基于智能解锁的共享单车锁车装置

刘建航 柳青 张军 刘强强

摘要：为了解决共享单车乱停乱放、经常失窃等一系列问题，设计了一种电磁控制可结合升降装置的智能锁车装置。该智能锁车装置采用太阳能充电或外接电源，可利用钥匙、密码、卡片、扫码、指纹、遥控等多种方式开锁。锁车时将自行车向前一推就可将车锁上，当车锁接收到开锁信号时，控制锁车状态的电磁铁通电，即可打开车锁。这种锁车装置除了可以应用于共享单车以外，还可应用于私人车辆作为一种共享车锁，相当于一种共享停车位，可以在超市等公共场合免去人员看管，同时使收费更加合理。

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.

關键词：共享单车;智能锁;升降装置;电磁控制;共享停车

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

中图分类号：TP311.5                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0218-02

0  引言

随着人类环保意识和健康意识的提高，自行车使用量逐渐提高，而且共享单车已进驻大部分大中型城市，并得到居民的广泛认可。共享单车是企业在“互联网 + 共享经济”的经济时代背景下，利用互联网实现线下单车共享的一种分时租赁模式，该模式具有很多的优点：在提升出行效率方面，“共享单车 + 地铁”较全程私家车提升效率约 17.9%;在节能减排方面，减少碳排放量，已成为城市交通生态重要的一环[1]。近几年共享单车的快速发展，展现了非机动交通在城市短途出行中的优势，但却由于利益驱使目前存在以下负面现象：同行恶意竞争、过度投放等市场无序乱象;在用户层面上出现乱停乱放、用户恶意损坏、违规抢道、用车秩序混乱等情况;在企业运营方面出现定位不准、找寻不便等问题[1，2]。这些问题的出现使得共享单车逐渐违背了便捷居民出行和提升公共资源利用的初衷，为了解决上述问题我们根据文献[3]设计了这款具有升降装置的智能锁车装置，并可根据需要增加，如图1所示。该锁车装置采用固定形式，实现锁、车分离，可解决共享单车使用过程中出现的诸多问题，同时该锁车装置可将单车竖直停放节约城市空间。

1  结构及工作原理

用户可通过扫描二维码、指纹、密码、卡片等形式开锁。下面以扫描二维码为例进行叙述。

1.1 锁车

1.1.1 车锁部分动作

车锁系统结构如图2所示，当用户锁车时用前车轮抵住前侧机械臂3向前推，机械臂1在车轮的推动下向前转动，当转过一定角度夹持臂8被挤压到一定程度时，触发开关，电磁铁2断电，电磁铁顶杆4在电磁铁弹簧5的作用下弹出，插入机械臂1转轴的槽口，阻挡机械臂1向反方向转动。此时机械后臂6刚好阻挡车轮向后推出，夹持臂8将车轮夹紧（因为自行车轮毂并没有标准形状、车轮宽度不唯一[4]，所以夹持臂设计为可调节式，通过夹持臂弹簧7并安装橡胶层9，以确保不同形状的轮毂都可被夹紧），达到锁车目的（车锁状态如图1所示），并向控制系统发送信号。

1.1.2 升降系统动作

升降系统如图1，主要包括序号1-5部分。控制系统接收到信号后，升降电机1工作，通过联轴器2带动丝杠3转动，前侧车轮在滑块5的带动下沿着导轨4开始上升，当自行车完全处于竖直状态时，后车轮即将离开地面，滑块5上的重力检测系统检测到重力突增，向控制系统发送信号，控制系统向电机模块发送控制信号，电机停止工作，车轮停止上升。

1.2 开锁、下降动作

开锁时用户通过扫描锁上的二维码，后台管理系统通过GPRS无线通信模块向中心控制单元发送解锁指令，升降电机开始反向转动，将车轮放下，使自行车恢复水平状态。电磁铁通电，顶杆在磁力的作用下恢复初始位置，阻碍作用消失，这样两侧机械臂又可反方向转动，此时用户向后推自行车便可将车取出，车锁为解锁状态，如图2所示。

2  锁车装置的使用方式

该车锁有两种模式：共享单车模式和共享停车模式。车锁上有识别装置，共享单车上有二维码。将共享单车锁在车锁上，识别装置扫描车上的二维码，便会认定为共享单车并识别出车的编号。若识别装置扫描为非共享单车二维码，或未扫描到二维码，便认为是非共享单车。

2.1 共享单车模式

当用户取用共享单车时，通过扫描锁上的二维码，发送解锁指令，后台控制系统便会向车锁发送解锁信号，车锁打开。后台便对该辆自行车开始计费，当到达目的地，将车锁上某一个车锁上，车锁上的识别装置扫描到该车二维码，识别该车，便向后台发送指令，停止对该车的计费，用户结算。

2.2 共享停车模式

当用户需要将个人车辆锁在车锁上时，用户需手机扫描车锁上的二维码，发送锁车指令，后台控制系统便向车锁发送锁车信号，车锁锁定，后台便开始计费。当用户取车时，通过手机发送解锁指令，车锁便可打开，计费停止，用户结算。

2.3 使用流程图

具体使用流程如图3所示。

3  功能特点及主要创新点

①本作品采用固定式和锁、车分离的方式，解决共享单车容易被偷和乱停乱放等问题。②利用机械臂固定车轮的方式来实现锁车，并结合电磁锁原理，增强了车锁的安全性。③采用共享单车和共享停车两种模式，增加了车锁的利用率。④利用导轨可将单车竖直停放，减少了城市空间的占用。⑤车锁装置结构轻小，成本较低，可遍布城市角落，方便使用。⑥采用太阳能充电的方式，节省能源。

4  应用前景

近年来人们环保意识逐渐提高，单车的使用量逐渐上升，骑行爱好者的队伍也在逐渐壮大。现在大部分人所购买的自行车价格不菲，大多数公共场所也没有专门看管自行车的人员，而常用的链式锁、钢丝锁又容易破坏，这就会导致自行车失窃的事件經常发生。另外共享单车已经应用十分广泛，但是共享单车所带来的乱停乱放等一系列问题有待解决。而我们的智能锁车装置能够有效的防止自行车被盗，很好的解决共享单车用车秩序混乱的问题，符合提高共享单车使用满意度的要求[5]。该装置可以一锁多用，并且结构简单成本较低，有利于资源共享化的持续发展，应用前景较为广泛。

参考文献：

[1]李文婷.共享经济视角下的营销新路径研究——以福州地区共享单车为例[J].科技经济市场，2019（01）：97-99.

[2]韩艺，陈露.共享单车难题及其治理研究——基于CSG分析框架[J].四川理工学院学报（社会科学版），2019，34（01）：40-61.

[3]张潇，王锋，马海华.APP控制智能电磁门锁系统的设计与实现[J].物联网技术，2019，9（02）：88-89，94.

[4]中国国家标准化管理委员会.GB3565-2005，自行车安全要求[S].中国标准出版社，2005.

[5]章丹，毛莉娜.共享单车使用满意度的影响因素研究[J].南京工业职业技术学院学报，2018，18（04）：38-42.