创新型车锁的研究与设计

杨启帆 茹鑫斐 张俊德 问李娜 张克勤

摘 要：自行车、电动自行车是目前人们使用十分普遍的交通工具。但由于其买卖手续简便，零部件可拆卸，犯罪分子盗窃后便于销赃， 被盗案件时常发生， 给使用者造成不必要的损失。因此， 对于研制新型的车锁具有一定的实际意义。文章针对现有车锁进行一定改进，以使用方便、防盗、低成本为目标设计了新型锁。本产品由“刚毛”、单片机、链条、外壳、钥匙以及充电口组成。

关键词：自行车;创新型车锁;意义

中图分类号：TS914.21 文献标识码：A

1 创新型车锁的研究背景和意义

1.1 研究背景

当今世界，绿色发展、可持续发展和低碳生活已成为重要趋势。在国家的号召和生活需要的共同推进下，城市公共自行车和共享单车等以井喷式出现并快速发展，以度卷之势快速占领各大城市，这也标志着自行车又一次进入公众视野，继而带动了国内自行车行业的发展。

根据社会调查显示，现在很多学生上下学、家长上下班、接送小孩依靠自行车、电动车;根据市场调查显示，现在很多非机动车的零件都是可轻易拆卸的，而且其买卖手续简便，零部件可拆卸，犯罪分子盗窃后便于销赃，被盗案件时常发生，给使用者造成不必要的损失。因此，对于研制新型的车锁具有一定的实际意义。文章针对现有车锁进行一定改进，以使用方便、防盗、低成本为目标设计了新型锁。

我们推出了全新型自行车鎖，为方便出行，完美地解决所有有轮车子的存放问题，就此看来，全新型自行车锁具有广大的市场和发展前景。

1.2 研究意义

目前市场上存在的车锁，都是将车子与周围物体绑在一块，或者将车子的车架与车轮绑在一块，用锁将车轮的辐条或者碟片卡死，使其不能正常转动达到所认为的锁车目的。但是车子仍可以被整体运走或者偷取某零部件，不能完全地解决存放的安全问题。而我们新型的车锁不仅能解决车子单独存放的问题，还能解决零部件的安全问题，这在目前市场上是不存在的，一旦上市，将会在安全性方面碾压现存的车锁，具有广阔的市场。

2 创新型车锁的设计

2.1 整体设计

智能锁结构示意图如图所示：智能锁由两个锁头以及连接锁头的链条组成，锁头中含有充电口、单片机（图中①虚线）并由链条（图中②虚线）连接起来，在锁头的表面有细小的“刚毛”（图中③实线），整个锁由外壳（图中④实线）组合起来，组成一个完整的系统。锁与特制钥匙构成独一的锁钥结构，保证车子的安全。

2.2 各组成部分的设计

2.2.1 “刚毛”

“刚毛”是依据仿生物技术而形成的，以壁虎的爪为原模型，壁虎的每只脚底部长着数百万百根极细的刚毛，而每根刚毛末端又有约400根至1 000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近，从而产生分子引力及“范德瓦尔斯力”。虽然每根刚毛产生的力量微不足道，但累积起来就很可观。

我们现存的大部分路都是水泥路、柏油路、砖头路等。这些路在我们肉眼看来是平整的，但从微观的角度看的话，其中有很多分子间隙，我们正是利用这种分子间隙，将“刚毛”扎到分子间隙中，通过单片机的控制，如将车锁锁定时整个车锁会断电，“刚毛”会发生形态上的改变，如膨胀将小间隙撑住或者底部弯曲形成倒钩刺等。这种强大的力量使他人在不使用钥匙时不能将其拔出，保护了车子的安全。

2.2.2 链条

链条实质上是连接两个单片机的导线，保证指令的一致性。但随着技术的发展和成熟，链条将被无线信号取代。

2.2.3 外壳

外壳使用特殊的材质，在保证锁不会被外界利器破坏的情况下，也不会对车子本身造成伤害，如对车轮或车架造成磨损等。

2.2.4 钥匙

钥匙有两种形式，其一是手机蓝牙进行控制的蓝牙钥匙，另一种则是实物钥匙（备用钥匙），类似与汽车钥匙。

蓝牙钥匙：现在大部分人都有手机，而且手机蓝牙是不需要网络的，当客户购买这个锁后，将手机等电子设备与锁子进行匹配，用蓝牙来控制锁子的开与关，以及定位锁子的位置。

实物钥匙：是作为一种备用钥匙和针对与小学生等无手机的钥匙，当我们的手机等其他电子设备丢失或者没电时，我们可以使用实物锁进行控制。实物钥匙在出厂时就已设定好专属的电波信号，无需再次匹配，一把锁和一个实物钥匙一对一关系。

