公共自行车智能控制系统设计

邹全等

摘要：公共自行车智能控制系统能实现自行车的无人化、智能化管理，应用和推广城市自行车系统，充分发挥其综合优势，对改善城市居民出行，减缓城市交通拥挤状况，促进城市交通可持续发展有着重要意义。介绍了公共自行车智能控制系统的基本组成、实现功能及其系统架构，并对系统中的总部管理中心、城市管理中心、租赁网点进行了介绍。实际应用表明，该系统具有较好的稳定性和实用性。

关键词：公共自行车租赁系统；智能控制系统；系统架构；电子标签

DOIDOI：10.11907/rjdk.143596

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2015）001012302

0 引言

在城市或者某些区域，隔一定距离规划出一些停放自行车的点（比如地铁出口、社区大门口等），这些停放自行车的点通过智能控制系统管理自行车，实现自行车的无人化、智能化管理。通过公共自行车租赁，可以提高城市自行车使用效率，缓解公共交通压力，并能减少汽车尾气排放，实现低碳生活，绿色出行[1]。这对改善城市居民的出行状况，减缓城市交通拥挤，促进城市交通可持续发展有着十分重要的意义[2]。

1 公共自行车智能控制系统基本组成

该系统组成是由发卡管理软件及电脑、无线通讯控制器（ES5184）、自行车读卡控制器（ES5194）、带电子标签的自行车和电子感应卡，也称为租车卡（用IBike表示）组成。完全实现租车还车的无人管理，租车时只要在自行车读卡控制器上读一下感应卡，听到语音提示后即可取车；还车时只要把自行车放入指定位置再读卡，听到语言提示后即完成还车。

2 公共自行车智能控制系统基本功能

公共自行车智能控制系统具有如下基本功能：①电子感应卡可以在任意租赁站点进行租车或者还车，各站点无需人工管理，真正实现智能化的本地租车和异地还车；②租车和还车信息会及时通过管理软件进行数据更新和存储；③通过管理软件可以实时监控各个租赁点的车辆借还状态，以便对各个站点进行控制及协调；④在制卡时将一些限制的条件写入卡中，如免费租车时间一到，系统就自动发送短信提醒还车；⑤每个车桩带有语音提示，方便了租赁者的借车和还车操作；⑥通过管理软件可以自动显示各租车点的故障，并报警。

3 系统架构

系统由总部管理中心、城市管理中心及租赁服务网点三级结构组成。总部与城市中心之间采用Internet进行通讯，分部与各租赁点通过GPRS的TCP/IP业务进行联网。这样既能实现联网工作，各部分又都可以脱机独立工作，所有数据都采用本地缓存联机更新，可提高计算机的工作效率。系统拓扑结构如图1所示。

3.1 总部管理中心

总部管理中心具有最高权限，通过Internet能对各城市管理站的数据进行管理、维护和监控。

3.2 城市管理中心

城市管理中心通过互联网与总部进行通讯。考虑到车棚所在位置的不确定性，该系统使用中国移动的GPRS无线网络与各租赁点进行通讯，实时发送会员卡的黑白名单以及自行车的借还信息。城市各部分属于独立运营机构并不依赖总部的数据库运行，所有本地的会员卡、车辆、车棚信息都保存在分部的数据库服务器，自成系统运行。城市管理中心数据通过互联网与总部管理中心定时或实时上传下载数据。

3.3 自行车租赁站点

自行车租赁站点是由一无线通讯控制器ES5184和若干自行车桩组成。自行车租赁站点和无线通信外壳分别如图2、图3所示。

图1 系统拓扑结构

图2 自行车租赁站点 图3 无线通信外壳

无线通讯控制器由控制板、密码键盘、LCD显示器、电源转换器以及后备电源组成，供电电源为交流220V。

每个租赁站点的无线通讯控制器ES5184将每次租车的IBike卡号、自行车电子编号、借还时间实时发送给管理中心电脑。ES5184控制器采用串行通讯方式， 与自行车读卡控制器ES5194进行通讯，一个ES5184最多可以带64个ES5194。基本实现一个站点只需一个无线通讯控制器。无线通讯控制器通过GPRS无线通讯方式与管理中心进行数据交换。无线通讯控制器除了上述功能外也可以接受管理中心的短信密码，一旦键盘输入密码与短信密码一致，LCD液晶显示屏提示会员到几号自行车控制器去取车。无线通讯控制器每小时自检一次，将设备状况、环境温度等检测信息发送到管理中心的服务器上。无线通讯控制器ES5184被安装于一个封闭的箱体内以达到防水、防尘的目的。主要参数如下：供电电源： 220V*0.5A；重量：10kg；后备电源：断电情况下支持6小时。

3.4 自行车读卡控制器

自行车读卡控制器ES5194是由两个读卡器和控制模块及一个电控锁组成。它通过RS485通讯口将会员卡号或自行车电子编号发送给无线通讯控制器ES5184。租车时自行车控制器ES5194的IBike卡读卡器读到正确的卡号时发送指令给CPU，CPU随即打开电锁。当自行车推出后ES5184立即将IBike卡号和自行车电子编号以及租车时间自动发送给无线通讯控制器实现租赁手续，如图4所示。

图4 无线控制器和读卡控制器

当租赁者把自行车放回到任一租赁站点的车桩位置（即自行车定位器插入到自行车读卡控制器），ES51941的自行车读卡器自动将自行车的编号通过无线通讯控制器传回到管理系统，管理系统自动显示还车成功。

读卡控制器外观采用玻璃钢结构件，内置塑料内衬。内部的塑料内衬可以起到保护电子线路和防水保温的作用。读卡控制器的控制板连接2个读卡头。1个读头安装于读卡器的面板上用于读取IBIKE卡号，当刷卡时读卡器上的绿色指示灯会亮，会有提示音，这时电控锁解锁，租赁者就可以取出自行车使用了。另1个读头安装于读卡控制器的内部，用于读取自行车电子标签号码，一旦读到有效的电子标签时，电控锁即刻锁住自行车，控制器面板上的绿色指示灯点亮，也会有提示音提示，表明还车成功。

ES51942的自行车读卡器（简称为车桩）带有语音提示功能，方便租赁者的借车和还车。

3.5 会员卡和自行车电子标签

该系统中自行车的电子标签和IBike卡均采用感应IC卡，可靠性高、抗干扰性能强，并且采用了二次加密技术，安全性好。

4 结语

实验和实际应用表明，该系统具有较好的稳定性和实用性，能实现自行车的无人化、智能化管理，达到了预期的设计要求和目标，具有广阔的应用前景[3]。随着应用的不断深入，该系统也会有许多待改进和完善之处。