電動自行車自助服務終端系統的設計與實現

晏 婷，黃 俊

（重慶郵電大學 信號與信息處理重慶市重點實驗室，重慶 400065）

電動自行車自助服務終端系統的設計與實現

晏 婷，黃 俊

（重慶郵電大學 信號與信息處理重慶市重點實驗室，重慶 400065）

在城市交通日益擁擠的今天，大力發展公共交通即可大大減輕交通壓力，城市公共電動自行車租賃應運而生。在分析比較第三代公共自行車系統的基礎上，結合電動自行車的特點，提出了一種公共電動自行車自助服務終端的設計方案，重點介紹了嵌入式Linux操作系統下的軟件功能的設計，并給出了系統軟件設計的整體流程圖。實驗結果表明，系統工作穩定可靠，能夠滿足租車還車和電子商務信息播放的基本需求，具有很好的工程意義和市場價值。

電動自行車；租賃；CAN

近年來，為減輕交通壓力、降低環境污染，同時為解決“最后一公里”問題，提出了一種新的解決方法，即公共自行車服務，國內許多城市的推行試點使得公共自行車得到了快速發展[1]。為最大限度地使公共自行車系統有效運行，緩解交通壓力，避免公共自行車系統陷入“租車難、還車難”，部分站點癱瘓荒廢的情況，公共自行車自助服務終端系統作為公共自行車系統的重要部分起著關鍵性作用。

本系統根據用戶公交出行實際需求，采用Cortex A8、CAN總線和RFID等結構硬件平臺，克服了其他公共自行車自助服務終端的缺陷。本文對公共自行車租賃系統的軟件和硬件設計進行了詳細分析和介紹，分析了租賃站點和管理中心之間的信息交互，為車輛的信息化管理打造了一個人性化、智能化的綠色解決方案。

1 總體架構

公共電動自行車租賃系統由多個租賃站點和一個管理中心（服務器）組成。租賃站點設置在城市人流量較大的位置，方便用戶租還車，每個租賃站點都有一個自助服務終端和若干停車器，自助服務終端負責該租賃站點的管理工作，實現了系統的智能化；停車器負責用戶租車、還車時IC卡信息的獲取和電動車鎖的開關。系統結構如圖1所示。

自助服務終端的核心控制器采用高性能、高功效的Cor?tex-A8架構的微處理器，控制網絡接口與控制中心通信，實現信息的傳遞；同時，通過CAN總線接收以51單片機為主控芯片的停車器發送的車輛識別卡數據，實現用戶信息和車輛信息的采集。其中，網絡接口采用RJ-45網絡接口與GPRS無線通信相結合，保證網絡的暢通性；停車器通過RFID讀寫模塊獲取數據[2]。

圖1 租賃系統結構圖

2 自助服務終端硬件設計

自助服務終端硬件核心處理器采用S5PV210，該處理器有強大的硬件編解碼功能，可以更快解碼更高質量的圖像和視頻，實現廣告播放功能。此外，S5PV210還配備CAN-BUS通信模塊、以太網接口、GPRS模塊、RJ-45網絡接口模塊、LCD顯示模塊、鍵盤模塊。核心處理器S5PV210的外設接口有RS-232串口、USB接口等，分別用于復制存儲器數據到設備、安裝適配器驅動；LCD屏和鍵盤主要提供與用戶的交互服務，可以在自助服務終端上管理用戶個人信息和查詢相關信息，實現人機交互。如圖2為自助服務終端的硬件結構圖。

圖2 自助服務終端整體框圖

2.1 處理器S5PV210模塊設計

S5PV210是整個系統的核心處理器，其功能是對各個硬件部分進行初始化、控制及管理。本文根據需求分析，選用Samsung Cortex-A8 S5PV210芯片為自助服務終端處理器芯片，同時內存選擇1 Gbyte的DDR2、1 Gbyte的SLC Flash、最大可擴展至32 Gbyte的Micro SD卡等容量大的存儲器。

處理器運行最大頻率可達1 GHz，處理器內部為64/32位總線結構，32/32 kbyte一級緩存，512 kbyte二級緩存。系統采用嵌入式Linux，可滿足實際的運行需求。實現了終端的低成本、低功耗、高性能。結構框圖如圖3所示。

圖3 硬件結構框圖

2.2 通信模塊的設計

2.2.1 CAN-BUS通信模塊

CAN-BUS模塊負責自助服務終端與停車器間的通信，系統采用MCP2515和TJA1050芯片，實現了將讀卡器采集到的數據傳輸到自助服務終端。模塊具有以下特征：1）支持CAN2.0B協議；2）最高可達1 Mbit/s的通信速率（本系統根據距離要求選用125 kbit/s）；3）16 MHz晶振，典型應用；4）SPI接口控制，可滿足一個SPI主機接口擴展多路CAN總線接口的需要；5）控制接口僅需要5個I/O口，節省處理器資源[3]。

