一种基于光学指纹锁的“速用”共享单车

刘成志，李明儒

河南大学国际教育学院

一种基于光学指纹锁的“速用”共享单车

刘成志，李明儒

河南大学国际教育学院

从滴滴打车到ofo共享单车，共享经济作为一种新兴的经济业态，正在逐渐融入我们的日常生活。本文概述了共享单车目前存在的典型现象和问题，借此为背景设计了一种基于光学指纹锁的“速用”共享单车，并重点介绍了光学指纹锁的工作原理，以期对共享单车未来的发展趋势提供创新思路。

共享单车；现象和问题；光学指纹锁；“速用”租赁

引言

共享单车是桥接新兴产业和政府公益性服务的新枢纽，在高校、公共汽车站、城市地铁口、居民社区、公共服务区等多处提供共享单车服务，是共享经济的一种新模式，它致力于解决“最后一公里”的问题。

1 存在的典型现象和问题

1.1 记住密码、免费蹭车早成为公开的秘密

用户通过ofo手机应用或微信小程序，在使用时输入单车对应的编号获得解锁码。带有“旋转式”机械锁的单车在归还时，需由用户把密码打乱，若没有打乱，其他用户能够直接解锁；假如用户记住某个单车的解锁密码，就可以长期用车，免交订单费。有媒体曝光，因为机械锁的漏洞以及骑行红包、高校学生免交押金等优惠活动，产生了很多共享单车密码的“羊毛党”[1]。

1.2 看似便捷，实为繁琐的流程

目前ofo的交易数据主要是用户行程结束后手动支付的交易数据，在使用时用户需通过ofo手机应用或微信小程序输入单车对应的编码来获取密码。这个流程看似便捷，但是通过访谈记录分析，很多用户在进行解锁的过程中遇到了诸多麻烦，比如：手机网络连接不畅通、手机卡顿、单车编号输入错误不能重新修改导致订单浪费等。这些传统的机械锁搭配手机解锁甚至是新上市的蓝牙连接解锁的方式，都对手机有太强的依赖性，一旦用户方出现疏忽或者手机出问题，便会在解锁上浪费太多时间，导致流程繁琐化。

2 光学指纹锁的理论基础

2.1 光学指纹识别

光学指纹识别技术是生物识别技术的一种，也是早期的指纹识别技术。它的基础是以光学发射装置向外发射光线，射到手指上再通过光反射将信息以光介质传回接收器，然后将获取的数据与指纹收集的数据库进行匹配和对比，看是否能达到一致。光学识别因其光特性只能到达皮肤的最外层，也就是表皮层，不能到达中胚层以及皮下组织，同时手指的清洁度对识别的准确率有较大的影响。

2.2 光学原理

原理是光的折射、光的传导、反射原理，将手指放在透光的镜片上，光源从底端射向三棱镜，手指经过机器光源照射，光线也经介质棱镜射出，射出的光线在每个人手指表面指纹的纹络上，折射的角度不一样，导致反射回去的光线亮度就会产生差异。用棱镜将其投射在电荷耦合器件CMOS或CCD上，从而形成了峰线（指纹纹络上具有一定宽度和延伸方向的纹线）呈黑色、谷线（纹络之间的凹下去的部分）呈白色的数字化的、能够被指纹设备进行程序分析，算法处理的灰度指纹图像。最后经过数据库对比，观测其一致性。

3 “速用”共享单车主要设计理念

3.1 电磁锁设备

光学指纹锁设备硬件包括：单片机微处理器，指纹识别模块、电磁控制锁、GPS定位模块、电源电路。其中，电磁锁的设计开锁和关锁的过程为：当单片机得到开锁信号时，由引脚输出产生低电平，三极管电路饱和、导通。VCC电源加到继电器两端，继电器线圈通电产生磁力，常开触点闭合CON2得电，完成开锁动作。当单片机得到关锁信号时，给引脚置高电位，三极管截断，继电器线圈两端电压为零，继电器的常开触点断开CON2断电，完成关锁过程。在三极管截止时，由于电路由导通变为截止，导致继电器中电流会突然中断同时产生感应电势，感应电动势的方向与原电流方向相同，它的作用是保持继电器中线圈电流的方向由下至上。感应电动势与电源电压叠加，在三极管两端的电压很大，容易击穿三极管烧毁电路。为此要加上一个稳流二极管，将继电器线圈产生的那部分感应电势短路掉（稳流电流方向为顺时针方向，在二级管和继电器产生的回路里面流动）来保护三极管，也消除了对其他电路的干扰；稳流二极管起到了保护电路，延长硬件寿命的作用。

3.2 光学指纹模块设计

指纹模块选用背光灯灯色可更改的、占用空间小、快捷（上电时间小于0.1S，录图像时间小于0.1S）、功耗低（待机10mA，最大工作电流小于80mA），最少仅5条8字节定长指令，开发使用方便的FM-26xSensor,以性能较高的DSP处理器为中央核心，集成Flash芯片的光学指纹传感器。该指纹模块具有模板提取匹配和存储、处理指纹图像、指纹搜索等功能。单次成功记录一个指纹特征就可产生一个指纹模板，录入的2次指纹（分为二进制1和0两种信息）模糊处理后生成模板，其在CMOS芯片上生成了指纹特征。然后进行1比1比对的模糊处理，最后返回信息（是否成功录入）。指纹模块在执行识别模式时，FLASH芯片里的指纹会和采集到的指纹进行匹配，再访问储存器从指纹数据库中找到和待定指纹特征匹配的指纹图像，由系统进行判断是否具有一致性，如果符合就输出为带有特定编号的指纹，同时将指令经数据总线传递给处理器，由处理器发出改变电位的指令给电磁锁，由电磁锁执行开锁指令，这样一来单片机微处理器就能登记和识别指纹。FM-26x指纹模块内部包含了DSP芯片、光学头、通信连接线、FLASH芯片、稳压芯片和CMOS传感器等[2～3]。

3.3 “速用”租赁流程介绍

本设计使用更省时的设备、更人性化的创新理念力求突破当前行业的瓶颈，让企业不再因“羊毛党”过多而蒙受损失，让用户不用手机也能在几秒钟内完成解锁。在首次使用单车时，用户需要通过指纹锁录入个人指纹，并在企业网上服务平台完善个人信息，让指纹与个人身份信息一一对应。个人账户创建完成后，用户根据自身需要进行不同金额的充值。在使用单车时，无需携带手机等任何电子设备，只需将此前上传指纹时所对应的手指与光学指纹锁的镜片接触贴合，在几秒钟内，指纹锁便能做出自动开锁或匹配失败的反馈。行程结束后，为避免“蹭骑”的现象，用户需要再次进行指纹识别，让单车电磁锁自动上锁并由单片机微处理器完成扣费指令，结束订单。

[1]李星.改装智能锁,或是ofo“学习”摩拜的开始![J].信息与电脑（理论版）,2017,（03）：9-11.

[2]吉紫娟,包佳祺.指纹识别系统的光学设计[J].湖北第二师范学院学报,2008,（02）：69-71.

[3]赵慧民.指纹采集系统与DSP快速处理技术[J].固体电子学研究与进展,2004,（03）：337-342.

刘成志（1994-），男，汉族，河南信阳人，河南大学国际教育学院，2014级本科生，测控技术与仪器专业；

李明儒（1995-），男，汉族，河南信阳人，河南大学国际教育学院，2014级本科生，测控技术与仪器专业。