基于智能解鎖的共享單車鎖車裝置

劉建航 柳青 張軍 劉強強

摘要：為了解決共享單車亂停亂放、經常失竊等一系列問題，設計了一種電磁控制可結合升降裝置的智能鎖車裝置。該智能鎖車裝置采用太陽能充電或外接電源，可利用鑰匙、密碼、卡片、掃碼、指紋、遙控等多種方式開鎖。鎖車時將自行車向前一推就可將車鎖上，當車鎖接收到開鎖信號時，控制鎖車狀態的電磁鐵通電，即可打開車鎖。這種鎖車裝置除了可以應用于共享單車以外，還可應用于私人車輛作為一種共享車鎖，相當于一種共享停車位，可以在超市等公共場合免去人員看管，同時使收費更加合理。

Abstract： To solve a series of problems such as random parking and frequent theft of shared bikes， we design a kind of intelligent lock device which can be combined with lifting device by electromagnetic controlling. The intelligent lock device adopts solar charging or external power supply. They can use the key， the password， the card， the sweep code， the fingerprint and the remote control to open the lock. Lock the bike by pushing it forward when you lock it. When the bike lock receives the signal to open the lock， the electromagnet that controls the lock state is energized. Finally， open the bike lock. The lock can be applied not only to shared bikes， but also to private vehicles as a shared lock. It's like a shared parking space. No one needs to guard the shared parking space in a supermarket or other public place and charge is reasonable.

關鍵詞：共享單車;智能鎖;升降裝置;電磁控制;共享停車

Key words： shared bikes;intelligent lock;lifting device;electromagnetic controlling;shared parking

中圖分類號：TP311.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0218-02

0 ?引言

隨著人類環保意識和健康意識的提高，自行車使用量逐漸提高，而且共享單車已進駐大部分大中型城市，并得到居民的廣泛認可。共享單車是企業在“互聯網 + 共享經濟”的經濟時代背景下，利用互聯網實現線下單車共享的一種分時租賃模式，該模式具有很多的優點：在提升出行效率方面，“共享單車 + 地鐵”較全程私家車提升效率約 17.9%;在節能減排方面，減少碳排放量，已成為城市交通生態重要的一環[1]。近幾年共享單車的快速發展，展現了非機動交通在城市短途出行中的優勢，但卻由于利益驅使目前存在以下負面現象：同行惡意競爭、過度投放等市場無序亂象;在用戶層面上出現亂停亂放、用戶惡意損壞、違規搶道、用車秩序混亂等情況;在企業運營方面出現定位不準、找尋不便等問題[1，2]。這些問題的出現使得共享單車逐漸違背了便捷居民出行和提升公共資源利用的初衷，為了解決上述問題我們根據文獻[3]設計了這款具有升降裝置的智能鎖車裝置，并可根據需要增加，如圖1所示。該鎖車裝置采用固定形式，實現鎖、車分離，可解決共享單車使用過程中出現的諸多問題，同時該鎖車裝置可將單車豎直停放節約城市空間。

1 ?結構及工作原理

用戶可通過掃描二維碼、指紋、密碼、卡片等形式開鎖。下面以掃描二維碼為例進行敘述。

1.1 鎖車

1.1.1 車鎖部分動作

車鎖系統結構如圖2所示，當用戶鎖車時用前車輪抵住前側機械臂3向前推，機械臂1在車輪的推動下向前轉動，當轉過一定角度夾持臂8被擠壓到一定程度時，觸發開關，電磁鐵2斷電，電磁鐵頂桿4在電磁鐵彈簧5的作用下彈出，插入機械臂1轉軸的槽口，阻擋機械臂1向反方向轉動。此時機械后臂6剛好阻擋車輪向后推出，夾持臂8將車輪夾緊（因為自行車輪轂并沒有標準形狀、車輪寬度不唯一[4]，所以夾持臂設計為可調節式，通過夾持臂彈簧7并安裝橡膠層9，以確保不同形狀的輪轂都可被夾緊），達到鎖車目的（車鎖狀態如圖1所示），并向控制系統發送信號。

