一種基于光學(xué)指紋鎖的“速用”共享單車

劉成志，李明儒

河南大學(xué)國際教育學(xué)院

一種基于光學(xué)指紋鎖的“速用”共享單車

劉成志，李明儒

河南大學(xué)國際教育學(xué)院

從滴滴打車到ofo共享單車，共享經(jīng)濟作為一種新興的經(jīng)濟業(yè)態(tài)，正在逐漸融入我們的日常生活。本文概述了共享單車目前存在的典型現(xiàn)象和問題，借此為背景設(shè)計了一種基于光學(xué)指紋鎖的“速用”共享單車，并重點介紹了光學(xué)指紋鎖的工作原理，以期對共享單車未來的發(fā)展趨勢提供創(chuàng)新思路。

共享單車；現(xiàn)象和問題；光學(xué)指紋鎖；“速用”租賃

引言

共享單車是橋接新興產(chǎn)業(yè)和政府公益性服務(wù)的新樞紐，在高校、公共汽車站、城市地鐵口、居民社區(qū)、公共服務(wù)區(qū)等多處提供共享單車服務(wù)，是共享經(jīng)濟的一種新模式，它致力于解決“最后一公里”的問題。

1 存在的典型現(xiàn)象和問題

1.1 記住密碼、免費蹭車早成為公開的秘密

用戶通過ofo手機應(yīng)用或微信小程序，在使用時輸入單車對應(yīng)的編號獲得解鎖碼。帶有“旋轉(zhuǎn)式”機械鎖的單車在歸還時，需由用戶把密碼打亂，若沒有打亂，其他用戶能夠直接解鎖；假如用戶記住某個單車的解鎖密碼，就可以長期用車，免交訂單費。有媒體曝光，因為機械鎖的漏洞以及騎行紅包、高校學(xué)生免交押金等優(yōu)惠活動，產(chǎn)生了很多共享單車密碼的“羊毛黨”[1]。

1.2 看似便捷，實為繁瑣的流程

目前ofo的交易數(shù)據(jù)主要是用戶行程結(jié)束后手動支付的交易數(shù)據(jù)，在使用時用戶需通過ofo手機應(yīng)用或微信小程序輸入單車對應(yīng)的編碼來獲取密碼。這個流程看似便捷，但是通過訪談記錄分析，很多用戶在進行解鎖的過程中遇到了諸多麻煩，比如：手機網(wǎng)絡(luò)連接不暢通、手機卡頓、單車編號輸入錯誤不能重新修改導(dǎo)致訂單浪費等。這些傳統(tǒng)的機械鎖搭配手機解鎖甚至是新上市的藍(lán)牙連接解鎖的方式，都對手機有太強的依賴性，一旦用戶方出現(xiàn)疏忽或者手機出問題，便會在解鎖上浪費太多時間，導(dǎo)致流程繁瑣化。

2 光學(xué)指紋鎖的理論基礎(chǔ)

2.1 光學(xué)指紋識別

光學(xué)指紋識別技術(shù)是生物識別技術(shù)的一種，也是早期的指紋識別技術(shù)。它的基礎(chǔ)是以光學(xué)發(fā)射裝置向外發(fā)射光線，射到手指上再通過光反射將信息以光介質(zhì)傳回接收器，然后將獲取的數(shù)據(jù)與指紋收集的數(shù)據(jù)庫進行匹配和對比，看是否能達到一致。光學(xué)識別因其光特性只能到達皮膚的最外層，也就是表皮層，不能到達中胚層以及皮下組織，同時手指的清潔度對識別的準(zhǔn)確率有較大的影響。

2.2 光學(xué)原理

原理是光的折射、光的傳導(dǎo)、反射原理，將手指放在透光的鏡片上，光源從底端射向三棱鏡，手指經(jīng)過機器光源照射，光線也經(jīng)介質(zhì)棱鏡射出，射出的光線在每個人手指表面指紋的紋絡(luò)上，折射的角度不一樣，導(dǎo)致反射回去的光線亮度就會產(chǎn)生差異。用棱鏡將其投射在電荷耦合器件CMOS或CCD上，從而形成了峰線（指紋紋絡(luò)上具有一定寬度和延伸方向的紋線）呈黑色、谷線（紋絡(luò)之間的凹下去的部分）呈白色的數(shù)字化的、能夠被指紋設(shè)備進行程序分析，算法處理的灰度指紋圖像。最后經(jīng)過數(shù)據(jù)庫對比，觀測其一致性。

