本文主要是介绍【嵌入式实践】【芝麻】【设计篇-2】从0到1给电动车添加指纹锁:项目可行性分析,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
0. 前言
该项目是基于stm32F103和指纹模块做了一个通过指纹锁控制电动车的小工具。支持添加指纹、删除指纹,电动车进入P档等待时计时,计时超过5min则自动锁车,计时过程中按刹车可中断P档状态,同时中断锁车计时。改项目我称之为“芝麻”,取自芝麻开门(明明是车,哪里来的“门”,因为插钥匙的地方被修车师傅称之为“电门锁”)。
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软件、硬件、机械原件存放位置:zhima: 电动车改装 - 指纹锁,芝麻开门
1. 能否通过继电器控制电门锁?
1.1 初识“电门锁”
因为没有过维修电动车的经验,对电动车内部线路不是很了解,不知道在什么位置添加控制。所以我第一步就是在B站、西瓜视频等网站疯狂的搜索电动车维修相关的视频。直到学习到一个新词:“电门锁”,才得知钥匙插入的部件有专门的称谓。紧接着我就根据电门锁这个关键词继续搜索相关的视频,慢慢的对电动车控制电路就有了初步的了解。总的来说,可以通过控制电门锁来控制电车的开关。
1.2 电门锁的控制原理
电门锁的结构类似上图。我的小电车并没有上图的防水盖,当我拆开电车头的时候,就直接看到了上图右侧裸露在外面的电线和焊盘。我使用万用表测试了在打开电车、打开大灯这2种情况下线路的连接情况。最终绘制了如下电门锁简化模型(因为没拆开电门锁,模型和实际可能存在偏差):
模型图虽然画的简单,但是已经能够准确的表示电门锁的原理了。上图中红色表示电源,即使不打开电动车,红色部分的电路也带有48V的电压,橙色和棕色分别接向电车电源和大灯。电门锁一共会有上述3种状态:上图-A,表示电动车处于关闭状态,上图-B,表示电动车打开,但未打开大灯的状态,上图-C,表示电动车打开,大灯同时打开的状态。
通过上述的简单小实验,我们能得到这样一个结论,我们可以通过控制红线、橙线、棕线的连接情况来控制电动车状态。这一点很重要,证明了我们能够介入电动车控制。
2. 电源选择
芝麻项目选择是STM32F103系列的一款芯片,供电电压是3.3V,这就涉及到如何给电路板供电,电源如何选择的问题。我们很容易能够想到3种供电方式:多节电池,3.7V锂电池,电动车电瓶。
2.1 多节电池
使用蓄电池最大的优势就是能够快速更换电源,无需充电。在我们这个项目中,如果选择电池作为电源,我们就不得不解决这2个问题:电池体积大;需要考虑更复杂的机械结构,以能够保证电池更换便捷,且不易被他人获取到。
2.2 锂电池
锂电池体积相对较小,可以反复使用,不需要频繁更换。不过,如果选用锂电池,我们需要在电路板中额外维护一套充放电电路,且需要将充电口引到电车头外面用移动电源充电,或者将电路板拆出来充电。这样也不是很便捷。
2.3 电动车电瓶
用电瓶给电路板供电能相对容易的解决上面的问题:不需要额外设计机械结构保护电源,没有增大电路板体积,不需要换电池、不需要单独给电路板充电。选用此方案也有一个好处,就是可以把电瓶当成一个大的充电宝。(这一点在项目设计思路理也提到了,你可以点击这个链接去查看)通过这几个电源的对比,我打算使用电瓶作为电路板电源。下图红框中的电路就是选用此方案的电源电路,还是比较简洁的:
3. 机械结构方案选择
3.1 电车控制部分和用户交互部分合一
这里说的电车控制部分就是通过继电器控制电门锁的相关电路;用户交互部分指的就是指纹锁、按键和USB充电口。因为和用户交互部分的电路也集成到了单板上,我们就必须把这部分放置在外面,这样用户才能接触到。整个单板都放到外侧,那么就需要设计一个外壳将整个电路包起来,类似这样:
正如你看到这个图片时的第一感觉一样,丑,我也是这么认为的。我曾经想过如何美化这些凸出的结构,改为卡通形象、做些倒圆角(倒圆角 == 高端),总是不太满意。除了外观,其实还有一个比较大的隐患,因为这整个结构都要放置到外侧,那么控制电门锁的那几根线就会暴露在外侧,这个时候我们只需要一个剪刀,剪断线路,短接那3根线,就可以把你的爱车骑走了。
3.2 电车控制部分和用户交互部分分开
如何分开?我们把按键、指纹模块独立出来放在同一个外壳里管理,将电车控制部分直接放置到电车头内部。把和用户交互的部分放置在靠近车把的地方,这样用户操作起来会更方便。电车头里存在这样一个空间,可以放下小块的电路板,这个思路是可行的。预期放入电路板的空间展示如下:
这么做还有一个好处,就是能解决3.2小节中提到的安全问题。因为电车控制部分放置到了电车头内部,外界无法直接操作控制线路,放置在外部的指纹模块和按键只是信号线,即使短接也无法控制电路板,更无法控制电车。
4. 小结
让我们来做个小结:通过使用继电器可以控制电动车;电源方案选择使用电动车电瓶,此方案易用、省空间也方便后续拓展USB充电功能;关于机械设计方案,选择电车控制部分和用户交互部分分开的方案,安全、美观。
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