟待解決。因此，本文提出一種基于STM32單片機的智能自行車鎖的設計方法，來提高自行車鎖的智能化及安防等級。

1.系統(tǒng)的功能介紹和工作原理

本設計方法主要以STM32單片機為主控芯片，結合電源模塊、震動檢測模塊，直流減速電機模塊、觸碰開關模塊、微電磁鎖模塊、音樂播放模塊等部件來實現(xiàn)自行車鎖的智能化，提高自行車的防盜等級。設計利用單片機技術來實現(xiàn)以下三個功能。

（1）當自行車停放時，通過外部遙控發(fā)射器發(fā)射信號，接收器接受信號然后傳遞信號給單片機驅動直流減速電機進行逆時針旋轉，同時直流減速電機帶動弧形長鋼柱逆時針旋轉，當逆時針旋轉到90°時會觸碰到觸碰開關，此時觸碰開關會傳遞一個信號給單片機，然后單片機發(fā)出指令，電機停止旋轉同時微型電磁鎖的鎖舌進行上彈將鋼柱緊緊卡住達到鎖車的目的。解鎖時外部遙控器發(fā)射解鎖信號，單片機驅動直流減速電機進行順時針旋轉，同時直流減速電機帶動弧形長鋼柱順時針旋轉和微型電磁鎖的鎖舌此時向里縮短，當順時針旋轉到90°時會觸碰到另一個觸碰開關，此時電機停止旋轉，達到解鎖目的。

（2）自行車停放時，通過遙控發(fā)射器向單片機發(fā)射報警開啟信號，隨后自行車鎖會一直處于震動模塊的報警檢測模式，當檢測到自行車有震動時報警裝置會立即發(fā)出報警聲音提醒車主，同時震懾不法分子。當報警聲音結束后再次檢測到震動時報警裝置又會再次發(fā)出聲音警告，讓不法分子敬而遠之，從而避免自行車丟失。

（3）當自行車停放在車棚中時，由于車多，很難找到自己的愛車。通過外部遙控器的一鍵尋車按鍵實現(xiàn)自行車的音樂播放模塊就可以輕松找到自行車所在的位置，減少了尋找自行車所花費的時間。

以上3個基本功能可以實現(xiàn)自行車智能化車鎖，克服了傳統(tǒng)機械車鎖的不便攜帶與繁瑣手動解鎖的缺點，大大提高了自行車的防盜性，減少個人財產的損失，實現(xiàn)了智能化。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

2.系統(tǒng)的硬件設計

因自行車本身是無電源交通工具，所設計的智能自行車鎖內部裝有可充電的18650鋰電池，利用降壓穩(wěn)壓模塊和升壓穩(wěn)壓模塊分別為單片機提供穩(wěn)定的5V電壓以及為直流減速電機提供穩(wěn)定的12 V電壓，確保整個系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定、功耗低、抗干擾能力強、處理速度快的STM32單片機為整個系統(tǒng)的運行提供保障。該智能車鎖的震動檢測模塊采用801S震動傳感器模塊對車體受力震動狀態(tài)進行檢測，一旦檢測到車體受到震動時便會啟動報警裝置進行報警，從而實現(xiàn)對自行車的實時報警。音樂播放模塊主要是采用MiniVoiceMP3，當一鍵尋車按鈕按下向單片機發(fā)出指令，單片機接收到信號后對MiniVoiceMP3發(fā)出指令啟動音樂播放功能，自行車便可以輕松找到。電路原理圖如圖2所示。

圖2 電路原理圖

3.系統(tǒng)的軟件設計與程序流程圖

系統(tǒng)通過鋰電池供電后，單片機初始化化運行，整個系統(tǒng)處于待檢測狀態(tài)。此時外遙控器按下相應的按鍵，發(fā)射模塊向單片機發(fā)出指令，單片機檢測接收到相應的指令后會運行相應的程序并輸出相應的信號啟動相應的功能模塊來執(zhí)行該動作，達到控制車鎖的目的。當車鎖處于鎖車狀態(tài)時按下報警裝置開啟按鍵，此時的自行車會處于對自行車的震動檢測模式，當自行車受力震動時就會觸發(fā)報警裝置進行報警，當需要騎行時再按下報警裝置關閉按鍵，車鎖的報警模式就會被關閉，此時解鎖自行車就可以騎行了。智能車鎖控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。

4.智能車鎖的結構

本車鎖的結構包括：電源電池；電機驅動直流減速電機；弧形鋼柱；觸碰開關；長方形開槽口；單片機；震動檢測模塊；電磁鎖；音樂播放模塊；蜂鳴器；螺紋孔。

5.結論與展望

智能自行車鎖利用震動報警模塊、GPS模塊、音樂播放模塊、直流減速電機模塊等技術完成該車鎖的設計，該車鎖智能化高而且防盜安全性能好，為自行車鎖的設計提供了新思路創(chuàng)新點。該車鎖經過封裝后所有的電子元器件都被封裝在內部免遭損壞，經實驗檢驗系統(tǒng)運行穩(wěn)定，工作可靠，可以長期充電使用，實現(xiàn)自行車鎖的智能化，對實際生活中投入使用具有重大意義。

圖3 電路原理圖

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