智能自行车锁的设计

过闯亮，娄 乐，耿名见，陈 杨，任智鹏，朱恩龙

（天津科技大学，天津 300222）

近年来随着国民经济的发展，交通拥堵和环境污染问题越来越突出，而自行车对改善交通与环境起到了重要作用。中国本身是一个自行车使用大国，随着自行车的发展，自行车的科技含量越来越高，然而自行车安防问题突出。目前市场上自行车锁大多是传统机械结构车锁，没有实现智能化，亟待解决。因此，本文提出一种基于STM32单片机的智能自行车锁的设计方法，来提高自行车锁的智能化及安防等级。

1.系统的功能介绍和工作原理

本设计方法主要以STM32单片机为主控芯片，结合电源模块、震动检测模块，直流减速电机模块、触碰开关模块、微电磁锁模块、音乐播放模块等部件来实现自行车锁的智能化，提高自行车的防盗等级。设计利用单片机技术来实现以下三个功能。

（1）当自行车停放时，通过外部遥控发射器发射信号，接收器接受信号然后传递信号给单片机驱动直流减速电机进行逆时针旋转，同时直流减速电机带动弧形长钢柱逆时针旋转，当逆时针旋转到90°时会触碰到触碰开关，此时触碰开关会传递一个信号给单片机，然后单片机发出指令，电机停止旋转同时微型电磁锁的锁舌进行上弹将钢柱紧紧卡住达到锁车的目的。解锁时外部遥控器发射解锁信号，单片机驱动直流减速电机进行顺时针旋转，同时直流减速电机带动弧形长钢柱顺时针旋转和微型电磁锁的锁舌此时向里缩短，当顺时针旋转到90°时会触碰到另一个触碰开关，此时电机停止旋转，达到解锁目的。

（2）自行车停放时，通过遥控发射器向单片机发射报警开启信号，随后自行车锁会一直处于震动模块的报警检测模式，当检测到自行车有震动时报警装置会立即发出报警声音提醒车主，同时震慑不法分子。当报警声音结束后再次检测到震动时报警装置又会再次发出声音警告，让不法分子敬而远之，从而避免自行车丢失。

（3）当自行车停放在车棚中时，由于车多，很难找到自己的爱车。通过外部遥控器的一键寻车按键实现自行车的音乐播放模块就可以轻松找到自行车所在的位置，减少了寻找自行车所花费的时间。

以上3个基本功能可以实现自行车智能化车锁，克服了传统机械车锁的不便携带与繁琐手动解锁的缺点，大大提高了自行车的防盗性，减少个人财产的损失，实现了智能化。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2.系统的硬件设计

因自行车本身是无电源交通工具，所设计的智能自行车锁内部装有可充电的18650锂电池，利用降压稳压模块和升压稳压模块分别为单片机提供稳定的5V电压以及为直流减速电机提供稳定的12 V电压，确保整个系统电压的稳定性。本系统采用性能稳定、功耗低、抗干扰能力强、处理速度快的STM32单片机为整个系统的运行提供保障。该智能车锁的震动检测模块采用801S震动传感器模块对车体受力震动状态进行检测，一旦检测到车体受到震动时便会启动报警装置进行报警，从而实现对自行车的实时报警。音乐播放模块主要是采用MiniVoiceMP3，当一键寻车按钮按下向单片机发出指令，单片机接收到信号后对MiniVoiceMP3发出指令启动音乐播放功能，自行车便可以轻松找到。电路原理图如图2所示。

图2 电路原理图

3.系统的软件设计与程序流程图

系统通过锂电池供电后，单片机初始化化运行，整个系统处于待检测状态。此时外遥控器按下相应的按键，发射模块向单片机发出指令，单片机检测接收到相应的指令后会运行相应的程序并输出相应的信号启动相应的功能模块来执行该动作，达到控制车锁的目的。当车锁处于锁车状态时按下报警装置开启按键，此时的自行车会处于对自行车的震动检测模式，当自行车受力震动时就会触发报警装置进行报警，当需要骑行时再按下报警装置关闭按键，车锁的报警模式就会被关闭，此时解锁自行车就可以骑行了。智能车锁控制系统的程序流程图如图3所示。

4.智能车锁的结构

本车锁的结构包括：电源电池；电机驱动直流减速电机；弧形钢柱；触碰开关；长方形开槽口；单片机；震动检测模块；电磁锁；音乐播放模块；蜂鸣器；螺纹孔。

5.结论与展望

智能自行车锁利用震动报警模块、GPS模块、音乐播放模块、直流减速电机模块等技术完成该车锁的设计，该车锁智能化高而且防盗安全性能好，为自行车锁的设计提供了新思路创新点。该车锁经过封装后所有的电子元器件都被封装在内部免遭损坏，经实验检验系统运行稳定，工作可靠，可以长期充电使用，实现自行车锁的智能化，对实际生活中投入使用具有重大意义。

图3 电路原理图

[1]刘火良，杨森．STM32库开发实战指南[M]．北京：机械工业出版社，2013．

[2]王梨．基于单片机的智能自行车锁设计[J]．电子制作，2015，11（7）：7．

[3]阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2006．

[4]康华光．电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2006．