1.1目的及意义：

自2016年底以来，共享单车行业已经得到了迅猛的发展，积累了广泛的用户群体。共享单车解决了用户“最后一公里”的出行问题，节约了用户等车的时间成本及服务费用成本。如今，共享单车已经成为了人们出行必不可少的交通工具。

“单车”之所以可以“共享”，关键就在于它的车锁。共享单车诞生之初，ofo公司使用的还是机械车锁解决方案，每辆单车上配有独特的车牌号及二维码，用户通过手机App输入车牌号或扫描二维码来与云端服务器通信，获取该辆单车的固定密码，在机械车锁上输入密码，即可完成开锁。这种车锁有着非常大的弊端，首先，由于机械锁上没有定位系统，所以单车的丢失无法监控；其次，机械车锁非常容易被破解，安全性极低；再者，用户可以通过建立数据库，存储单车的固定密码，等到数据库足够庞大时，不需要通过手机App就可以自己开锁了。后来，ofo公司对机械车锁进行了升级，推出了四位动态密码解锁的电子车锁，安全性大大提高。而摩拜公司推出的智能车锁，则在便利性和安全性上更胜一筹，它也是通过车牌号和二维码来匹配车辆，但它不需要用户输入密码，而是由云端服务器直接向单车发送开锁指令，单车收到指令后自动开锁，而且这种智能车锁配备了GPS定位系统，因此云端服务器可时刻监控车辆位置。

但是，现在市场上的共享单车智能车锁解决方案依然存在许多不足。第一，输入车牌号或者扫描二维码的方式都耗时较长，用户通常需要花费时间等待，体验不佳；第二，夜晚用车时，用户必须打开手机的手电筒功能进行照明，才能输入车牌号或扫描二维码，又增加了用户的操作复杂度；第三，如果车辆上的车牌号和二维码受到污损或遭人恶意损坏，那么该车辆将无法再投入使用。但是NFC智能车锁就能很好地解决这些问题，NFC是一种近距离非接触式的无线通信方式，它的工作频率为13.56MHz，通信距离只有0到20cm（实际产品大部分都在10cm以内）。具有NFC功能的电子设备通过简单触碰的方式就可以完成信息交换及内容与服务的访问。共享单车配备NFC智能锁后，用户通过NFC手机触碰NFC智能锁，即可完成开锁，方便快捷，稳定性高。

1.2国内外研究现状分析：

共享单车是中国所独有的创新产物。2018年1月31日，中国互联网络信息中心（CNNIC）公布了第41次《中国互联网络发展状况统计报告》。根据报告，截至2017年12月，共享单车用户规模突破2亿，并渗透到21个海外国家。目前，市面上的共享单车的车锁都是采用扫码开锁的方式，并未涉及NFC方式。但NFC技术目前已发展得较为成熟，随着智能手机逐步普及，越来越多的手机集成了NFC功能，特别是主流厂商如苹果、三星、索尼、HTC、诺基亚、联想、华为、中兴等的旗舰手机大都配置了NFC功能。另外，随着移动支付的兴起，央行在2012年发布了移动支付标准，NFC成为移动支付非接触支付的唯一技术手段。除了移动支付，NFC还可以用于快速文件传输，如在Android系统中的Android Beam及三星的S Beam上都用到了NFC技术。此外，NFC还在机场、公交、医疗、零售业等领域有着广阔的应用场景。如今，中国很多城市支持NFC手机刷公交卡。NFC的标准化组织也在和航空业组织制定NFC在机场的应用标准，登机牌、护照等信息都可以存放在NFC手机中，用户只需要刷手机就完成登机手续。所以，如果能够将NFC技术应用于共享单车的车锁上，将会大大便利人们的出行。

2. 研究的基本内容与方案

本次的研究内容主要为设计一款共享单车NFC智能锁，用户使用NFC手机触碰该智能锁，即可完成身份验证并开启车锁。为了设计和验证其功能，还需要为它的通信对象——NFC手机和云端服务器设计相对应的软件算法。本次设计的对象为共享单车智能锁的电子部分（包括共享单车NFC智能锁的电路设计、NFC手机上的软件算法设计和云端服务器的软件算法设计），而机械部分不在研究范围之内。共享单车NFC智能锁应具有操作便利、安全防盗和低功耗等特性。

（1）查阅相关资料，对比NFC的三种工作模式（读写器模式、卡模拟模式和点对点模式）的优缺点，确定共享单车NFC智能锁与NFC手机进行通信时手机端的NFC工作模式。若是选择卡模拟模式或点对点模式，则智能锁中要安装NFC模块，读取手机的卡模拟信号或与手机进行点对点通信；若是选择读写器模式，则智能锁中要嵌入NFC标签，标签中的信息可被手机读取。

（2）共享单车NFC智能锁采用单片机STC89C52RC为主控芯片，包含电源模块、NFC模块、无线通信模块和电子车锁模块。共享单车NFC智能锁工作时，电源模块负责给整个电路供电，NFC模块负责与用户的NFC手机进行通信，无线通信模块负责与云端服务器进行通信，NFC模块、无线通信模块和电子车锁模块由主控芯片控制，其工作原理图如图2.1所示。