共享单车的锁看似简单，却极有门道

　　共享单车核心技术大揭秘

　　我们针对智能硬件产品设计，提出了“三要素平衡”的理念，指的是在产品设计中，成本、需求、时间三个方面取一个平衡。成本要低、需求要满足、时间要尽快。可以有偏向性，但不能过于极端，极端了就会出现困难。

　　例如摩拜的产品成本数倍于ofo，摩拜就需要花掉数倍于ofo的推广费用。而如果ofo最开始按照摩拜的设计思路复制一遍，现在就不一定做的到齐头并进的局面，因为时间已经落后别人了。

　　共享单车的核心需求只有一个：收费骑车。分解下来，也只有两个点：开锁、找车。其他的需求和技术点，都是围绕着这两个最核心的需求来展开的。对于其他智能产品设计来讲，大家也应当抓住最最核心的需求，先满足核心需求，而不要被其他的次要需求扰乱了思路。

　　需求，要看是不是真的需求?有没有牺牲一些需求换取成本的方法?例如定位问题，有没有必要做到米级别的定位?是不是非得在产品上用GPS才能实现定位?其实条条大路通罗马，各种方式都可行，不同的运营思路下，采用的路线也会截然不同。

　　再看开锁，是不是真的需要开锁?现在已经有人剑走偏锋，抛弃了“开锁”这个概念，车辆不锁，你敢不付费骑走，他就一直呜哇呜哇的叫，让大家都盯着你这个小偷看。这就省去了锁体机械部分的成本，并减少了因为锁体年久失修导致的故障率。

　　甚至对于“收费”这两个字是不是真正的需求?有没有可能不收骑行费用，而是从其他的地方获利?例如把共享单车做成公益，或者做成广告平台等，并不是完全不可能。

　　因此在需求分析的时候，一定不能拘泥于字面意思，也不能束缚于常规，多想想，总是会想出来更好的办法的。于是，各个品牌衍生出了以下几种技术方案：

　　一、最便宜的：什么智能都没有的，肯定是最便宜的。例如ofo第一代、永安公共自行车。成本0-15块。

　　小黄单车简易密码锁

　　像ofo的第一代单车，只有一个密码锁，每个车子固定的密码、固定的ID号。手机扫码、上传服务器、服务器查找该车辆对应的密码、下发给手机APP，用户根据这个密码来解锁车辆。

　　至于定位，手机自己有位置信息嘛，你扫这辆车的时候，服务器就收到手机发送的车辆位置码了。只要车子还能被人看到，只要车架号和二维码不丢失，早晚都会有人去扫这辆车子的，服务器总归还是能知道车子在什么地方。至于被盗骑走的车辆，总归也会被人骑到马路上去，早晚也会被扫到的。

　　Ofo放弃了GPS定位、GPRS上报数据的“车辆主动定位”技术，转而通过极低的成本，利用“APP被动定位”，实现了车辆的大致定位的需求。

　　因为车辆价格低廉，ofo内部早就放弃了追回被盗车辆，权当做个广告了。ofo直接放弃掉了“追讨失窃车辆”这个需求。

　　政府合作型共享单车

　　而永安行和各地政府合作的公共自行车就更简单了，既没有锁，也没有电子追踪的设备，全部依靠地面锁车桩来实现。支付方式上，用类似公交卡的刷卡支付方式，连APP都不需要了。用户从锁车桩取车，再还回锁车桩，几乎不需要额外的户外维护人员。

　　永安行的设计模式，能够避免ofo和摩拜存在的问题：能够通过锁车桩实现廉价定位、能够线下吸纳押金且退押金概率非常低、几乎不存在自行车丢失的情况、不需要外派人员管理车辆、和各地政府合作方便等。

　　这种模式是最容易被各地方政策所认可的，但可惜被“破坏性思维”的共享单车给淹没了。人家可以卸一卡车自行车丢在路边，可你不能随便在马路上安装锁车桩呀。

　　同样的道理，讲到共享产品，大家完全没有必要上来就想上个电子锁，上个定位器，首先应当考虑，如果我只贴个二维码，能不能满足自己的需求?还是那个原则：不要为了突出技术领先性，为不需要的功能花冤枉钱。

　　比方说共享雨伞，雨伞还没有一把锁贵，肯定犯不着用电子锁，直接一块二维码解决了。再比如共享拖拉机，虽然价值高，但是得连车带司机一起“共享”过去，所以连二维码都可以不要，直接“共享司机”就好了。

