過闖亮，婁 樂，耿名見，陳 楊，任智鵬，朱恩龍

（天津科技大學(xué)，天津 300222）

近年來隨著國民經(jīng)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計方法主要以STM32單片機為主控芯片，結(jié)合電源模塊、震動檢測模塊，直流減速電機模塊、觸碰開關(guān)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(shè)計利用單片機技術(shù)來實現(xiàn)以下三個功能。

（1）當(dāng)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(qū)動直流減速電機進行逆時針旋轉(zhuǎn)，同時直流減速電機帶動弧形長鋼柱逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)逆時針旋轉(zhuǎn)到90°時會觸碰到觸碰開關(guān)，此時觸碰開關(guān)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(zhuǎn)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(qū)動直流減速電機進行順時針旋轉(zhuǎn)，同時直流減速電機帶動弧形長鋼柱順時針旋轉(zhuǎn)和微型電磁鎖的鎖舌此時向里縮短，當(dāng)順時針旋轉(zhuǎn)到90°時會觸碰到另一個觸碰開關(guān)，此時電機停止旋轉(zhuǎn)，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(dāng)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(dāng)報警聲音結(jié)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(dāng)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(chǎn)的損失，實現(xiàn)了智能化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.系統(tǒng)的硬件設(shè)計

因自行車本身是無電源交通工具，所設(shè)計的智能自行車鎖內(nèi)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(dāng)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(shè)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(yīng)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(yīng)的指令后會運行相應(yīng)的程序并輸出相應(yīng)的信號啟動相應(yīng)的功能模塊來執(zhí)行該動作，達到控制車鎖的目的。當(dāng)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(dāng)自行車受力震動時就會觸發(fā)報警裝置進行報警，當(dāng)需要騎行時再按下報警裝置關(guān)閉按鍵，車鎖的報警模式就會被關(guān)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(jié)構(gòu)

本車鎖的結(jié)構(gòu)包括：電源電池；電機驅(qū)動直流減速電機；弧形鋼柱；觸碰開關(guān)；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(jié)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(shù)完成該車鎖的設(shè)計，該車鎖智能化高而且防盜安全性能好，為自行車鎖的設(shè)計提供了新思路創(chuàng)新點。該車鎖經(jīng)過封裝后所有的電子元器件都被封裝在內(nèi)部免遭損壞，經(jīng)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

[1]劉火良，楊森．STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2013．

[2]王梨．基于單片機的智能自行車鎖設(shè)計[J]．電子制作，2015，11（7）：7．

[3]閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2006．

[4]康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2006．