基于移動互聯技術的公共自行車租賃系統設計

莫嬌 廖斌 徐少波 張濤 王洪輝

摘 要：針對現有城市公共自行車租賃系統無法實時獲取公共自行車租賃站點的位置、可借數量、剩余車位等信息的問題，設計基于移動互聯技術的城市公共自行車租賃系統。該系統由硬件系統（信息采集節點、管理基站）和軟件系統（Web數據管理平臺、Android智能移動終端）組成。信息采集節點的RFID刷卡器采集各停車位信息后，利用nRF近距離無線數據傳輸技術將信息發送至管理基站，并通過HTTP網絡傳輸至Web數據管理平臺；Web數據管理平臺實現數據的查詢、存儲和更新，最后響應Android智能移動終端的請求，實現各站點相關信息的在線查詢。系統具有環保、便捷、操作簡單等特點，并且能推廣到機動車公共停車場、新能源機動車充電站等領域，具有較高的實用價值。

關鍵詞：公共自行車；移動互聯；站點信息；Android智能移動終端

公共自行車在國外已很普及，在國內也越來越受到追捧[1]，全國多地已建成公共自行車租賃系統，為市民的短距離出行帶來方便[2]。但現有公共自行車依然存在諸多弊端和不足，如：市民無法實時獲取公共自行車租賃點的位置、可借車輛數量、剩余車位數量等信息，導致市民不清楚距離自己最近的租賃點有哪些？該租賃點是否有車可用？該租賃點是否有剩余車位？這些因素某種程度上降低了城市公共自行車系統的運行效率，制約了城市綠色出行的發展，不利于市民出行[3]。基于此，設計開發一套基于移動互聯技術的城市公共自行車系統，供用戶實時查詢各站點基本信息，以改善目前的公共自行車資源未能充分利用的情況。

1 總體方案設計

基于移動互聯技術的自行車租賃系統主要由兩個部分組成：硬件系統和軟件系統。其中硬件系統包括采集節點和管理基站。軟件系統包括Web數據管理平臺和Android智能移動終端。系統總體設計如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

RFID刷卡器采集自行車租賃點現場硬件設備的實時數據，通過無線近距離數據傳輸技術將各個停車位的信息以特定數據編碼格式發送至管理基站，管理基站接收來自無線數據傳輸模塊的數據并通過基于超文本傳輸協議（HTTP）的GPRS網絡通訊方式將所有站點的信息發送到Web數據管理平臺。Web數據管理平臺管理接收到的數據信息，通過數據服務器對采集到的信息進行轉換譯碼處理，響應來自Android智能移動終端的請求。最終用戶可通過Android智能移動終端實時訪問Web數據管理服務器，實現各站點基本信息的在線查詢。

2 硬件系統設計

租賃系統的硬件設計采用RFID射頻識別技術，利用nRF近距離無線數據傳輸技術和GPRS網絡技術，實現設備端與站點的移動互聯。

2.1 采集節點

設計中選用射頻讀寫模塊，其核心由RC522射頻控制芯片構成。射頻讀寫模塊在用戶刷卡后，讀取射頻卡序列號，并回送給單片機進行二次處理，以特定的編碼格式進行編碼。單片機對站點信息的基本編碼格式：編碼識別特定起始符（Message=BikeD），射頻卡序列號，對應站點，停車位，停車位狀態等信息。

2.2 管理基站

對租賃站點信息的匯集采用nRF無線短距離傳輸技術，該技術不能實現與遠程服務器的通信。因此，需要設計一種既能收集租賃站點信息又能實現遠距離通信的設備，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數據接收模塊采用433MHz 低功耗WLK02F95模塊，數據傳輸穩定，模塊平時處于休眠等待狀態，一旦收到數據，就把收到的數據通過UART輸出，這時用單片機的中斷接收函數把數據讀取存儲。主控MCU使用低功耗的工業級SOC-C8051F530[4]，它的一個串口控制nRF接收模塊，另外一個串口控制GPRS模塊。當單片機接收串口收到nRF模塊的數據時，先進行數據解碼、存儲及再編碼，最后發送串口控制GPRS模塊發送數據。GPRS模塊使用Quectel M72-D雙頻GSM/GPRS模塊。該模塊給用戶提供標準的AT命令接口，開發簡便。系統數據發送部分，由C8051F530單片機輸出TTL電平信號，經GSM模塊控制電路處理，實現對GSM模塊的啟動、關閉控制，單片機通過串口將AT命令發送給GSM模塊，再由發送天線將采集數據發送到Web數據管理平臺。

3 軟件系統設計

租賃系統的軟件設計采用典型的C/S（客戶端/服務器）模式，利用Web技術和Android平臺軟件開發技術，結合數據庫開發技術，實現軟件端與站點的移動互聯。

3.1 Web數據管理平臺設計

Web數據管理平臺是移動互聯技術服務器端的實現，其核心是數據庫的設計，數據庫結構模塊主要采用MySQL數據庫為基礎，以其為Java語言提供的API操作數據庫，包括結構修改以及數據查詢、存儲和更新[5]。整個平臺的工作流程如圖3所示，包含三個并發請求過程：硬件系統、Android智能移動終端以及瀏覽器的請求。其中，Web平臺的響應主要由三個過程組成：完成Tomcat配置和網絡的配置，主要包括端口、html超文本資源、servlet以及JSP動態資源的配置等；網絡連通后，Web平臺等待并響應來自硬件發送數據的請求和Android客戶端訪問數據的請求；對于從租賃站點管理基站發送的數據信息，首先在Servlet中進行解碼，然后依據數據庫字條順序將數據存入數據庫相應位置。

3.2 Android智能移動終端設計

Android智能移動終端主要指運行在Android系統的手機應用軟件，是移動互聯技術軟件終端的實現。對于從手機客戶端APP發送的請求信息，servlet直接響應，根據用戶的不同請求在數據庫中查找相應數據，最后通過HTTP網絡以JSON的數據格式發送到手機終端，解碼后以地圖標記模式和表格形式顯示所需數據[6]。

4 測試結果

為了驗證設計的合理性與可靠性，選擇成都市自行車租賃站點進行系統性能測試。測試時，首先安裝設備儀器并進行刷卡操作，模擬借/還車狀態，然后打開Android智能移動終端，刷新界面，當得到服務器的確認后，手機端將會得到最新的車位基本信息，效果如圖4所示。經多次測試，系統運行良好，用戶能及時正確的查詢各租賃站點車位的基本信息。

5 結束語

文章提出了基于移動互聯技術的城市公共自行車租賃系統設計方案，一定程度上解決了當前市民無法實時獲取公共自行車租賃點的位置、可借車輛數量、剩余車位數量等信息的難題。系統具有環保、便捷、操作簡單等特點，便于市民使用，其應用范圍還可推廣至其他相關領域，如機動車公共停車場、新能源機動車充電站等。

參考文獻

[1]王志高，孔 ，謝建華，等. 歐洲第三代公共自行車系統案例及啟示[J].城市交通，2009，7（4）：27-29.

[2]周東.我國公共自行車發展現狀與趨勢[J].行家論壇，2012：52-55.

[3]李淦.公共自行車想借時難還亦難[OL].[2011-09-06]

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

[4]潘琢金，施國君.C8051F高速SOC單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，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手機地圖服務系統的設計與實現[M].北京：北京郵電大學，2013.