張沛軒 許鐘煌 葉兆恒 蘇嘉俊 趙越 葉港峰 楊楚明

本文系佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)術(shù)基金項(xiàng)目“基于stm32的嵌入式智能自動(dòng)鎖車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)” 中期成果。

摘要：現(xiàn)有的自行車鎖車操作較為麻煩，安全的鏈狀鎖整個(gè)鎖車流程超過(guò)2分鐘，而且解鎖的過(guò)程也需要使用者彎腰、蹲下進(jìn)行操作，較為不方便。使用者由于鎖車不方便，于是短暫離開時(shí)不進(jìn)行鎖車操作，是導(dǎo)致自行車被盜的主要原因之一。為解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于stm32的自動(dòng)鎖車系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)車是否停下且使用者不在坐墊時(shí)實(shí)現(xiàn)車停自動(dòng)鎖車，通過(guò)指紋鎖自動(dòng)解鎖，極大方便了單車的停放鎖車問(wèn)題，減小了在單車臨時(shí)停放時(shí)被盜的風(fēng)險(xiǎn)，使得新一代單車鎖車系統(tǒng)更加合理貼合用戶的需求。

關(guān)鍵詞：stm32;嵌入式;智能自動(dòng)鎖車系統(tǒng);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1672-9129（2020）16-0071-01? 隨著各種智能單車的迅猛發(fā)展，藍(lán)牙鎖、移動(dòng)通訊鎖等智能單車鎖逐步進(jìn)入了市面，方便了人們的生活。盡管如此，智能單車鎖還有很大的提升空間，現(xiàn)有的藍(lán)牙鎖、移動(dòng)通訊不能很好的滿足人們快速鎖車的需求，操作步驟多，對(duì)不擅長(zhǎng)使用手機(jī)的中老年及兒童不友好。

為解決這一問(wèn)題，我們參考了《2020年中國(guó)自行車鎖行業(yè)分析》的需求，設(shè)計(jì)了這種無(wú)需聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)單車自動(dòng)鎖車以及解鎖的形式，可以解決更多人的單車自動(dòng)鎖車問(wèn)題，為城市的綠色出行添一份力，方便了市民日常出行的停單車，也減少了單車被盜的風(fēng)險(xiǎn)，有很好的實(shí)用性。

1 單車鎖工作原理

1.1傳感器工作原理。項(xiàng)目利用坐墊上壓力傳感器與車輪速度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車是否停下的檢測(cè)。

采用的柔性薄膜壓力傳感器是一種電阻式傳感器，輸出電阻隨著薄膜傳感器受到的壓力增大而減小。可通過(guò)電阻的變化測(cè)量受到壓力大小。

項(xiàng)目中使用的薄膜傳感器電阻變化線性度高。

1.2指紋識(shí)別解鎖指紋解鎖原理。

1）工作流程：通過(guò)指紋傳感器采集指紋圖像，并與原有保存的指紋圖像進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，若匹配成功，則啟動(dòng)開鎖裝置。

2）解鎖原理：手指表面皮膚凹凸不平而產(chǎn)生的紋路就是指紋。理想指紋圖像是黑白相間的二值圖像。但由于指紋通常用按壓的方式得到，油墨、紙張、手指狀況及皮膚變形等原因都會(huì)導(dǎo)致指紋圖像不理想。因此，有必要選擇合適特征來(lái)描述指紋。

通常采用的結(jié)構(gòu)特征有2種層次：

全局特征：描述指紋的全局紋路結(jié)構(gòu)。具體劃分為：弓型、箕型、螺旋型。

局部特征：斷點(diǎn)、分叉是最常用指紋局部結(jié)構(gòu)特征。

2 硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)

2.1檢測(cè)坐墊的壓力傳感器設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目主要通過(guò)LM393雙電壓比較器集成電路，將薄膜傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，當(dāng)傳感器端的電壓低于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，LM393輸出低電平。通過(guò)stm32芯片判斷相應(yīng)引腳是否低電平就可判斷薄膜傳感器是否被按下，從而執(zhí)行后續(xù)操作。

AO引腳的電壓計(jì)算公式：V_AO=Vcc×R_sensor/（R_2+R_sensor ）

2.2指紋解鎖功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

1）指紋解鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)。整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示。系統(tǒng)整體由stm32主控板與指紋傳感器構(gòu)成。主控板的主控芯片為STM32F103ZET6，可以控制ZFM60指紋傳感器的正常工作。同時(shí)通過(guò)串口與存儲(chǔ)器 AT24C02 進(jìn)行通信，利用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶信息，達(dá)到斷電仍能保存用戶信息的作用。

2）指紋解鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。主控板由STM32F103ZET6主控芯片及電源模塊、晶振電路、復(fù)位電路、調(diào)試電路等構(gòu)成。電源模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，晶振電路采用8MHz晶振，調(diào)試電路由JTAG下載口和串口1組成，可以通過(guò)串口下載以及調(diào)試程序，極大地方便了系統(tǒng)開發(fā)。

本設(shè)計(jì)選擇的指紋模塊型號(hào)是ZFM60，指紋模塊里面主要是DSP芯片，加上外面的CMOS芯片，CMOS芯片主要是對(duì)指紋進(jìn)行采集，生成指紋特征，錄入兩次這樣的指紋特征就能生成一個(gè)指紋模板。

具體的工作過(guò)程是：掃描指紋（錄入圖像）、生成特征、合成模板。當(dāng)切換到識(shí)別模式的時(shí)候，指紋模塊就會(huì)先讓CMOS芯片采集一次指紋，然后和FLASH芯片的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比?？词遣皇谴嬖冢绻嬖诰湍芊祷厥菐滋?hào)指紋。這樣我們就能通過(guò)單片機(jī)或者電腦進(jìn)行指紋識(shí)別與登記。

2.3控制開鎖功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目采用兩個(gè)具有自鎖功能的渦輪減速電機(jī)和和兩根鐵桿為主要核心進(jìn)行上鎖，選用可充電電池：型號(hào)：2000mA 3.7v 航模電池。stm32對(duì)電機(jī)上電，電機(jī)上電后帶動(dòng)鐵桿的旋轉(zhuǎn)。鐵桿轉(zhuǎn)到90度位置時(shí)，電機(jī)斷電，斷后后電機(jī)自鎖。

3 單車鎖功能特點(diǎn)

①通過(guò)坐墊的薄膜傳感器經(jīng)過(guò)LM393雙電壓比較器傳給STM32F103ZET6主控芯片進(jìn)行自動(dòng)鎖車。②采用ZFM60型號(hào)指紋模塊，使用CMOS芯片采集指紋，和FLASH芯片的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比進(jìn)行開鎖③真正的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)鎖車和指紋開鎖，極大的方便了新一代鎖車系統(tǒng)。

結(jié)語(yǔ)：本文總結(jié)了基于stm32的嵌入式智能自動(dòng)鎖車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以及實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)的核心是stm32平臺(tái)下的指紋識(shí)別模塊和壓力傳感器模塊等器件，該智能鎖車與解鎖系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、實(shí)用性強(qiáng)，給現(xiàn)有智能單車鎖提供了更好的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉建航.基于智能解鎖的共享單車鎖車裝置[J]價(jià)值工程，2020

注：作者為佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院17級(jí)電子信息工程專業(yè)學(xué)生。