电动车电子密码锁设计

吴鸿烨 陈相德

（1.福州市职业技能鉴定指导中心 福建省福州市 350001 2.福州职业技术学院 福建省福州市 350108）

现在市场上的密码锁品种很多，但大都存在着下面的缺点：

（1）按键式密码锁存在容易被偷窥密码、体积大、成本较高。

（2）无线电式密码锁所发射的密码波容易碰码、被截获、需携带遥控。

（3）机动车钥匙经常会被主人丢失或遗忘，造成无法开启机动车。

为了克服上述背景技术的不足和携带钥匙的弊端，研究设计本文技术。

1 电动车密码锁总体设计方案

（1）本文功能具体需求。本实用机动车密码锁内部采用双锁技术，以保证摩托车在电平变化或高速行驶过程中的安全。

（2）本文通过旋转编码器的旋转来调整每位数的数值，通过按压旋转编码器的中心键来确定每一位数值，如此通过旋转编码器的中心键的多次按压可以设定1 至多位密码位数，保密概率可以由10 至千万以上，保密性好，并可自主更改密码

（3）本电子密码锁，总体由显示屏、卡扣、挡板、收缩性线缆、旋转编码器组成。

（4）开启时，使用者从机动车卡扣上取下机器，当卡扣脱离时机器自动上电。

（5）使用者可以通过旋转和按压编码器的动作依次产生各个位的数据或字母。当密码和预定的一致！则自动开启电门锁和打火回路！车辆启动！随后显示器进入休眠状态，机器在收缩线缆作用下收纳于机动车车身。

（6）关闭机动车密码锁时，使用者将密码锁扣回机动车上的卡扣，当卡扣扣住车辆时，机动车自动断电，实现0 功耗。

（7）当车辆处于人流量大、密码可能被人偷看的场合；为了更好的用户体验，为本密码锁设计手机app 开启功能，用户可以用手机进行开启。

（8）机器完全防水可随意更改密码。

2 电动车密码锁器件选定

2.1 芯片

在低成本芯片中，51 和atmega328 是常用解决方案，但是因为atmega328 具备快速寄存器、模拟I/O、数字I/O、外部中断口、定时器、PWM、UART、IIC、AD 等资源，而不必像51 单片机一样在进行外接ad0809/24c02 等硬件电路，所以更稳定快速，开发周期更短，于是本文选用atmega328 作为本密码锁的核心控制器。使用单片机ATMEGA328 来当作中心部件，其自带eeprom 数据存储器，可保持用户密码、密码锁参数等信息。

2.2 显示器

图1：电动车电路连接原理框图

图2：电动车外观结构示意图

图3：程序流程图

图4：软件设计及使用效果图

在低成本、高亮度的常用显示方案中，数码管和液晶显示器是首选，因为采用了旋转编码器作为数值调整和权位切换，保密概率极高，所以无需过于复杂的字符密码；另外因为显示屏在烈日下看不清楚，成本较高，体积大的原因，所以本电子密码锁采用了四位数码管作为本文的显示器。

2.3 密码输入设备

因为电动车停放的场合人流量大、盗窃率高的原因，本文采用选择编码器作为密码输入设备，因为其独特的操作方式，较于密码盘、指纹、遥控等密码输入设备，该设计具有单手操作、成本低、无需干电、体积小、速度快、保密性高的特点。

2.4 驱动电路设计

电动车的启动电流大、使用次数频繁的特点，本文采用双向可控硅作为电路开关。可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。

2.5 电动车密码锁的电路连接原理

电动车密码锁的电路连接原理框图如图1 所示。

电路工作原理：当电子密码锁从电动车固定挂钩取下时，电动车密码锁上电，此时显示器显示的初始值为“0”，当调节位于i05引脚上的旋转电位器时，旋转电位器上变化的频率信号输入cpu，cpu 实时处理将变化的频率转化为显示屏上的数值数。当按压旋转编码器上的按钮时，显示屏逐个跳动显示当前权位的数，以此原理用户输入完所有位数的密码之后，cpu 对密码进行比对，当密码一致时，i0 口9 产生电平信号，信号经过晶闸管放大器驱动自锁电门的电机开启电门，摩托车得电。开锁功能完成。当用户输入的密码不正确的时候，显示屏上不会出现任何错误提示，此设计可以有效延长密码被破解的时间，增加保密性。

