电动自行车自助服务终端系统的设计与实现

晏 婷，黄 俊

（重庆邮电大学 信号与信息处理重庆市重点实验室，重庆 400065）

电动自行车自助服务终端系统的设计与实现

晏 婷，黄 俊

（重庆邮电大学 信号与信息处理重庆市重点实验室，重庆 400065）

在城市交通日益拥挤的今天，大力发展公共交通即可大大减轻交通压力，城市公共电动自行车租赁应运而生。在分析比较第三代公共自行车系统的基础上，结合电动自行车的特点，提出了一种公共电动自行车自助服务终端的设计方案，重点介绍了嵌入式Linux操作系统下的软件功能的设计，并给出了系统软件设计的整体流程图。实验结果表明，系统工作稳定可靠，能够满足租车还车和电子商务信息播放的基本需求，具有很好的工程意义和市场价值。

电动自行车；租赁；CAN

近年来，为减轻交通压力、降低环境污染，同时为解决“最后一公里”问题，提出了一种新的解决方法，即公共自行车服务，国内许多城市的推行试点使得公共自行车得到了快速发展[1]。为最大限度地使公共自行车系统有效运行，缓解交通压力，避免公共自行车系统陷入“租车难、还车难”，部分站点瘫痪荒废的情况，公共自行车自助服务终端系统作为公共自行车系统的重要部分起着关键性作用。

本系统根据用户公交出行实际需求，采用Cortex A8、CAN总线和RFID等结构硬件平台，克服了其他公共自行车自助服务终端的缺陷。本文对公共自行车租赁系统的软件和硬件设计进行了详细分析和介绍，分析了租赁站点和管理中心之间的信息交互，为车辆的信息化管理打造了一个人性化、智能化的绿色解决方案。

1 总体架构

公共电动自行车租赁系统由多个租赁站点和一个管理中心（服务器）组成。租赁站点设置在城市人流量较大的位置，方便用户租还车，每个租赁站点都有一个自助服务终端和若干停车器，自助服务终端负责该租赁站点的管理工作，实现了系统的智能化；停车器负责用户租车、还车时IC卡信息的获取和电动车锁的开关。系统结构如图1所示。

自助服务终端的核心控制器采用高性能、高功效的Cor⁃tex-A8架构的微处理器，控制网络接口与控制中心通信，实现信息的传递；同时，通过CAN总线接收以51单片机为主控芯片的停车器发送的车辆识别卡数据，实现用户信息和车辆信息的采集。其中，网络接口采用RJ-45网络接口与GPRS无线通信相结合，保证网络的畅通性；停车器通过RFID读写模块获取数据[2]。

图1 租赁系统结构图

2 自助服务终端硬件设计

自助服务终端硬件核心处理器采用S5PV210，该处理器有强大的硬件编解码功能，可以更快解码更高质量的图像和视频，实现广告播放功能。此外，S5PV210还配备CAN-BUS通信模块、以太网接口、GPRS模块、RJ-45网络接口模块、LCD显示模块、键盘模块。核心处理器S5PV210的外设接口有RS-232串口、USB接口等，分别用于复制存储器数据到设备、安装适配器驱动；LCD屏和键盘主要提供与用户的交互服务，可以在自助服务终端上管理用户个人信息和查询相关信息，实现人机交互。如图2为自助服务终端的硬件结构图。

图2 自助服务终端整体框图

2.1 处理器S5PV210模块设计

S5PV210是整个系统的核心处理器，其功能是对各个硬件部分进行初始化、控制及管理。本文根据需求分析，选用Samsung Cortex-A8 S5PV210芯片为自助服务终端处理器芯片，同时内存选择1 Gbyte的DDR2、1 Gbyte的SLC Flash、最大可扩展至32 Gbyte的Micro SD卡等容量大的存储器。

处理器运行最大频率可达1 GHz，处理器内部为64/32位总线结构，32/32 kbyte一级缓存，512 kbyte二级缓存。系统采用嵌入式Linux，可满足实际的运行需求。实现了终端的低成本、低功耗、高性能。结构框图如图3所示。

