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天天骑共享单车，可你知道其智能锁的网络制式吗？
发布日期：2017-07-17 浏览次数：1277

相比蜂窝网络，物联网的制式复杂而且不断变化，如何非常好的理清不同物联网制式的原理、制式特征以及应用场景，本文试图通过讲述智能车锁的应用进化进行说明。

首先，我们看看物联网应用的主要业务是什么。LPWA业务的主要特征包括低功耗、低成本、低吞吐率、要求广（深）覆盖且所涉终端数量巨大，其典型应用包含抄表、环境监控、物流、资产追踪等，是全球各运营商争夺连接的主要市场。

那么，承载LPWA类业务的物联网通信技术包括哪些呢。LPWA承载技术包括：基于2/3/4G的物联网技术，如GSM、GPRS、LTE；基于LTE优化的物联网技术，包含针对成本进行了优化的LTE Cat 1、针对成本与功耗进行了优化的LTE Cat 0及eMTC技术；基于全新空口设计的物联网技术，如NB-IOT；基于非蜂窝承载的技术，如LoRa、Sigfox等。

最后，我们看看如何针对智能单车的智能锁，来区分下几种网络制式之间的区别。


第一代摩拜共享单车，车锁内置的是GSM 模块，用户手机扫描车体二维码，大约10秒左右，电机带动和锁鞘“啪”的一声，解锁成功。

GSM 模块的原理是采用短信解锁，智能车锁与插了SIM卡的功能手机类似，10秒左右的解锁时间也正是短信投递的时间。

短信解锁的方式有其优势，开锁比较稳定，开锁不需要通过GPRS/3G流量。

但同时，短信解锁的方式也有很大的劣势，比如锁需要始终与网络保持长连接的，就是说这个“手机”始终是开机的状态，时刻要接收信号，而目前GSM终端待机时长（不含业务）仅20天左右，这之间的耗电就需要通过其他方式转化为电能为其充电。


接下来共享单车的开锁速度有了明显提升，这主要是采用了由服务器通过GPRS/3G流量开锁的方式。

GPRS开锁的好处是等待时间明显剪短，从短信开锁的10秒左右，变成了3秒内开锁，提升了用户体验。而且随着网络流量价格的降低，在频繁使用过程中要比短信更便宜，获取的信息量也更大。

GPRS开锁的劣势是，GPRS信号覆盖并不是全方位的，一旦有了遮挡或者阻碍物，就会产生信号黑点，而且相比其他网络制式，GPRS网络的死角还相当多。

如果采用3G或者4G模块的话，解决了信号覆盖的问题，但是4G通信模块成本过高，一般需要200元人民币以上。随着物联网的兴起，虽然国内已经有多家蜂窝通信模块厂商，但现有蜂窝通信技术的高功耗、高成本的硬伤，还是不如其他制式更有优势。

蓝牙开锁的原理是通过业务层校验，手机下载指令加密包，再将包发送到蓝牙，从而完成解锁的。是让手机跟车锁直接交互的一种短距连接方式。

单纯的蓝牙解锁有大量的弊端，首先各家手机商（这里主要指安卓手机）蓝牙的芯片版本兼容太差，华为能开的话，魅族和小米不一定，何况市场上数十种安卓手机，同样是华为的在不同的版本都有兼容问题，目前的主要原因是因为采购的蓝牙芯片差异太大。


拿小蓝小鸣单车为例，除了IOS系统外，失败率高达80%，而且蓝牙的故障率相对较高。

蓝牙解锁的优点是，可以通过蓝牙辅助流量开锁。服务器只需用流量连接用户手机，再由手机蓝牙发送开锁指令到智能锁。这样一来，开锁功耗大大降低，也不需要依赖锁中模块的信号强度，提高稳定性。4G手机的流量速度也保证了开锁时间，开锁不稳定、开锁时间慢、耗电等所有问题都可以得以解决。

当然蓝牙解锁的很大问题是，用户需要手动打开蓝牙，并能够准确定位对应的车辆才行。


 

5月23日，国内开启首个 eMTC/NB-IoT/GSM（LTE Cat M1/NB1和E-GPRS）多模外场测试，摩拜单车参与了多模LTE IoT外场测试。

eMTC/NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。

我们先看一下其与上述几种物联网制式相比，显著的优势。

一是低功耗：软件方面可以通过物理层优化、新的节电特性、高层协议优化及操作系统优化实现；硬件实现低功耗可通过提升集成度、器件性能优化、架构优化等几种方式。最终的效果是，终端电池寿命理论状态将可以达到10 年。

二是低成本：相较于3G模组20美金成本，多模LTE IoT模组通过规模商用将使成本减半。目前NB-IoT芯片在—百万左右量产级别上，价格为5美元/个，在千万到亿量产级别上价格可以下降至1美元/个。同时，运营商模组补贴的政策也将大大降低产品价格，芯片和模组的成本在短期内会降低，从而替代传统的GSM、GPRS通讯模组场景，加速应用的落地。

