電動(dòng)車電子密碼鎖設(shè)計(jì)

吳鴻燁 陳相德

（1.福州市職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心 福建省福州市 350001 2.福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福建省福州市 350108）

現(xiàn)在市場(chǎng)上的密碼鎖品種很多，但大都存在著下面的缺點(diǎn)：

（1）按鍵式密碼鎖存在容易被偷窺密碼、體積大、成本較高。

（2）無線電式密碼鎖所發(fā)射的密碼波容易碰碼、被截獲、需攜帶遙控。

（3）機(jī)動(dòng)車鑰匙經(jīng)常會(huì)被主人丟失或遺忘，造成無法開啟機(jī)動(dòng)車。

為了克服上述背景技術(shù)的不足和攜帶鑰匙的弊端，研究設(shè)計(jì)本文技術(shù)。

1 電動(dòng)車密碼鎖總體設(shè)計(jì)方案

（1）本文功能具體需求。本實(shí)用機(jī)動(dòng)車密碼鎖內(nèi)部采用雙鎖技術(shù)，以保證摩托車在電平變化或高速行駛過程中的安全。

（2）本文通過旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)來調(diào)整每位數(shù)的數(shù)值，通過按壓旋轉(zhuǎn)編碼器的中心鍵來確定每一位數(shù)值，如此通過旋轉(zhuǎn)編碼器的中心鍵的多次按壓可以設(shè)定1 至多位密碼位數(shù)，保密概率可以由10 至千萬以上，保密性好，并可自主更改密碼

（3）本電子密碼鎖，總體由顯示屏、卡扣、擋板、收縮性線纜、旋轉(zhuǎn)編碼器組成。

（4）開啟時(shí)，使用者從機(jī)動(dòng)車卡扣上取下機(jī)器，當(dāng)卡扣脫離時(shí)機(jī)器自動(dòng)上電。

（5）使用者可以通過旋轉(zhuǎn)和按壓編碼器的動(dòng)作依次產(chǎn)生各個(gè)位的數(shù)據(jù)或字母。當(dāng)密碼和預(yù)定的一致！則自動(dòng)開啟電門鎖和打火回路！車輛啟動(dòng)！隨后顯示器進(jìn)入休眠狀態(tài)，機(jī)器在收縮線纜作用下收納于機(jī)動(dòng)車車身。

（6）關(guān)閉機(jī)動(dòng)車密碼鎖時(shí)，使用者將密碼鎖扣回機(jī)動(dòng)車上的卡扣，當(dāng)卡扣扣住車輛時(shí)，機(jī)動(dòng)車自動(dòng)斷電，實(shí)現(xiàn)0 功耗。

（7）當(dāng)車輛處于人流量大、密碼可能被人偷看的場(chǎng)合；為了更好的用戶體驗(yàn)，為本密碼鎖設(shè)計(jì)手機(jī)app 開啟功能，用戶可以用手機(jī)進(jìn)行開啟。

（8）機(jī)器完全防水可隨意更改密碼。

2 電動(dòng)車密碼鎖器件選定

2.1 芯片

在低成本芯片中，51 和atmega328 是常用解決方案，但是因?yàn)閍tmega328 具備快速寄存器、模擬I/O、數(shù)字I/O、外部中斷口、定時(shí)器、PWM、UART、IIC、AD 等資源，而不必像51 單片機(jī)一樣在進(jìn)行外接ad0809/24c02 等硬件電路，所以更穩(wěn)定快速，開發(fā)周期更短，于是本文選用atmega328 作為本密碼鎖的核心控制器。使用單片機(jī)ATMEGA328 來當(dāng)作中心部件，其自帶eeprom 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可保持用戶密碼、密碼鎖參數(shù)等信息。

2.2 顯示器

圖1：電動(dòng)車電路連接原理框圖

圖2：電動(dòng)車外觀結(jié)構(gòu)示意圖

圖3：程序流程圖

圖4：軟件設(shè)計(jì)及使用效果圖

在低成本、高亮度的常用顯示方案中，數(shù)碼管和液晶顯示器是首選，因?yàn)椴捎昧诵D(zhuǎn)編碼器作為數(shù)值調(diào)整和權(quán)位切換，保密概率極高，所以無需過于復(fù)雜的字符密碼；另外因?yàn)轱@示屏在烈日下看不清楚，成本較高，體積大的原因，所以本電子密碼鎖采用了四位數(shù)碼管作為本文的顯示器。

