基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的公共自行車租賃系統(tǒng)設(shè)計(jì)

莫嬌 廖斌 徐少波 張濤 王洪輝

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有城市公共自行車租賃系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)獲取公共自行車租賃站點(diǎn)的位置、可借數(shù)量、剩余車位等信息的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的城市公共自行車租賃系統(tǒng)。該系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)（信息采集節(jié)點(diǎn)、管理基站）和軟件系統(tǒng)（Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、Android智能移動(dòng)終端）組成。信息采集節(jié)點(diǎn)的RFID刷卡器采集各停車位信息后，利用nRF近距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將信息發(fā)送至管理基站，并通過(guò)HTTP網(wǎng)絡(luò)傳輸至Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、存儲(chǔ)和更新，最后響應(yīng)Android智能移動(dòng)終端的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)相關(guān)信息的在線查詢。系統(tǒng)具有環(huán)保、便捷、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，并且能推廣到機(jī)動(dòng)車公共停車場(chǎng)、新能源機(jī)動(dòng)車充電站等領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：公共自行車；移動(dòng)互聯(lián)；站點(diǎn)信息；Android智能移動(dòng)終端

公共自行車在國(guó)外已很普及，在國(guó)內(nèi)也越來(lái)越受到追捧[1]，全國(guó)多地已建成公共自行車租賃系統(tǒng)，為市民的短距離出行帶來(lái)方便[2]。但現(xiàn)有公共自行車依然存在諸多弊端和不足，如：市民無(wú)法實(shí)時(shí)獲取公共自行車租賃點(diǎn)的位置、可借車輛數(shù)量、剩余車位數(shù)量等信息，導(dǎo)致市民不清楚距離自己最近的租賃點(diǎn)有哪些？該租賃點(diǎn)是否有車可用？該租賃點(diǎn)是否有剩余車位？這些因素某種程度上降低了城市公共自行車系統(tǒng)的運(yùn)行效率，制約了城市綠色出行的發(fā)展，不利于市民出行[3]?；诖耍O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的城市公共自行車系統(tǒng)，供用戶實(shí)時(shí)查詢各站點(diǎn)基本信息，以改善目前的公共自行車資源未能充分利用的情況。

1 總體方案設(shè)計(jì)

基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的自行車租賃系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。其中硬件系統(tǒng)包括采集節(jié)點(diǎn)和管理基站。軟件系統(tǒng)包括Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和Android智能移動(dòng)終端。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

RFID刷卡器采集自行車租賃點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線近距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將各個(gè)停車位的信息以特定數(shù)據(jù)編碼格式發(fā)送至管理基站，管理基站接收來(lái)自無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)并通過(guò)基于超文本傳輸協(xié)議（HTTP）的GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊方式將所有站點(diǎn)的信息發(fā)送到Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)管理接收到的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)采集到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換譯碼處理，響應(yīng)來(lái)自Android智能移動(dòng)終端的請(qǐng)求。最終用戶可通過(guò)Android智能移動(dòng)終端實(shí)時(shí)訪問(wèn)Web數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)基本信息的在線查詢。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

租賃系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用RFID射頻識(shí)別技術(shù)，利用nRF近距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備端與站點(diǎn)的移動(dòng)互聯(lián)。

2.1 采集節(jié)點(diǎn)

設(shè)計(jì)中選用射頻讀寫(xiě)模塊，其核心由RC522射頻控制芯片構(gòu)成。射頻讀寫(xiě)模塊在用戶刷卡后，讀取射頻卡序列號(hào)，并回送給單片機(jī)進(jìn)行二次處理，以特定的編碼格式進(jìn)行編碼。單片機(jī)對(duì)站點(diǎn)信息的基本編碼格式：編碼識(shí)別特定起始符（Message=BikeD），射頻卡序列號(hào)，對(duì)應(yīng)站點(diǎn)，停車位，停車位狀態(tài)等信息。

