基于移动互联技术的公共自行车租赁系统设计

莫娇 廖斌 徐少波 张涛 王洪辉

摘 要：針对现有城市公共自行车租赁系统无法实时获取公共自行车租赁站点的位置、可借数量、剩余车位等信息的问题，设计基于移动互联技术的城市公共自行车租赁系统。该系统由硬件系统（信息采集节点、管理基站）和软件系统（Web数据管理平台、Android智能移动终端）组成。信息采集节点的RFID刷卡器采集各停车位信息后，利用nRF近距离无线数据传输技术将信息发送至管理基站，并通过HTTP网络传输至Web数据管理平台；Web数据管理平台实现数据的查询、存储和更新，最后响应Android智能移动终端的请求，实现各站点相关信息的在线查询。系统具有环保、便捷、操作简单等特点，并且能推广到机动车公共停车场、新能源机动车充电站等领域，具有较高的实用价值。

关键词：公共自行车；移动互联；站点信息；Android智能移动终端

公共自行车在国外已很普及，在国内也越来越受到追捧[1]，全国多地已建成公共自行车租赁系统，为市民的短距离出行带来方便[2]。但现有公共自行车依然存在诸多弊端和不足，如：市民无法实时获取公共自行车租赁点的位置、可借车辆数量、剩余车位数量等信息，导致市民不清楚距离自己最近的租赁点有哪些？该租赁点是否有车可用？该租赁点是否有剩余车位？这些因素某种程度上降低了城市公共自行车系统的运行效率，制约了城市绿色出行的发展，不利于市民出行[3]。基于此，设计开发一套基于移动互联技术的城市公共自行车系统，供用户实时查询各站点基本信息，以改善目前的公共自行车资源未能充分利用的情况。

1 总体方案设计

基于移动互联技术的自行车租赁系统主要由两个部分组成：硬件系统和软件系统。其中硬件系统包括采集节点和管理基站。软件系统包括Web数据管理平台和Android智能移动终端。系统总体设计如图1所示。

图1 系统总体框图

RFID刷卡器采集自行车租赁点现场硬件设备的实时数据，通过无线近距离数据传输技术将各个停车位的信息以特定数据编码格式发送至管理基站，管理基站接收来自无线数据传输模块的数据并通过基于超文本传输协议（HTTP）的GPRS网络通讯方式将所有站点的信息发送到Web数据管理平台。Web数据管理平台管理接收到的数据信息，通过数据服务器对采集到的信息进行转换译码处理，响应来自Android智能移动终端的请求。最终用户可通过Android智能移动终端实时访问Web数据管理服务器，实现各站点基本信息的在线查询。

2 硬件系统设计

租赁系统的硬件设计采用RFID射频识别技术，利用nRF近距离无线数据传输技术和GPRS网络技术，实现设备端与站点的移动互联。

2.1 采集节点

设计中选用射频读写模块，其核心由RC522射频控制芯片构成。射频读写模块在用户刷卡后，读取射频卡序列号，并回送给单片机进行二次处理，以特定的编码格式进行编码。单片机对站点信息的基本编码格式：编码识别特定起始符（Message=BikeD），射频卡序列号，对应站点，停车位，停车位状态等信息。

2.2 管理基站

对租赁站点信息的汇集采用nRF无线短距离传输技术，该技术不能实现与远程服务器的通信。因此，需要设计一种既能收集租赁站点信息又能实现远距离通信的设备，即管理基站。管理基站由nRF接收模块、主控MCU、GPRS模块组成。如图2所示。

nRF数据接收模块采用433MHz 低功耗WLK02F95模块，数据传输稳定，模块平时处于休眠等待状态，一旦收到数据，就把收到的数据通过UART输出，这时用单片机的中断接收函数把数据读取存储。主控MCU使用低功耗的工业级SOC-C8051F530[4]，它的一个串口控制nRF接收模块，另外一个串口控制GPRS模块。当单片机接收串口收到nRF模块的数据时，先进行数据解码、存储及再编码，最后发送串口控制GPRS模块发送数据。GPRS模块使用Quectel M72-D双频GSM/GPRS模块。该模块给用户提供标准的AT命令接口，开发简便。系统数据发送部分，由C8051F530单片机输出TTL电平信号，经GSM模块控制电路处理，实现对GSM模块的启动、关闭控制，单片机通过串口将AT命令发送给GSM模块，再由发送天线将采集数据发送到Web数据管理平台。

3 软件系统设计

租赁系统的软件设计采用典型的C/S（客户端/服务器）模式，利用Web技术和Android平台软件开发技术，结合数据库开发技术，实现软件端与站点的移动互联。

3.1 Web数据管理平台设计

Web数据管理平台是移动互联技术服务器端的实现，其核心是数据库的设计，数据库结构模块主要采用MySQL数据库为基础，以其为Java语言提供的API操作数据库，包括结构修改以及数据查询、存储和更新[5]。整个平台的工作流程如图3所示，包含三个并发请求过程：硬件系统、Android智能移动终端以及浏览器的请求。其中，Web平台的响应主要由三个过程组成：完成Tomcat配置和网络的配置，主要包括端口、html超文本资源、servlet以及JSP动态资源的配置等；网络连通后，Web平台等待并响应来自硬件发送数据的请求和Android客户端访问数据的请求；对于从租赁站点管理基站发送的数据信息，首先在Servlet中进行解码，然后依据数据库字条顺序将数据存入数据库相应位置。

3.2 Android智能移动终端设计

Android智能移动终端主要指运行在Android系统的手机应用软件，是移动互联技术软件终端的实现。对于从手机客户端APP发送的请求信息，servlet直接响应，根据用户的不同请求在数据库中查找相应数据，最后通过HTTP网络以JSON的数据格式发送到手机终端，解码后以地图标记模式和表格形式显示所需数据[6]。

4 测试结果

为了验证设计的合理性与可靠性，选择成都市自行车租赁站点进行系统性能测试。测试时，首先安装设备仪器并进行刷卡操作，模拟借/还车状态，然后打开Android智能移动终端，刷新界面，当得到服务器的确认后，手机端将会得到最新的车位基本信息，效果如图4所示。经多次测试，系统运行良好，用户能及时正确的查询各租赁站点车位的基本信息。

5 结束语

文章提出了基于移动互联技术的城市公共自行车租赁系统设计方案，一定程度上解决了当前市民无法实时获取公共自行车租赁点的位置、可借车辆数量、剩余车位数量等信息的难题。系统具有环保、便捷、操作简单等特点，便于市民使用，其应用范围还可推广至其他相关领域，如机动车公共停车场、新能源机动车充电站等。

参考文献

[1]王志高，孔 ，谢建华，等. 欧洲第三代公共自行车系统案例及启示[J].城市交通，2009，7（4）：27-29.

[2]周东.我国公共自行车发展现状与趋势[J].行家论坛，2012：52-55.

[3]李淦.公共自行车想借时难还亦难[OL].[2011-09-06]

http：//www.citygf.com/FSNews/FS_002005/201109/t20110906_2172046.html.

[4]潘琢金，施国君.C8051F高速SOC单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[5]Chen Yaofei，Chen Huantong，Ni Yinghua. Application of ADOX in SQL Server Skill Assessment. Environmental Sciences and Engineering，2011，1263-1268.

[6]柳婷.基于Android手机地图服务系统的设计与实现[M].北京：北京邮电大学，2013.