一種基于光學指紋鎖的“速用”共享單車

劉成志，李明儒

河南大學國際教育學院

一種基于光學指紋鎖的“速用”共享單車

劉成志，李明儒

河南大學國際教育學院

從滴滴打車到ofo共享單車，共享經濟作為一種新興的經濟業態，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象和問題，借此為背景設計了一種基于光學指紋鎖的“速用”共享單車，并重點介紹了光學指紋鎖的工作原理，以期對共享單車未來的發展趨勢提供創新思路。

共享單車；現象和問題；光學指紋鎖；“速用”租賃

引言

共享單車是橋接新興產業和政府公益性服務的新樞紐，在高校、公共汽車站、城市地鐵口、居民社區、公共服務區等多處提供共享單車服務，是共享經濟的一種新模式，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手機應用或微信小程序，在使用時輸入單車對應的編號獲得解鎖碼。帶有“旋轉式”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、高校學生免交押金等優惠活動，產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的交易數據主要是用戶行程結束后手動支付的交易數據，在使用時用戶需通過ofo手機應用或微信小程序輸入單車對應的編碼來獲取密碼。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：手機網絡連接不暢通、手機卡頓、單車編號輸入錯誤不能重新修改導致訂單浪費等。這些傳統的機械鎖搭配手機解鎖甚至是新上市的藍牙連接解鎖的方式，都對手機有太強的依賴性，一旦用戶方出現疏忽或者手機出問題，便會在解鎖上浪費太多時間，導致流程繁瑣化。

2 光學指紋鎖的理論基礎

2.1 光學指紋識別

光學指紋識別技術是生物識別技術的一種，也是早期的指紋識別技術。它的基礎是以光學發射裝置向外發射光線，射到手指上再通過光反射將信息以光介質傳回接收器，然后將獲取的數據與指紋收集的數據庫進行匹配和對比，看是否能達到一致。光學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確率有較大的影響。

2.2 光學原理

原理是光的折射、光的傳導、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，手指經過機器光源照射，光線也經介質棱鏡射出，射出的光線在每個人手指表面指紋的紋絡上，折射的角度不一樣，導致反射回去的光線亮度就會產生差異。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（指紋紋絡上具有一定寬度和延伸方向的紋線）呈黑色、谷線（紋絡之間的凹下去的部分）呈白色的數字化的、能夠被指紋設備進行程序分析，算法處理的灰度指紋圖像。最后經過數據庫對比，觀測其一致性。

3 “速用”共享單車主要設計理念

3.1 電磁鎖設備

光學指紋鎖設備硬件包括：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，電磁鎖的設計開鎖和關鎖的過程為：當單片機得到開鎖信號時，由引腳輸出產生低電平，三極管電路飽和、導通。VCC電源加到繼電器兩端，繼電器線圈通電產生磁力，常開觸點閉合CON2得電，完成開鎖動作。當單片機得到關鎖信號時，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，完成關鎖過程。在三極管截止時，由于電路由導通變為截止，導致繼電器中電流會突然中斷同時產生感應電勢，感應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。為此要加上一個穩流二極管，將繼電器線圈產生的那部分感應電勢短路掉（穩流電流方向為順時針方向，在二級管和繼電器產生的回路里面流動）來保護三極管，也消除了對其他電路的干擾；穩流二極管起到了保護電路，延長硬件壽命的作用。

3.2 光學指紋模塊設計

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字節定長指令，開發使用方便的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）。指紋模塊在執行識別模式時，FLASH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據庫中找到和待定指紋特征匹配的指紋圖像，由系統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，同時將指令經數據總線傳遞給處理器，由處理器發出改變電位的指令給電磁鎖，由電磁鎖執行開鎖指令，這樣一來單片機微處理器就能登記和識別指紋。FM-26x指紋模塊內部包含了DSP芯片、光學頭、通信連接線、FLASH芯片、穩壓芯片和CMOS傳感器等[2～3]。

3.3 “速用”租賃流程介紹

本設計使用更省時的設備、更人性化的創新理念力求突破當前行業的瓶頸，讓企業不再因“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，并在企業網上服務平臺完善個人信息，讓指紋與個人身份信息一一對應。個人賬戶創建完成后，用戶根據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備，只需將此前上傳指紋時所對應的手指與光學指紋鎖的鏡片接觸貼合，在幾秒鐘內，指紋鎖便能做出自動開鎖或匹配失敗的反饋。行程結束后，為避免“蹭騎”的現象，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，結束訂單。

[1]李星.改裝智能鎖,或是ofo“學習”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.指紋識別系統的光學設計[J].湖北第二師范學院學報,2008,（02）：69-71.

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

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

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