基于无线网络的自助式雨伞租借系统

李宏华，林 杰，章文炳（福建师范大学闽南科技学院，福建泉州362332）

基于无线网络的自助式雨伞租借系统

李宏华，林 杰，章文炳（福建师范大学闽南科技学院，福建泉州362332）

针对目前公共雨伞租借装置的管理不便，成本及丢失率高等问题，设计一种基于无线网络的雨伞租借系统，实现公共雨伞的智能化管理，有效的解决了雨伞归还率低、管理成本高等问题。

雨伞租借；无线网络；自助式

引言

雨伞作为一种遮阳避雨的工具，是人类生活的必需品。天气变幻无常，多数人都没有随身携带雨伞的习惯，当突然下大雨的时候，人们只能为了避雨而浪费很多宝贵时间。爱心便民伞的出现在一定程度上解决了这个问题，但是由于在租借的过程中仅仅登记了借伞人的姓名、电话、借伞时间和预计归还时间等基本信息，缺乏有效管理，导致了雨伞丢失率高，同时也存在租借手续麻烦、管理成本高等问题。基于无线网络的自助式雨伞租借系统，采用刷卡取伞，通过无线网络向服务器反馈租借信息，并根据租借情况的智能分析，判断租赁点的雨伞需求量，为投放雨伞提供调度依据。系统采取预付押金的方式，并可设置免费借伞的时限，超过时限则扣取租金，并通过短信方式告知借伞人，提高了雨伞的归还率，降低管理成本。

1 系统设计方案

本系统由雨伞租借终端、后台服务器和数据库组成，结构如图1所示。雨伞租借终端通过非接触式射频识别技术，读取用户IC卡信息，控制雨伞借出和归还。租借终端上的GPRS模块将用户租借信息上传到服务器，接收服务器下发的借伞控制指令和用户信息。数据库用于存放用户的注册信息、账户信息、租借记录、租借网点信息等内容。后台管理系统根据借伞、还伞或查询等请求指令，读取数据库相关数据，进行分析处理，并通过网络控制租借终端。

2 硬件系统设计

图1 系统总体构架

雨伞租借终端采用RFID技术进行用户身份识别，并通过GPRS网络实现终端和服务器的连接。终端硬件框架如图2所示，由主控制电路模块、用户识别模块、电子锁控制模块、GPRS通信模块、人机交互、伞具识别模块等几个部分构成。

图2 租借终端硬件框架

2.1 用户识别模块

用户识别模块采用MF-RC522射频识别控制器。MFRC522是一款工作频率为13.56MHz，支持ISO/IEC14443A及MIFARE等标准，支持SPI、I2C及UART等接口模式的低工作电压、低功耗、小尺寸的IC卡读写芯片[1]。读取IC卡用户信息需要MCU对MF-RC522寄存器的读写，控制MF-RC522询卡和采集信息。本设计采用高速的四线制SPI接口模式与MCU连接。MCU通过MOSI发送命令给MF-RC522，MFRC522接收到命令后按照协议格式，将数据调制到13.56MHz的载波上，通过引脚TX1和TX2传输到天线发射出去。若有IC卡，则被MF-RC522发送的信号激活，并反馈卡片信息给MCU，完成数据的读取。

2.2 GPRS通信

在实际应用中，雨伞租借终端必须独立的分布在各个人流密集的地方，这就使得租借终端与服务器之间无法采用短距离传输方式，更不可能采用布线方式，因此需要租借终端能够实现与Internet连接。现在很多场景都提供有WIFI热点，但没有全方位覆盖，且WIFI热点受商家因素影响，具有不可控性。GPRS具有稳定在线、收费合理的特点，虽然通信速率比不上WIFI，但由于雨伞租借终端与远程服务器之间传输的数据量并不大，对速率要求不高，能够满足要求。

本系统通过MCU控制GPRS模块的数据通信。为了实现Internet网络数据传输，选用了支持 TCP/IP传输协议的SIM800模块。该模块是一款小尺寸，低功耗的GPRS通信模块，集成了标准的RS232接口和SIM接口，可以方便与MCU连接。由于内置了TCP/IP协议，通过简单的配置，即可实现上网。

2.3 伞具识别模块

为了避免雨伞被恶意不归还，造成雨伞丢失，需要对雨伞进行识别，判断用户是否真正归还了雨伞。在雨伞的把手上有对应唯一的条形码，当用户归还雨伞时，租借终端上的伞具识别模块扫描条形码，并检测雨伞是否放置好。若识别到是用户借出时的雨伞，则可归还，并计算借出时间。

2.4 人机交互

租借终端配备液晶显示屏和按键。按键包括有取伞、还伞、查询、确认等按键，用于自助借还伞操作。液晶显示屏用于显示时间，以及用户查询信息。

3 软件系统设计

自助式雨伞租借系统的软件主要包括了租赁终端的下位机软件和数据后台管理软件两部分。下位机软件采用单片机控制，实现用户IC卡信息的读写、人机交互的操作、电子锁的动作、伞具的识别以及GPRS数据通信的控制。数据后台管理软件实现数据的分析处理。

3.1 借还伞程序

当检测到有IC卡时，系统通过IC卡读取用户ID，并将该ID发送给远程服务器，服务器查询该用户的相关信息，再通过Internet网络下发数据。终端上的GPRS接收到用户数据后给到单片机处理，并显示在液晶屏上，借还伞程序流程如图3所示。

此时检测是否有按键按下，并判断是查询、借伞还是还伞。若是查询按键，则显示用户借还伞的记录和余额等信息。若是借伞按键，则根据用户已借伞数量、账户余额、雨伞余量等信息，判断是否可以借伞。本设计中，用户可借伞数量限定为最多2把。若是还伞按键，则通过伞具识别模块判断所还物品是否为用户所借雨伞，计算并显示借伞时长和应缴纳金额。

3.2 数据后台管理

图3 借还伞程序流程图

数据后台管理平台是整个雨伞租借系统能进行有效管理的关键，负责用户信息的管理、用户借还伞权限控制、租借网点数据的分析和调度。管理平台包括了用户注册和充值管理、借还伞信息管理、用户信息管理、管理员信息管理、信息查询、租借网点信息管理等模块[2]。数据信息的存储采用MySQL数据库，它是一种快速，多线程，多用户的SQL数据库服务器，在千万级的数据环境中依然保持较高的读取速度。管理平台采用C/S构架，界面友好，操作简单[3]。

4 结语

文章提出的基于GPRS无线网络自助式雨伞租借系统设计方案，一定程度上解决了目前爱心便民伞的租借管理缺陷，既降低了管理成本，也降低了雨伞的丢失率，同时还能通过数据的分析，实现租借网点的合理分布，以及雨伞投放的调度，为市民的出行提供了便利保障，具有广泛的应用市场。

[1]黄俊祥，陶维青.基于MFRC522的RFID读卡器模块设计[J].微型机与应用，2010，22：16～18.

[2]杨志和.基于物联网技术的公共自行车租赁管理系统[J].物联网技术，2015，02：60～62.

[3]黄姜磊，徐仁朝，李理想，周良新，花小林.基于校园卡的自行车租赁管理系统的设计与开发[J].数字技术与应用，2014，02：182.

TP311.52

A

2095-2066（2016）36-0277-02

2016-12-12