2.2 管理基站

對(duì)租賃站點(diǎn)信息的匯集采用nRF無(wú)線短距離傳輸技術(shù)，該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程服務(wù)器的通信。因此，需要設(shè)計(jì)一種既能收集租賃站點(diǎn)信息又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的設(shè)備，即管理基站。管理基站由nRF接收模塊、主控MCU、GPRS模塊組成。如圖2所示。

nRF數(shù)據(jù)接收模塊采用433MHz 低功耗WLK02F95模塊，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，模塊平時(shí)處于休眠等待狀態(tài)，一旦收到數(shù)據(jù)，就把收到的數(shù)據(jù)通過(guò)UART輸出，這時(shí)用單片機(jī)的中斷接收函數(shù)把數(shù)據(jù)讀取存儲(chǔ)。主控MCU使用低功耗的工業(yè)級(jí)SOC-C8051F530[4]，它的一個(gè)串口控制nRF接收模塊，另外一個(gè)串口控制GPRS模塊。當(dāng)單片機(jī)接收串口收到nRF模塊的數(shù)據(jù)時(shí)，先進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼、存儲(chǔ)及再編碼，最后發(fā)送串口控制GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。GPRS模塊使用Quectel M72-D雙頻GSM/GPRS模塊。該模塊給用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便。系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送部分，由C8051F530單片機(jī)輸出TTL電平信號(hào)，經(jīng)GSM模塊控制電路處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM模塊的啟動(dòng)、關(guān)閉控制，單片機(jī)通過(guò)串口將AT命令發(fā)送給GSM模塊，再由發(fā)送天線將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

租賃系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用典型的C/S（客戶端/服務(wù)器）模式，利用Web技術(shù)和Android平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件端與站點(diǎn)的移動(dòng)互聯(lián)。

3.1 Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

Web數(shù)據(jù)管理平臺(tái)是移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)，其核心是數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)模塊主要采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，以其為Java語(yǔ)言提供的API操作數(shù)據(jù)庫(kù)，包括結(jié)構(gòu)修改以及數(shù)據(jù)查詢、存儲(chǔ)和更新[5]。整個(gè)平臺(tái)的工作流程如圖3所示，包含三個(gè)并發(fā)請(qǐng)求過(guò)程：硬件系統(tǒng)、Android智能移動(dòng)終端以及瀏覽器的請(qǐng)求。其中，Web平臺(tái)的響應(yīng)主要由三個(gè)過(guò)程組成：完成Tomcat配置和網(wǎng)絡(luò)的配置，主要包括端口、html超文本資源、servlet以及JSP動(dòng)態(tài)資源的配置等；網(wǎng)絡(luò)連通后，Web平臺(tái)等待并響應(yīng)來(lái)自硬件發(fā)送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和Android客戶端訪問(wèn)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求；對(duì)于從租賃站點(diǎn)管理基站發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，首先在Servlet中進(jìn)行解碼，然后依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)字條順序?qū)?shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)位置。

3.2 Android智能移動(dòng)終端設(shè)計(jì)

Android智能移動(dòng)終端主要指運(yùn)行在Android系統(tǒng)的手機(jī)應(yīng)用軟件，是移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)軟件終端的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于從手機(jī)客戶端APP發(fā)送的請(qǐng)求信息，servlet直接響應(yīng)，根據(jù)用戶的不同請(qǐng)求在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相應(yīng)數(shù)據(jù)，最后通過(guò)HTTP網(wǎng)絡(luò)以JSON的數(shù)據(jù)格式發(fā)送到手機(jī)終端，解碼后以地圖標(biāo)記模式和表格形式顯示所需數(shù)據(jù)[6]。

4 測(cè)試結(jié)果

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性與可靠性，選擇成都市自行車租賃站點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試。測(cè)試時(shí)，首先安裝設(shè)備儀器并進(jìn)行刷卡操作，模擬借/還車狀態(tài)，然后打開(kāi)Android智能移動(dòng)終端，刷新界面，當(dāng)?shù)玫椒?wù)器的確認(rèn)后，手機(jī)端將會(huì)得到最新的車位基本信息，效果如圖4所示。經(jīng)多次測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好，用戶能及時(shí)正確的查詢各租賃站點(diǎn)車位的基本信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章提出了基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的城市公共自行車租賃系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，一定程度上解決了當(dāng)前市民無(wú)法實(shí)時(shí)獲取公共自行車租賃點(diǎn)的位置、可借車輛數(shù)量、剩余車位數(shù)量等信息的難題。系統(tǒng)具有環(huán)保、便捷、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，便于市民使用，其應(yīng)用范圍還可推廣至其他相關(guān)領(lǐng)域，如機(jī)動(dòng)車公共停車場(chǎng)、新能源機(jī)動(dòng)車充電站等。

參考文獻(xiàn)

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