图3 硬件结构框图

2.2 通信模块的设计

2.2.1 CAN-BUS通信模块

CAN-BUS模块负责自助服务终端与停车器间的通信，系统采用MCP2515和TJA1050芯片，实现了将读卡器采集到的数据传输到自助服务终端。模块具有以下特征：1）支持CAN2.0B协议；2）最高可达1 Mbit/s的通信速率（本系统根据距离要求选用125 kbit/s）；3）16 MHz晶振，典型应用；4）SPI接口控制，可满足一个SPI主机接口扩展多路CAN总线接口的需要；5）控制接口仅需要5个I/O口，节省处理器资源[3]。

2.2.2 通信模块

通信模块负责自助服务终端与管理中心的通信，为满足网络的畅通性，该模块采用RJ-45网络接口与GPRS无线通信相结合。网卡芯片采用DM9000AEP，网口内部集成变压器，配置正确后即可上网。为了使GPRS模块数据通信可靠有效，选择SIM Com公司的SIM900A作为GPRS模块的核心芯片，SIM900A内置TCP/IP和PPP协议。免去了移植TCP/IP协议的麻烦，直接就可与服务器建立连接、进行数据交互。采用串行通信的方式与处理器芯片进行数据传输，使得通信简单可靠、实时性强，且控制简单。

2.3 信息交互

系统提供的车辆识别卡为M1卡，每个自行车均带有车辆识别卡（IC卡），识别卡用于存储车辆身份标识；通过停车器RFID识别模块可读取卡号，实现车辆的认证。RFID模块采用13.56 MHz MFRC522高度集成的非接触式读卡芯片，系统采用SPI接口控制此模块。MFRC522的内部发送器可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信。

3 自助服务终端软件设计

自助服务终端采用Cortex-A8架构、功能强大的S5PV210处理器，可以支持多个嵌入式操作系统。本系统设计采用嵌入式Linux系统，下面主要介绍使用Qt开发嵌入式Linux应用程序的过程。自助服务终端的软件设计主要包括停车器与自助服务终端间的CAN总线通信、自助服务终端界面显示。系统软件结构图如图4所示。

图4 系统软件结构图

自助服务终端主要有4个功能：用户管理、车辆管理、站点管理和通信管理。系统软件的整体流程图如图5所示。

图5 系统流程图

由图5可知，自助服务终端随时监听CAN的中断信息，当有中断信息，自助服务终端就会根据所发信息的标志位判断信息类型，从而做出相应的处理和数据库的更新。自助服务终端完成U-boot和Linux在S5PV210平台上的板级移植以及Yaffs根文件系统和嵌入式GUI的移植。在完成软硬件平台的基础上，实现基于Linux的设备驱动程序和应用程序设计。其中应用程序采用QT进行设计，图像系统采用QT-4.5，开 发 环 境 为 QtCreator2.4.1，交 叉 编 译 器 采 用arm-linux-gcc-4.4.6，Linux内核版本为Linux2.6.35。

3.1 车辆管理

车辆管理的主要功能是车辆信息的采集和实现租还车。通过停车器RFID模块读取车辆信息并通过CAN总线发送到自助服务终端。车辆信息采集包括车辆的ID、电量信息、故障信息和位置信息。自助服务终端能将损坏车辆及时报告给控制中心，及时维修，减小车辆的损害，从而延长车辆的使用寿命；也方便在用户租车时，提供车辆状况良好的车辆，停车器还具备语音播放功能给用户语音提示，辅助用户操作。

租车流程如图6所示，用户在停有电量充足的电动自行车的停车器处刷卡，停车器控制端通过CAN总线将用户信息发送到自助服务终端，自助服务终端向服务器请求数据，判断该用户是否有租车权限，若有权限租车，就发送解锁停车器的命令，若用户在规定时间内，推走车辆，则租车成功，记录用户卡号和车辆ID，否则租车失败。系统实现无卡还车，用户只需要将车辆推入停车器，根据车辆ID，系统可根据车辆ID找到对应的用户卡号，扣除相应的费用，极大地简化了用户的还车过程，提高了效率。

图6 租车流程图

3.2 站点管理

站点管理主要包括租赁站点参数和停车器参数设置，每个租赁站点都有一键启用功能，可以在紧急情况通过管理中心发送命令控制站点的只还不借、停止服务和部分停车器停止使用等。