2.3 密碼輸入設(shè)備

因?yàn)殡妱?dòng)車停放的場(chǎng)合人流量大、盜竊率高的原因，本文采用選擇編碼器作為密碼輸入設(shè)備，因?yàn)槠洫?dú)特的操作方式，較于密碼盤、指紋、遙控等密碼輸入設(shè)備，該設(shè)計(jì)具有單手操作、成本低、無需干電、體積小、速度快、保密性高的特點(diǎn)。

2.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

電動(dòng)車的啟動(dòng)電流大、使用次數(shù)頻繁的特點(diǎn)，本文采用雙向可控硅作為電路開關(guān)?？煽毓枘芤院涟布?jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。

2.5 電動(dòng)車密碼鎖的電路連接原理

電動(dòng)車密碼鎖的電路連接原理框圖如圖1 所示。

電路工作原理：當(dāng)電子密碼鎖從電動(dòng)車固定掛鉤取下時(shí)，電動(dòng)車密碼鎖上電，此時(shí)顯示器顯示的初始值為“0”，當(dāng)調(diào)節(jié)位于i05引腳上的旋轉(zhuǎn)電位器時(shí)，旋轉(zhuǎn)電位器上變化的頻率信號(hào)輸入cpu，cpu 實(shí)時(shí)處理將變化的頻率轉(zhuǎn)化為顯示屏上的數(shù)值數(shù)。當(dāng)按壓旋轉(zhuǎn)編碼器上的按鈕時(shí)，顯示屏逐個(gè)跳動(dòng)顯示當(dāng)前權(quán)位的數(shù)，以此原理用戶輸入完所有位數(shù)的密碼之后，cpu 對(duì)密碼進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)密碼一致時(shí)，i0 口9 產(chǎn)生電平信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過晶閘管放大器驅(qū)動(dòng)自鎖電門的電機(jī)開啟電門，摩托車得電。開鎖功能完成。當(dāng)用戶輸入的密碼不正確的時(shí)候，顯示屏上不會(huì)出現(xiàn)任何錯(cuò)誤提示，此設(shè)計(jì)可以有效延長(zhǎng)密碼被破解的時(shí)間，增加保密性。

3 電動(dòng)車密碼鎖外觀設(shè)計(jì)

外觀設(shè)計(jì)方案（圖2）：

3.1 收縮線纜

線纜采用螺旋彈性多芯線纜，該線纜彈性兩端分別連接了顯示器輸入設(shè)備與主芯片，線纜的彈性連接方便了使用者可以隨意調(diào)整整個(gè)殼體的顯示角度，增加舒適度、開啟速度、防止偷窺。線纜內(nèi)含多股線，包含電源線、顯示屏信號(hào)線、編碼器信號(hào)線、該線纜連通電子密碼鎖殼體和機(jī)動(dòng)車內(nèi)部電門鎖，起到控制機(jī)動(dòng)車、供電、顯示的作用，因?yàn)榫€纜的一端連接的主芯片位于車體當(dāng)中，增加了保護(hù)強(qiáng)度，防止芯片破壞破解。

3.2 殼體

殼體總體為長(zhǎng)方形設(shè)計(jì)，殼體右上方設(shè)有顯示器、顯示器周邊設(shè)有擋板、殼體左邊設(shè)有旋轉(zhuǎn)編碼器密碼輸入設(shè)備，殼體后邊設(shè)有卡扣、輕觸開關(guān)、線纜等，殼體內(nèi)部設(shè)無線電路可由手機(jī)APP 控制開啟機(jī)動(dòng)車。（顯示器可分開安裝到機(jī)動(dòng)車時(shí)速表盤上）