三是广深覆盖：NB-IoT 覆盖半径约是GSM/LTE 的4 倍，eMTC覆盖半径约是GSM/LTE 的3 倍。

四是海量终端连接：eMTC/NB-IoT经过优化，基本可以达到5 万连接数/ 小区。

当然，摩拜单车选择eMTC/NB-IoT制式组网，也有显著的劣势。最直接的表述，就是小马拉大车。

NB-IoT更多适用于抄表等业务。在共享单车上部署NB-IoT有些挑战，基站的切换与耗电并没有比2G好很多，也并不优于eMTC。其NB-IoT对数据速率支持较差，移动性弱，在实测环境中，无法满足超过30km/小时的速度。对于共享汽车，甚至快递业使用，都可能会产生制约。

考虑网络的延时性、基站切换、功耗等因素，共享单车更适合于eMTC应用，但共享单车没有对大带宽的需求。从带宽供需角度看，共享单车并不需要1Mbps速率，eMTC看上去似乎也不太适合共享单车的应用。

因此，联合组网也许是个不错的方式，未来有更多的应用场景，也将使用到NB-IoT与eMTC互补，甚至需要短距连接互补的方式。综上所述，通过NB-IoT与eMTC互补+2G与eSIM结合，才能满足摩拜的多场景应用需求。以上我们对共享单车智能锁的网络制式有一定了解后，接下来我们再了解下共享单车智能锁的工作原理。

共享单车智能锁工作原理

现在，共享单车大家每天都在用，大家是否了解其智能锁的工作原理呢？
 

共享单车智能锁工作原理
 

手机扫码后，共享单车跟服务器如何通信，服务器如何下发指令给共享单车解锁，这个过程，网上有很多文章有介绍，本文不做介绍。
 

本文介绍大家比较关心的，这个锁的机械装置到底是怎么工作的。
 

原则上讲，需要驱动机械装置是很耗费电能的，自行车上的电量并不大，经常去充电也不现实，就算放置有太阳能充电，电能还是很宝贵。
 

智能锁的电子装置，要尽可能省电，不要把大量的电能都耗在开关锁上。
 

在机械装置方面，如何实现既能快速开关锁，又尽可能省电？
 

网上找不到相关文档。那就自己来研究。


下面跟大家分享研究所得。
 

共享单车智能锁工作原理


为了方便理解，分别对车锁的一些模块临时起了个名字，可能不符合自行车行业内习惯，也欢迎自行车行业内人士指正！
 

智能锁上的几个关键机械装置：

（1）锁舌：锁舌是一个半圆圈形状，用来锁住车轮胎。锁舌上有一个卡口。跟老式的机械锁类似。

（2）卡口：锁舌上有一个豁口，用来卡住锁舌用。跟卡栓配合使用。卡栓卡在卡口里面，来保证锁舌不能移动，起到锁住自行车轮的效果。

（3）卡栓：卡栓，跟一个弹簧2和一个马达驱动模块连在一起。

（4）弹簧1：跟锁舌连在一起，拉锁舌开锁用。锁舌的卡口没有东西卡住时，利用弹簧1的拉力，把锁舌拉出来，锁舌全部缩回到锁的内部；

（5）弹簧2：在手动上锁后，弹簧2是用来把卡栓顶入到卡口的。

（6）马达以及驱动装置：马达外加周边齿轮等装置组成，只在开锁的瞬间起作用（省电）。马达工作时，通过齿轮，把卡栓从卡口里拉出来，同时压缩住弹簧2 。
 

下面是抽象出来的框架示意图。方便大家理解工作原理。
 

共享单车智能锁工作原理


下面，讲解智能锁的开锁和上锁过程。
 

一、锁定状态：

锁定状态下，弹簧1处于放松状态，卡栓顶在锁舌的卡口中，锁舌不能移动。锁舌穿过自行车轮，车轮被锁定。马达模块处于关闭状态。

弹簧2处于压缩状态，顶着卡栓不动。卡栓松动话，手工就能把锁拉开了。
 

二、开锁过程：

手机扫码后，手机把共享单车信息发给服务器，服务器给共享单车下解锁指令。

首先，马达开始工作，通过齿轮构成的传动装置，把卡栓往上拉，拉离那个卡口。同时卡栓压缩了弹簧2。

锁舌的卡口上，没有了卡栓的阻拦，弹簧1对锁舌的拉力，会把锁舌快速拉回来。嗖的一声，锁舌就从自行车轮中缩回到车锁内部了，共享单车的车轮得到解放，自由了。解锁成功。

锁舌上的卡口的位置移动到别的地方，卡栓不能影响锁舌。

卡栓一端被弹簧2顶着，另一端被锁舌顶着。马达不需要去控制卡栓了，马达关闭。

解锁成功！

机械解锁过程如示意图所示！

共享单车智能锁工作原理


三、上锁过程：

上锁是手工上锁的。省电啊。如果用马达把锁舌拉出来，那得用大的力量，得耗掉多少的电啊，所以，用人工锁车的方法，省电。
 

手工用力拉动锁舌，这个时候弹簧1被拉伸。锁舌穿过自行车轮，进入锁定位置后，锁舌上的卡口刚好对着卡栓。通过手工给弹簧1蓄能了，这个机械能，在下一次解锁的时候用。

卡栓一直被弹簧2顶着，很不爽，发现另外一端有个豁口，这下，嗖的一声，被顶入到卡口中了。这时候锁舌就不能动了，锁车完毕。
 

共享单车智能锁工作原理


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