2.2.5 充电口

在锁头上装有USB充电口，在不充电时会由外壳将其封住，防止尘土等进入，造成堵塞。随着技术的发展和成熟，会由无线充电所取代。

2.3 单片机控制系统设计

单片机控制系统主要包括蓝牙系统、GPS系统、路面特征分析系统、路面识别系统、“刚毛”控制系统、开锁信号分析系统、报警器系统。

2.3.1 单片机控制系统介绍

蓝牙系统：用于与手机等电子设备进行匹配，方便用户控制。在其中设定两次匹配机会，其一是购买时的适用机会，而第二次则是和你的手机或其他电子设备匹配;如若用户将更换手机等电子设备，则需带着相关证明去购买地方由工作人员对车锁进行重新设定，用户可重新匹配（有且只有一次匹配机会）。

GPS系统：在其中加入GPS系统，用户可通过蓝牙定位锁子所在的位置。

路面特征分析系统：我们会提前对现在所存在的路面进行一系列的系统分析，针对不同的路面出台不同的“刚毛”变化方式，使其达到绝对安全的效果。

路面识别系统：识别路面装置，在锁头的表层，由单片机控制，采用红外线感应，识别路面特征。

“刚毛”控制系统：路面识别系统的结果将被“刚毛”控制系统进行分析，根据路面特征分析中的数据，进行对号入座，对“刚毛”进行控制，将车子锁定。

开锁信号分析系统：控制锁的开关有两种信号，一是蓝牙钥匙，二是实物钥匙，当钥匙发出电波信号时，会由开锁信号分析系统识别信号代码，控制“刚毛”执行启/闭锁的动作。而这两种信号是“或”的关系。

报警器系统：当车锁锁定十秒钟后将自动进入防盗状态，当车身或车锁遭到碰撞或暴力破坏时，报警器即发出十几秒钟左右的尖锐报警声，与此同时指示灯会不断闪烁。之后会再次自动进入防盗状态。

2.3.2 系统工作流程图及使用方法

锁子在使用时，将其拉到自己所需长度，如自行车，将锁子穿过前轮、重点的三脚架、后轮之后，两端的“刚毛”固定到地上，锁住车子;若为电动车，将锁子穿过后轮再与电动车的电瓶绑在一块，最后将两端的“刚毛”固定到地上;若为摩托车，将锁子穿过轮子的辐条间隙，将其固定到地上。

为了方便使用者，我们会附带一个置锁架和置锁包，使用者可根据自己的不同情况将锁子卡在置锁架中卡在座管上，或将其放入置锁包内放在横梁上或放包内携带。

3 发展战略

3.1 初期战略

初期，产品的主要针对人群主要是自行车车队以及机车车队。基于产品现有的安全性和便携性作为卖点，同高档车队进行积极合作，签订相关合同，在高档车队成批量使用本产品——车锁，大面积推广本产品，解决销售渠道的同时凭借高品质以及安全性能技术支持的协作开发，为产品品牌打下坚实的用户基础，提升品牌知名度。并不断提升产品质量，先占领高端安全车锁的市场。

3.2 中期战略

当获得了一定的业绩与产品知名度后，公司可以开始尝试与普通车店合作，采取逐步打入市场，从比赛用车/普通车店用车行业开始逐步普及到所有车辆。同时，提升产品性能，并提高科研能力和科技创新水平，加强引进优秀的国内外技术人才，在材料和功能等反面进行改善，如加入音响、行车记录仪等。

3.3 长期战略

长远来看，本产品需要打造一条专属的产品生态链，维持客户忠诚度，并基于我们的安全理念，开拓与共享单车存放安全性能的项目，为现存的车子打造安全的存放环境。待时机成熟时，应当打破传统锁的理念，将新型锁全面上市。甚至还可以走出国门，将产品行销世界。

4 结论

通过对创新型车锁的研究分析可知新型锁具有软硬件设计简单、易于开发、成本较低、安全可靠、操作方便等特点。采用了仿生物技术、电磁波信号以及单片机技术等。在使用过程中也做了改良，是车锁对车子的保护达到绝对安全的效果。