3 “速用”共享單車主要設(shè)計理念

3.1 電磁鎖設(shè)備

光學(xué)指紋鎖設(shè)備硬件包括：單片機微處理器，指紋識別模塊、電磁控制鎖、GPS定位模塊、電源電路。其中，電磁鎖的設(shè)計開鎖和關(guān)鎖的過程為：當(dāng)單片機得到開鎖信號時，由引腳輸出產(chǎn)生低電平，三極管電路飽和、導(dǎo)通。VCC電源加到繼電器兩端，繼電器線圈通電產(chǎn)生磁力，常開觸點閉合CON2得電，完成開鎖動作。當(dāng)單片機得到關(guān)鎖信號時，給引腳置高電位，三極管截斷，繼電器線圈兩端電壓為零，繼電器的常開觸點斷開CON2斷電，完成關(guān)鎖過程。在三極管截止時，由于電路由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，?dǎo)致繼電器中電流會突然中斷同時產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電動勢的方向與原電流方向相同，它的作用是保持繼電器中線圈電流的方向由下至上。感應(yīng)電動勢與電源電壓疊加，在三極管兩端的電壓很大，容易擊穿三極管燒毀電路。為此要加上一個穩(wěn)流二極管，將繼電器線圈產(chǎn)生的那部分感應(yīng)電勢短路掉（穩(wěn)流電流方向為順時針方向，在二級管和繼電器產(chǎn)生的回路里面流動）來保護三極管，也消除了對其他電路的干擾；穩(wěn)流二極管起到了保護電路，延長硬件壽命的作用。

3.2 光學(xué)指紋模塊設(shè)計

指紋模塊選用背光燈燈色可更改的、占用空間小、快捷（上電時間小于0.1S，錄圖像時間小于0.1S）、功耗低（待機10mA，最大工作電流小于80mA），最少僅5條8字節(jié)定長指令，開發(fā)使用方便的FM-26xSensor,以性能較高的DSP處理器為中央核心，集成Flash芯片的光學(xué)指紋傳感器。該指紋模塊具有模板提取匹配和存儲、處理指紋圖像、指紋搜索等功能。單次成功記錄一個指紋特征就可產(chǎn)生一個指紋模板，錄入的2次指紋（分為二進制1和0兩種信息）模糊處理后生成模板，其在CMOS芯片上生成了指紋特征。然后進行1比1比對的模糊處理，最后返回信息（是否成功錄入）。指紋模塊在執(zhí)行識別模式時，F(xiàn)LASH芯片里的指紋會和采集到的指紋進行匹配，再訪問儲存器從指紋數(shù)據(jù)庫中找到和待定指紋特征匹配的指紋圖像，由系統(tǒng)進行判斷是否具有一致性，如果符合就輸出為帶有特定編號的指紋，同時將指令經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳遞給處理器，由處理器發(fā)出改變電位的指令給電磁鎖，由電磁鎖執(zhí)行開鎖指令，這樣一來單片機微處理器就能登記和識別指紋。FM-26x指紋模塊內(nèi)部包含了DSP芯片、光學(xué)頭、通信連接線、FLASH芯片、穩(wěn)壓芯片和CMOS傳感器等[2～3]。

3.3 “速用”租賃流程介紹

本設(shè)計使用更省時的設(shè)備、更人性化的創(chuàng)新理念力求突破當(dāng)前行業(yè)的瓶頸，讓企業(yè)不再因“羊毛黨”過多而蒙受損失，讓用戶不用手機也能在幾秒鐘內(nèi)完成解鎖。在首次使用單車時，用戶需要通過指紋鎖錄入個人指紋，并在企業(yè)網(wǎng)上服務(wù)平臺完善個人信息，讓指紋與個人身份信息一一對應(yīng)。個人賬戶創(chuàng)建完成后，用戶根據(jù)自身需要進行不同金額的充值。在使用單車時，無需攜帶手機等任何電子設(shè)備，只需將此前上傳指紋時所對應(yīng)的手指與光學(xué)指紋鎖的鏡片接觸貼合，在幾秒鐘內(nèi)，指紋鎖便能做出自動開鎖或匹配失敗的反饋。行程結(jié)束后，為避免“蹭騎”的現(xiàn)象，用戶需要再次進行指紋識別，讓單車電磁鎖自動上鎖并由單片機微處理器完成扣費指令，結(jié)束訂單。

[1]李星.改裝智能鎖,或是ofo“學(xué)習(xí)”摩拜的開始![J].信息與電腦（理論版）,2017,（03）：9-11.

[2]吉紫娟,包佳祺.指紋識別系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報,2008,（02）：69-71.

[3]趙慧民.指紋采集系統(tǒng)與DSP快速處理技術(shù)[J].固體電子學(xué)研究與進展,2004,（03）：337-342.

劉成志（1994-），男，漢族，河南信陽人，河南大學(xué)國際教育學(xué)院，2014級本科生，測控技術(shù)與儀器專業(yè)；

李明儒（1995-），男，漢族，河南信陽人，河南大學(xué)國際教育學(xué)院，2014級本科生，測控技術(shù)與儀器專業(yè)。