　　共享雨伞扫码

　　二、伪智能的：简易智能锁。蓝牙模块或GPRS模块。如小鸣和ofo二代。成本30-50块。

　　小蓝车的简易锁

　　小鸣用的蓝牙锁，比纯机械锁高级一些，设计原理简单，花钱不多，但能够解决机械锁的最大的痛点：不可变密码。对于防止盗骑有明显作用。

　　这种蓝牙锁在其他领域如智能门锁上也有应用，其核心思维，是通过手机APP连接蓝牙锁，通过APP向锁发送密钥来解锁。对于不需要定位的场景非常合适。如果不发送密钥，用来发送解锁密码，然后手动解锁，也还是不错的。

　　蓝牙锁用的蓝牙都是蓝牙BLE，功耗极低，一颗2000mAh的一次性电池就够用好几年的了。非常适合不充电的短距离低频次数据交互的场景。

　　蓝牙锁框架设计图

　　BLE还有个优点，可以通过手机APP扫描周围的BLE设备，扫到之后上传给服务器，服务器就可以知道这个手机周边二三十米范围内有多少辆蓝牙锁的单车。就不需要像机械锁一样必须要要每辆车都打开相机扫一扫才能知道位置。只要蓝牙不坏，找车比机械锁容易多了。

　　讲到蓝牙BLE，可能会有人关心安全性问题。诚然，BLE空口传输的数据很容易被截获，但是如果是传输的加密信息，就不容易被破解了。因此很多家用智能锁也会用BLE来传输。

　　小黄车的智能锁进化

　　ofo二代用的是GPRS锁，设计原理比蓝牙锁略复杂。GPRS，就是传统的2G、GSM网络，覆盖范围非常广。使用GPRS，可以随时和锁之间通信。缺点是：一、费电，待机耗电量比BLE大3个数量级。二、贵，需要配sim卡，sim卡还有资费，每个月都要花钱。

　　GPRS锁能做的功能很多，不过ofo二代可能出于“看起来像智能锁”、“省电”、“省流量费”、“解锁更快速”、“电源稳定性更高”这几条原因，只通过GPRS来更新密码数据。让我们来解析一下其设计思路：

　　GPRS锁框架设计图

　　二代ofo电子锁只用了一颗2000mAh左右的一次性锂锰电池，锂锰电池高低温特性远好于可充电锂电池，前者是-40℃-+85℃，后者是“0℃-35℃”。如果是军工级的锂电池，高低温使用温度可以拓宽各20度，但还是比不上锂锰电池。

　　用了可充电电池，就需要配备充电电路，不管是摩拜一代的花鼓发电机，还是二代的太阳能充电板，那都是赤裸裸的成本啊，至少几十块钱。对于锂电池来讲，不管是什么级别的锂电池，都很难做到0度以下的低温充电，就导致了摩拜如果投放到东北去，因为电池无法在零下二三十度的室外充电，冬天肯定挂掉。不过摩拜可能会觉得，零下二三十度谁还骑自行车啊。

　　不过锂锰电池虽好用，但是是一次性的呀，如果任由GPRS连上网络，也就1000小时就没电了，ofo就要满大街去换电池去了。所以ofo二代的做法，能且只能是用超低功耗单片机作为主控，平时把GPRS模块的电断掉，设置一个定时器，定期打开GPRS模块，连上网络，获取新密码。因此ofo的锁被笑称为“哑终端”，平时都是哑巴，偶尔才发一声。

　　为了保证电池没那么容易把电耗完，更新密码的时间还需要设置的比较长。按照一天更新一次来计算，理论可以使用2年以上。(计算方法：每24小时运行30秒，200mA电流，折合平均工作电流0.07mA，算上其他杂七杂八的，最多不超过0.1mA。2000mAh电池可以使用20000小时，约2.2年。)

　　实际使用的时候，可以每次从服务器更新密码的时候，顺带着把电池电量发回去，下次维护车辆的时候，就可以换一节电池了。

　　联网次数少的时候，流量费也非常低，ofo使用的应该是按照总流量池来计费，几百万张卡共用一个流量池，这样可以把平均资费降的很低，远远利于2-5块每月的普通物联网卡的价格。

　　开锁快，也是这种方案的连带优势，因为密码存储在本机MCU单片机中，不需要联网认证，所以可以输入密码即开锁，不用像摩拜一样稍等片刻。

　　ofo的锁体成本，比摩拜的带充电带GPS的锁体至少可以便宜30%，再加之没有发电充电或太阳能充电器，总电路成本比摩拜便宜至少一半以上，节约的钱都可以买大半辆自行车了。这也充分体现了ofo以低成本大批量铺货来取胜的运营思路。