3.3 租赁点与管理中心数据通信

租赁站点与监管中心的数据交互基本都在有线环境下完成的，为避免网络条件的限制，本系统预留了GPRS接口，SIM Com公司的SIM900A作为GPRS模块的核心芯片，内嵌TCP/IP协议，使用AT指令集可与管理中心服务器建立连接[4]。自助服务终端在成功连接网络，获得一个动态分配的IP地址后，开始接收服务器端发送的短信，该短信附带服务器端IP地址。获得服务器的IP地址后，自助服务终端创建socket进行连接，成功连接至服务器端后，自助服务终端给服务器发送短信（携带本终端的IP），然后开始等待接收启动命令的标志头。若在预定时间内自助服务终端接收到启动命令，则握手应答成功，完成终端与服务器的数据连接，然后可以立即进行可靠数据传输。若在规定时间内未收到启动命令，则重发带有终端IP地址的短信等待应答，重复3次以上过程无应答，则无法建立网络连接。

4 软件设计效果

用户刷卡输入密码后即可弹出软件功能主界面，用户可以根据需要“修改密码”，也可通过点击“租车记录”、“充值记录”、“用户信息”、“周围消息”和“本站消息”按钮进入相应界面。

点击“本站信息”功能按钮即可查询本站车辆信息，查询界面如图7所示。

点击“站点分布”可以通过电子地图查看到站点分布信息地图查询界面如图8所示。定位功能通过百度地图API实现，它支持离线地图、数据更新及时、查询灵活完善，且其API与谷歌API基本兼容[5]。地图界面显示如图9所示。

图7 软件功能主界面（截图）

图8 本站信息查询界面（截图）

图9 地图查询界面（截图）

5 结束语

本文设计的公共电动自行车自助服务终端系统完成了系统需求，设计从实用性和可靠性方面对已有的公共电动自行车自助服务终端系统进行了优化，使得自助服务终端更加实用可靠，界面更加直观。

[1] 周东.我国公共自行车发展现状与趋势[J].中国自行车，2012（10）：52-55.

[2]陈勇，王宏伟.基于Qt/E的只能仓储管理便携式终端设计[J].重庆邮电大学学报：自然科学版，2012，24（3）：369-373.

[3]李貌秦，霆镐，闫世晓.MCP2515在CAN总线系统智能节点的应用[J].嵌入式网络技术，2005，21（7）：37-39.

[4] 刘川来，周培培，崔振科.汽车租赁智能管理系统的设计与实现[J].青岛科技大学学报，2014，35（1）：82-89.

[5] 徐光侠，封雷，涂演.基于Android和Google Maps的生活辅助系统的设计与实现[J].重庆邮电大学学报：自然科学版，2012，24（2）：242-247.

Design and Implementation of Electric Bicycle Self-service Terminal System

YAN Ting，HUANG Jun
（Chongqing Key Laboratory of Signal and Information Processing，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

In today’s increasingly crowded urban traffic，vigorously developing public transportation can greatly alleviate traffic pressure，city public electric bike rental arises at the historic moment.On the basis of comparing the third generation ofpublic bicycle systemsand the characteristicsofthe electric bicycle，a public electric bicycle self-service terminal design is proposed，and focuses on the design of the software under the embedded Linux operating system，and gives the flow chart of system software design.The experimental results show that the system works stablely and reliably，and satisfies the basic requirements of the rental and the e-commerce information broadcasting，has great engineering significance and market value.

electric bicycle；leasing；CAN

TP399

A

10.16280/j.videoe.2015.04.029

晏 婷（1989—），女，硕士生，主研物联网关键技术和嵌入式技术；

2014-07-03

【本文献信息】晏婷，黄俊.电动自行车自助服务终端系统的设计与实现[J].电视技术，2015，39（4）.

国家自然科学基金项目（61275099）；重庆市市级重点实验室建设项目（CSTC2009CA2003）

黄 俊（1971—），教授，主要研究方向为物联网关键技术、无线通信网络、光通信网络、嵌入式技术等。

责任编辑：时 雯