3 电动车密码锁外观设计

外观设计方案（图2）：

3.1 收缩线缆

线缆采用螺旋弹性多芯线缆，该线缆弹性两端分别连接了显示器输入设备与主芯片，线缆的弹性连接方便了使用者可以随意调整整个壳体的显示角度，增加舒适度、开启速度、防止偷窥。线缆内含多股线，包含电源线、显示屏信号线、编码器信号线、该线缆连通电子密码锁壳体和机动车内部电门锁，起到控制机动车、供电、显示的作用，因为线缆的一端连接的主芯片位于车体当中，增加了保护强度，防止芯片破坏破解。

3.2 壳体

壳体总体为长方形设计，壳体右上方设有显示器、显示器周边设有挡板、壳体左边设有旋转编码器密码输入设备，壳体后边设有卡扣、轻触开关、线缆等，壳体内部设无线电路可由手机APP 控制开启机动车。（显示器可分开安装到机动车时速表盘上）

3.3 挡板

高度约为1cm，围绕显示器四周分布，由于光的直线传播特性，挡板的设计有效阻隔了显示屏上密码的可视角度，可以有效防止偷窥密码。

3.4 显示器

显示器内为4 位7 段数码管显示设备，该显示屏用于显示当前所设置的密码权位与密码的具体数值，并且也可以显示几个电子密码锁的常见错误代码、故障代码，以便于用户使用。

3.5 编码器

该旋转编码器含旋转和按压两种机械动作模式，在本设计中，以按压方式切换密码权位，以旋转方式调整每位密码的具体数值，功能模式分明操作辨别，在小体积，单手操作的情况下分别实现了调数据和按键功能，其作用是调整及确认所输入的字符信息。

3.6 轻触开关

轻触开关位于卡扣内部，当卡扣扣到电动车上的固定挂钩上时，固定挂钩的挤压力使得轻触开关的常闭开关下压，机器断电，卡扣分离时，轻触开关的常闭开关复位，机器上电。

3.7 卡扣

用于固定在摩托上，以及控制机器的断电和上电功能。

4 电动车密码锁软件设计方案

（1）根据图3 所示程序流程图，本文程序采用c 语音编写并烧写入atmega328 当中。配合电子密码锁硬件，该程序实现了以下功能，当电子密码锁首次开机，cpu开始检测旋转编码器的按压状态，当按压一次则表示进入密码比对开启状态；当电子密码锁实现一次开锁成功后，如果cpu 识别到旋转编码器按压了两次，则程序进入电子密码锁密码修改状态。

（2）本文APP 功能编写要求：①界面登入需要账号密码认证后才可使用。②在主界面上具备语音开锁、手动开锁、开锁状态显示的功能。

（3）本文APP 控制界面简介。①APP 开启后，手机蓝牙开始搜索接通电动车的蓝牙，并主动建立蓝牙通信。②接入蓝牙后，在APP 应用界面上提供了语音、按键、滑块等功能，用户可以使用语言、滑动开关的操作方式开启或关闭电动车。③用户开启或关闭电动车时，为了增强状态的区别和用户界面的体验感，该电动车密码锁APP 其状态通过APP 界面上的图形、语音合成，进行对应提示。④APP 端开启电动车后，界面上的机车出现，机车发出引擎运动，画面机车运动起来，同时电动车启动，进入行驶模式。当APP 端断开电源后，APP 界面出现刹车红色尾灯界面，并播放停车的声音，同时实际车辆电门断电，停车！

5 结束语

随着中国与国际上电动车市场的扩大，本文技术将有无限的可能，大有空间，主要应用于电动车、汽车、仓库、房屋、保险柜等场所。