【嵌入式实践】【芝麻】【设计篇-3】从0到1给电动车添加指纹锁：项目整体规划

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：https://gitee.com/sunkai64/zhima

1. 功能规划

芝麻项目最基本的功能诉求就是能够通过指纹模块来打开电动车，在使用过程中，要能够添加指纹和删除指纹，这样能够确保同一台电动车，可以给多个人使用。第2个功能就是把电动车的电瓶当做一个大的充电宝。第3个功能就是电动车能够自动关机。灵感就来源于地铁口一台忘记拔掉车钥匙的车主，还有外卖小哥。外卖小哥为了赶时间，在送上楼送外卖时一般都不会锁车，也不会拔掉钥匙，这个行为是基于对大家的信任做出的，大家也没有辜负这份信任。但是如果电动车能够在进入P档后，等待一段时间自动关机，那不更好了。

2. 硬件设计

除了绘制基于芯片的最小系统外，我们还需要绘制如下图中的几个关键原理图。电源电路，我的小电车是48V的电瓶，但是实际测量时电压会达到50+V，所以这部分电路器件选择就需要考虑50+V的工作电压，以防出现元器件损坏的场景。指纹模块电路，指纹模块需要比较稳定的电压，否则会影响其工作的准确性。继电器模块，通过调研，我选用的是5V控制的继电器，无法直接通过IO口控制，我设计了基于光耦隔离电路的继电器控制电路。按键模块，简单的IO口操作，只需要注意输入电流即可。P档输入识别，电路上同按键模块，无需添加特殊的电路。

3. 软件设计

软件设计的开展串在了硬件设计之后。如果需要尽早开展软件设计，那么至少需要先将硬件设计相关的接口定义好，才能基于已定义的接口编写程序。从下图的顺序也可以看到，软件设计时，我是先从最简的IO口控制开始调试，然后是继电器、指纹锁，最后才是产品的功能逻辑代码编写。

关于产品功能设计，我大致列了一下流程图，可以参考下图。不过值得一提的时，在开发产品功能前，我们需要对每个模块进行单独的测试，已保障在做功能设计时因为某个小模块问题增加为题定位时间。这部分测试就是开发者测试，DT。测试部分，除了DT之外，在功能初步设计完成之后还需要做系统测试，ST，这样就能保证在上车前尽可能多的排查出问题，减少后续问题定位成本。

4. 机械设计

本专栏【设计-2】项目可行性分析中已经给出了机械设计的整体规划，电动车控制部分和用户交互部分分离，这样电动车控制部分，也就是电路板的主体，可以放置到电车头当中，不需要设计独立的外壳。此时只需要考虑将用户交互的按键、拨码开关和指纹模块放置到一个独立的机械结构内就可以。

考虑到易用性，最终打算设计一个简洁的圆形结构，将按键和指纹模块固定在靠近电车把手的地方。除了将按键、指纹模块固定牢靠外，在设计时也需要考虑如果将电路板和电门锁、电路板和交互界面的接口做成可拔插的，这样就能在某部件出问题时，方便的拔插后修复。

5. 时间安排

因为都是一个人做，所以所有的事务都是按照串行执行的。硬件设计 -> 电路板制作 -> 元器件采购 -> 硬件测试 -> 软件设计 -> 软件测试 -> 机械设计 -> 机械结构测试 -> 视频制作 -> 视频宣传 -> 项目小结。同时在项目推进的过程中记录关键时间节点，最后好方便统计每个关键阶段花费了多少时间，这样做的好处就是，以后做项目的时候能够更好的估算时间成本。