公共自行车系统设计与实现

公共自行车系统设计与实现

1.设计目标

通过先进的智能技术，实现自行车的自动租借、异地还车、用户和车辆管理、租借点无人管理等，在保障用户借还自行车的方便性、快捷性、安全性得同时，采用更合理的方案以节约成本，提高系统的性价比。

2.系统结构

本文所设计的系统由管理中心、租借点主控制器、车位分控制器的三层结构组成。如下图所示，首先，管理中心的中央管理系统可以实现用户信息管理、车辆监控、报表生成等功能，并且通过GPRS网络实现与个租借点的实时通信，以完成系统数据库的同步。再者，各个租借点控制层包括主控制器、刷卡终端、电源（开关电源、备用电源）等，目的是实现整个租借点的车位和车辆管理。最后，车位分控制层包括自行车、电子锁、车身电子标签读头等，主控层与分控层之间通过RS485通信。

下面对其中的关键技术点进行介绍：

（1）主控制器：对租借点的车位控制器、GPRS等外设进行控制，完成管理中心的数据同步；

（2）GPRS模块：使用GPRS无线网络实现中央管理系统与各租借点间的通讯；

（3）车位分控制器：对刷卡信息、电子锁锁止信息、自行车检测信息进行处理；

（4）电子锁：在系统确认用户有效刷卡后，车位控制器向电子锁发送开锁指令，电子锁打开，用户可自行取车；还车时，将车身上锁扣推入电子锁锁槽，电子锁将车锁死；

（5）读卡器：每个车位各一个，用户借还自行车上在上面刷卡，具有读写功能；

（6）识别器：通过车身电子标签检测车位是否有车，有哪辆车，保障了租借卡与自行车的正确绑定；

（7）电源：用于给主控制器、车位控制器等供电。

3.工作原理和流程

本系统旨在应用先进的计算机、通信技术，实现对自行车租借点的智能化管理，所以下面从用户的角度来推演系统工作的具体流程。

（1）办理租借卡：用户凭相关证件和押金，到指定地点填写申请表，办理租借卡；

（2）租借点借车：用户持租借卡可以到任意租借点刷卡借车，借车具体过程如下：

1.在租借点主控制面板刷卡，刷卡有效后，主控制器向卡内写入借卡时间和车辆信息，取车指示灯亮，提示用户到指定车位取车；

2.系统延迟5秒开车位锁，同时将刷卡信息和开锁信息发送到管理中心，系统绑定租借卡和车辆信息。由于中间有一定的时间间隔，可以保障分控制器RS485的轮询通信时间，即时多人刷卡也不会发生冲突；

3.用户在系统提示的指定车位可以提取车辆，开始使用；

（3）（另一）租借点还车：用户可就近到任意租借点还车，还车具体过程如下：

1.将需还车辆推入空车位，将车身上的锁芯推入支架上的电子锁锁孔，电子锁自动锁住自行车；

2.车位处的读头检测自行车上的电子标签，将信息传送到管理中心，管理中心核算用户的借车时间和费用，更新数据库；

3.用户在主控制面板刷卡，系统自动扣除相关费用，此时还车完成。

4.系统功能

根据以上的工作流程，可以设计系统应具备的基本功能：

（1）刷卡借还：用户可以在任意租借点刷卡借车还车，并且允许异地还车；

（2）实时通信：租借点采集的租车换车信息可以实时发送到管理中心，管理中心可以在秒级以下的时间内刷新数据库，并将修改的数据实时发送到各租借点；

（3）语音提示：对用户的操作进行相关语音提示，如“取车成功”、“祝您一路顺风”、“换车成功”、“谢谢使用”等，以方便用户确认操作是否完成；

（4）阈值报警：对车辆将满或车辆过少的情况设置阈值（如20%以下和80%以上），当超过阈值时，提醒管理中心，以方便车辆动态调度；

（5）客户黑名单：实行一卡一车制，当卡不符合租借条件时，将其列入黑名单，发送到每个租借点的控制器，使该卡刷卡无效；

（6）脱机功能：当网络出现故障时，各租借点仍然可以进行车辆借还，当网络恢复时，再将信息发送至管理中心；

（7）车辆报失：对于在设置天数内（比如3天）未还的车辆进行报失，以便于车辆管理；

（8）故障报警：在各租借点设置故障报警按钮，当用户发现故障时，可以按按钮报警，相关人员在规定时间内赶到现场进行故障排除；

（9）车辆实时跟踪：能够实时跟踪自行车何时何地被何人借出或归还，并可以根据自

行车的动态流向实时调度；

（10）数据报表：根据需求，设置打印数据报表，方便管理和统计。

5.系统组成

本系统不要包括软件部分和硬件部分，软件包括中央管理和控制系统、通信嵌入式软件，硬件包括服务器、主控制器、车位控制器、发卡器、GPRS模块、电子锁、电子标签、读卡器、自行车、电源等。下面对软件和硬件部分做详细的介绍。

5.1软件部分

软件部分主要就是中央管理系统，实现对租借点自行车、电子锁、借还情况的监督和管理，该系统又可分为以下几个子系统：

（1）租借卡管理系统：管理中心对租借卡统一加密定制，系统能够对非诚信用户设置黑名单；

（2）自行车管理系统：对每辆自行车制作特定的车身电子标签，需要中央管理系统进行加密授权后发放，可以在中央管理系统中查看任意自行车的状态；

（3）租借信息管理系统：主控制器将用户的租借卡和所借的自行车进行绑定，并及时将数据上传到管理中心，便于管理者对各租借点车辆出租情况进行监控。可用于提醒租借超时的用户还车，还可以设置空位阈值报警，在车位太少或太多时报警，方便管理者进行车辆调配；（4）用户诚信积分管理系统：建立用户诚信积分制度，对于违反守则的用户给予一定的积分惩罚。

除此之外，软件还包括主控制器中用于完成控制功能的嵌入式程序以及通讯协议程序等。

5.2硬件部分

硬件部分主要是介绍本系统中用以实现功能的核心硬件：

（1）主控制器：对租借点的电子锁、读卡器、GPRS等外设进行控制，对刷卡信息、电子锁锁止信号、自行车检测信号进行处理，向外设发出相应的控制信号，同时完成在管理中心的数据同步，还要求主控制器有一定的容量，以存储用户黑名单和脱机状态下的数据暂存；

（2）GPRS模块：使用GPRS无线网络实现中央管理系统与各租借点间的通讯；

（3）电子锁：在系统确认用户有效刷卡后，车位控制器向电子锁发送开锁指令，电子锁打开，用户可自行取车；还车时，将车身上锁扣推入电子锁锁槽，电子锁将车锁死；

（4）租借卡读卡器：每个车位各一个，用户借还自行车上在上面刷卡，具有读写功能；

（5）车位控制器：通过在车位加装识别器，以检测车位是否有车，有哪辆车，保障租借卡与自行车的正确绑定；

（6）自行车：采用特制的、非标准自行车用于租借系统，以区别于现有的普通自行车；

（7）电源：用于给主控制器、电子锁、读卡器、识别器等提供点源。

6.总结

本文所介绍的公共自行车租借系统通过采用先进的“物联网”技术，可以实现真正的“无人化”管理。虽然与现在流行的共享单车相比，不能做到随时随地的借车和还车，方便性不如共享单车，但是正是由于租借点的存在，自行车停放秩序的管理难度相比共享单车小很多（共享单车的停放秩序仍然需要雇佣专门的工作人员进行管理，而本文所介绍的公共自行车系统只要用户在指定车位还车即可保证秩序）。