3.3 擋板

高度約為1cm，圍繞顯示器四周分布，由于光的直線傳播特性，擋板的設(shè)計(jì)有效阻隔了顯示屏上密碼的可視角度，可以有效防止偷窺密碼。

3.4 顯示器

顯示器內(nèi)為4 位7 段數(shù)碼管顯示設(shè)備，該顯示屏用于顯示當(dāng)前所設(shè)置的密碼權(quán)位與密碼的具體數(shù)值，并且也可以顯示幾個(gè)電子密碼鎖的常見錯(cuò)誤代碼、故障代碼，以便于用戶使用。

3.5 編碼器

該旋轉(zhuǎn)編碼器含旋轉(zhuǎn)和按壓兩種機(jī)械動(dòng)作模式，在本設(shè)計(jì)中，以按壓方式切換密碼權(quán)位，以旋轉(zhuǎn)方式調(diào)整每位密碼的具體數(shù)值，功能模式分明操作辨別，在小體積，單手操作的情況下分別實(shí)現(xiàn)了調(diào)數(shù)據(jù)和按鍵功能，其作用是調(diào)整及確認(rèn)所輸入的字符信息。

3.6 輕觸開關(guān)

輕觸開關(guān)位于卡扣內(nèi)部，當(dāng)卡扣扣到電動(dòng)車上的固定掛鉤上時(shí)，固定掛鉤的擠壓力使得輕觸開關(guān)的常閉開關(guān)下壓，機(jī)器斷電，卡扣分離時(shí)，輕觸開關(guān)的常閉開關(guān)復(fù)位，機(jī)器上電。

3.7 卡扣

用于固定在摩托上，以及控制機(jī)器的斷電和上電功能。

4 電動(dòng)車密碼鎖軟件設(shè)計(jì)方案

（1）根據(jù)圖3 所示程序流程圖，本文程序采用c 語音編寫并燒寫入atmega328 當(dāng)中。配合電子密碼鎖硬件，該程序?qū)崿F(xiàn)了以下功能，當(dāng)電子密碼鎖首次開機(jī)，cpu開始檢測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器的按壓狀態(tài)，當(dāng)按壓一次則表示進(jìn)入密碼比對(duì)開啟狀態(tài)；當(dāng)電子密碼鎖實(shí)現(xiàn)一次開鎖成功后，如果cpu 識(shí)別到旋轉(zhuǎn)編碼器按壓了兩次，則程序進(jìn)入電子密碼鎖密碼修改狀態(tài)。

（2）本文APP 功能編寫要求：①界面登入需要賬號(hào)密碼認(rèn)證后才可使用。②在主界面上具備語音開鎖、手動(dòng)開鎖、開鎖狀態(tài)顯示的功能。

（3）本文APP 控制界面簡(jiǎn)介。①APP 開啟后，手機(jī)藍(lán)牙開始搜索接通電動(dòng)車的藍(lán)牙，并主動(dòng)建立藍(lán)牙通信。②接入藍(lán)牙后，在APP 應(yīng)用界面上提供了語音、按鍵、滑塊等功能，用戶可以使用語言、滑動(dòng)開關(guān)的操作方式開啟或關(guān)閉電動(dòng)車。③用戶開啟或關(guān)閉電動(dòng)車時(shí)，為了增強(qiáng)狀態(tài)的區(qū)別和用戶界面的體驗(yàn)感，該電動(dòng)車密碼鎖APP 其狀態(tài)通過APP 界面上的圖形、語音合成，進(jìn)行對(duì)應(yīng)提示。④APP 端開啟電動(dòng)車后，界面上的機(jī)車出現(xiàn)，機(jī)車發(fā)出引擎運(yùn)動(dòng)，畫面機(jī)車運(yùn)動(dòng)起來，同時(shí)電動(dòng)車啟動(dòng)，進(jìn)入行駛模式。當(dāng)APP 端斷開電源后，APP 界面出現(xiàn)剎車紅色尾燈界面，并播放停車的聲音，同時(shí)實(shí)際車輛電門斷電，停車！

5 結(jié)束語

隨著中國與國際上電動(dòng)車市場(chǎng)的擴(kuò)大，本文技術(shù)將有無限的可能，大有空間，主要應(yīng)用于電動(dòng)車、汽車、倉庫、房屋、保險(xiǎn)柜等場(chǎng)所。