　　三、最贵的：真智能锁。

　　GPS定位+GPRS。如摩拜全系列。成本150-200块。Bluegogo用的是单芯片集成化方案，比摩拜便宜一些，但也要100-150左右。

　　案例解析

　　摩拜单车，向来都是走最贵的高逼格路线，车辆重新设计，电子系统也是最高级的。摩拜早期官方称车辆2000块，锁200块，如果算上研发费分摊的话，这个价格并不过分。

　　摩拜智能锁框架设计图

　　摩拜单车采用STM32单片机作为主控芯片，外挂GPRS模块，这是典型的GPRS网络工业应用的做法。相对集成化单芯片的稳定度更高，高低温性能好，生产也简单，只有一个缺点：贵。

　　摩拜为了让用户能够随时找到单车，选择了让单车实时在线的方式。光是GPRS模块在网待机至少就要消耗2-3mA的电流。再算上其他外设和心跳包的时间、锂电池自放电的时间，5000mAh的电池最多也就用一个月。所以摩拜必须要给单车充电才行。

　　于是第一代摩拜沉重的踏感，很大一个层面来自于发电机。一边骑车一边发电给单车充电，为大家所诟病。虽然ofo的坏车率很高，但人家骑着轻松啊。如果没啥选的，重一点就算了，关键有了对比了，骑车人就喜欢挑轻松的来骑。

　　后面摩拜改进了一下，加装了一个车筐，框里带一块太阳能充电板，花了不少钱，解决了骑起来那么费劲的问题。不过太阳能充电板变成了小广告张贴区，一大张广告贴上去，太阳能充电立马失效。这个弊病估计是设计师也始料未及的吧。

　　做过网络的都知道，终端如果不和服务器建立长连接，服务器就不能主动给终端发数据。在GPRS网络中，基站的资源是有限的，即使服务器和基站建立了长连接，也维持不了多久，最多十来分钟就会被基站把连接关闭掉。因此GPRS网络和服务器建立长连接之后，还需要每个10分钟左右发送一个心跳包。如果没有心跳包或者网络不好，就导致客户不能直接联系上单车了，直接通过GPRS网络发送解锁指令就不能正常工作了。

　　因此早期的摩拜为了避免网络问题，除了减小心跳包的间隔之外，主要是通过短信来解锁的。只要GPRS模块注册在网络上，就一定能收到短信息，速度大约7-10秒钟。虽然不快，但是至少能保证开锁。不过短信是要花钱的，以摩拜的短信发送量，也要几分钱一条，累积起来这个费用也是很可怕的。

　　摩拜最新一代为了解决GPRS速度慢且不稳定、短信速度慢还贵的问题，加入了BLE模块，手机APP可以直接把密钥下载下来通过BLE发送给车辆来解锁，这个密钥走的是手机4G网络，速度就非常快了，1-2秒就搞定了。

　　Bluegogo的实现方案和摩拜原理上是一样的，但是采用了集成度更高的单芯片物联网解决方案。这类方案主要是一些手机芯片厂商推出，例如MTK的MT2503、RDA的8955等芯片，芯片内置了MCU、GPRS、GPS、蓝牙、电源管理等部分，相当于把摩拜的那一套芯片，都放在了一颗芯片里面。

　　集成化方案的开发难度和生产难度比摩拜的分立式芯片方案要略高，但是成本要便宜一些，体积要小很多，在很多共享产品、物联网产品上，也逐渐成为了趋势。

　　现在的很多共享单车品牌，采用物联网sim卡，是实物的sim卡，后续也会逐渐变成ESIM，电子版的sim卡，就不需要sim卡的实物了，成本更低，更稳定一些。

　　ofo在市场铺完了之后，逐步开始设计了少量的“形象工程”产品了，紧跟时代潮流，把GSM模块换成了最新的NB-IOT模块。NB-IOT模块的持续连接功耗比GPRS小的多了，但是如果依旧采用休眠唤醒的方式时，功耗没有明显的差别。

　　NB-IOT的模块的价格，现在依然比GPRS模块要贵几倍。不过现在运营商对NB-IOT的产品普遍有二三十块钱每台的补贴政策，适当有助于NB-IOT的快速推广。对于ofo这样的产品使用NB-IOT，我们更有理由认为，形象作用大于实际作用。

　　总结

　　共享产品、物联网产品，联网方式和工作方式多种多样，各有优劣。哪个高级哪个落后并没有关系，要根据应用场景和营销模式来选择最适合自己的方式。