1.1.2 升降系統動作

升降系統如圖1，主要包括序號1-5部分。控制系統接收到信號后，升降電機1工作，通過聯軸器2帶動絲杠3轉動，前側車輪在滑塊5的帶動下沿著導軌4開始上升，當自行車完全處于豎直狀態時，后車輪即將離開地面，滑塊5上的重力檢測系統檢測到重力突增，向控制系統發送信號，控制系統向電機模塊發送控制信號，電機停止工作，車輪停止上升。

1.2 開鎖、下降動作

開鎖時用戶通過掃描鎖上的二維碼，后臺管理系統通過GPRS無線通信模塊向中心控制單元發送解鎖指令，升降電機開始反向轉動，將車輪放下，使自行車恢復水平狀態。電磁鐵通電，頂桿在磁力的作用下恢復初始位置，阻礙作用消失，這樣兩側機械臂又可反方向轉動，此時用戶向后推自行車便可將車取出，車鎖為解鎖狀態，如圖2所示。

2 ?鎖車裝置的使用方式

該車鎖有兩種模式：共享單車模式和共享停車模式。車鎖上有識別裝置，共享單車上有二維碼。將共享單車鎖在車鎖上，識別裝置掃描車上的二維碼，便會認定為共享單車并識別出車的編號。若識別裝置掃描為非共享單車二維碼，或未掃描到二維碼，便認為是非共享單車。

2.1 共享單車模式

當用戶取用共享單車時，通過掃描鎖上的二維碼，發送解鎖指令，后臺控制系統便會向車鎖發送解鎖信號，車鎖打開。后臺便對該輛自行車開始計費，當到達目的地，將車鎖上某一個車鎖上，車鎖上的識別裝置掃描到該車二維碼，識別該車，便向后臺發送指令，停止對該車的計費，用戶結算。

2.2 共享停車模式

當用戶需要將個人車輛鎖在車鎖上時，用戶需手機掃描車鎖上的二維碼，發送鎖車指令，后臺控制系統便向車鎖發送鎖車信號，車鎖鎖定，后臺便開始計費。當用戶取車時，通過手機發送解鎖指令，車鎖便可打開，計費停止，用戶結算。

2.3 使用流程圖

具體使用流程如圖3所示。

3 ?功能特點及主要創新點

①本作品采用固定式和鎖、車分離的方式，解決共享單車容易被偷和亂停亂放等問題。②利用機械臂固定車輪的方式來實現鎖車，并結合電磁鎖原理，增強了車鎖的安全性。③采用共享單車和共享停車兩種模式，增加了車鎖的利用率。④利用導軌可將單車豎直停放，減少了城市空間的占用。⑤車鎖裝置結構輕小，成本較低，可遍布城市角落，方便使用。⑥采用太陽能充電的方式，節省能源。

4 ?應用前景

近年來人們環保意識逐漸提高，單車的使用量逐漸上升，騎行愛好者的隊伍也在逐漸壯大。現在大部分人所購買的自行車價格不菲，大多數公共場所也沒有專門看管自行車的人員，而常用的鏈式鎖、鋼絲鎖又容易破壞，這就會導致自行車失竊的事件經常發生。另外共享單車已經應用十分廣泛，但是共享單車所帶來的亂停亂放等一系列問題有待解決。而我們的智能鎖車裝置能夠有效的防止自行車被盜，很好的解決共享單車用車秩序混亂的問題，符合提高共享單車使用滿意度的要求[5]。該裝置可以一鎖多用，并且結構簡單成本較低，有利于資源共享化的持續發展，應用前景較為廣泛。

參考文獻：

[1]李文婷.共享經濟視角下的營銷新路徑研究——以福州地區共享單車為例[J].科技經濟市場，2019（01）：97-99.

[2]韓藝，陳露.共享單車難題及其治理研究——基于CSG分析框架[J].四川理工學院學報（社會科學版），2019，34（01）：40-61.

[3]張瀟，王鋒，馬海華.APP控制智能電磁門鎖系統的設計與實現[J].物聯網技術，2019，9（02）：88-89，94.

[4]中國國家標準化管理委員會.GB3565-2005，自行車安全要求[S].中國標準出版社，2005.

[5]章丹，毛莉娜.共享單車使用滿意度的影響因素研究[J].南京工業職業技術學院學報，2018，18（04）：38-42.