2.2.2 通信模塊

通信模塊負責自助服務終端與管理中心的通信，為滿足網絡的暢通性，該模塊采用RJ-45網絡接口與GPRS無線通信相結合。網卡芯片采用DM9000AEP，網口內部集成變壓器，配置正確后即可上網。為了使GPRS模塊數據通信可靠有效，選擇SIM Com公司的SIM900A作為GPRS模塊的核心芯片，SIM900A內置TCP/IP和PPP協議。免去了移植TCP/IP協議的麻煩，直接就可與服務器建立連接、進行數據交互。采用串行通信的方式與處理器芯片進行數據傳輸，使得通信簡單可靠、實時性強，且控制簡單。

2.3 信息交互

系統提供的車輛識別卡為M1卡，每個自行車均帶有車輛識別卡（IC卡），識別卡用于存儲車輛身份標識；通過停車器RFID識別模塊可讀取卡號，實現車輛的認證。RFID模塊采用13.56 MHz MFRC522高度集成的非接觸式讀卡芯片，系統采用SPI接口控制此模塊。MFRC522的內部發送器可驅動讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應答機的通信。

3 自助服務終端軟件設計

自助服務終端采用Cortex-A8架構、功能強大的S5PV210處理器，可以支持多個嵌入式操作系統。本系統設計采用嵌入式Linux系統，下面主要介紹使用Qt開發嵌入式Linux應用程序的過程。自助服務終端的軟件設計主要包括停車器與自助服務終端間的CAN總線通信、自助服務終端界面顯示。系統軟件結構圖如圖4所示。

圖4 系統軟件結構圖

自助服務終端主要有4個功能：用戶管理、車輛管理、站點管理和通信管理。系統軟件的整體流程圖如圖5所示。

圖5 系統流程圖

由圖5可知，自助服務終端隨時監聽CAN的中斷信息，當有中斷信息，自助服務終端就會根據所發信息的標志位判斷信息類型，從而做出相應的處理和數據庫的更新。自助服務終端完成U-boot和Linux在S5PV210平臺上的板級移植以及Yaffs根文件系統和嵌入式GUI的移植。在完成軟硬件平臺的基礎上，實現基于Linux的設備驅動程序和應用程序設計。其中應用程序采用QT進行設計，圖像系統采用QT-4.5，開 發 環 境 為 QtCreator2.4.1，交 叉 編 譯 器 采 用arm-linux-gcc-4.4.6，Linux內核版本為Linux2.6.35。

3.1 車輛管理

車輛管理的主要功能是車輛信息的采集和實現租還車。通過停車器RFID模塊讀取車輛信息并通過CAN總線發送到自助服務終端。車輛信息采集包括車輛的ID、電量信息、故障信息和位置信息。自助服務終端能將損壞車輛及時報告給控制中心，及時維修，減小車輛的損害，從而延長車輛的使用壽命；也方便在用戶租車時，提供車輛狀況良好的車輛，停車器還具備語音播放功能給用戶語音提示，輔助用戶操作。

租車流程如圖6所示，用戶在停有電量充足的電動自行車的停車器處刷卡，停車器控制端通過CAN總線將用戶信息發送到自助服務終端，自助服務終端向服務器請求數據，判斷該用戶是否有租車權限，若有權限租車，就發送解鎖停車器的命令，若用戶在規定時間內，推走車輛，則租車成功，記錄用戶卡號和車輛ID，否則租車失敗。系統實現無卡還車，用戶只需要將車輛推入停車器，根據車輛ID，系統可根據車輛ID找到對應的用戶卡號，扣除相應的費用，極大地簡化了用戶的還車過程，提高了效率。

圖6 租車流程圖

3.2 站點管理

站點管理主要包括租賃站點參數和停車器參數設置，每個租賃站點都有一鍵啟用功能，可以在緊急情況通過管理中心發送命令控制站點的只還不借、停止服務和部分停車器停止使用等。

3.3 租賃點與管理中心數據通信

租賃站點與監管中心的數據交互基本都在有線環境下完成的，為避免網絡條件的限制，本系統預留了GPRS接口，SIM Com公司的SIM900A作為GPRS模塊的核心芯片，內嵌TCP/IP協議，使用AT指令集可與管理中心服務器建立連接[4]。自助服務終端在成功連接網絡，獲得一個動態分配的IP地址后，開始接收服務器端發送的短信，該短信附帶服務器端IP地址。獲得服務器的IP地址后，自助服務終端創建socket進行連接，成功連接至服務器端后，自助服務終端給服務器發送短信（攜帶本終端的IP），然后開始等待接收啟動命令的標志頭。若在預定時間內自助服務終端接收到啟動命令，則握手應答成功，完成終端與服務器的數據連接，然后可以立即進行可靠數據傳輸。若在規定時間內未收到啟動命令，則重發帶有終端IP地址的短信等待應答，重復3次以上過程無應答，則無法建立網絡連接。

4 軟件設計效果

用戶刷卡輸入密碼后即可彈出軟件功能主界面，用戶可以根據需要“修改密碼”，也可通過點擊“租車記錄”、“充值記錄”、“用戶信息”、“周圍消息”和“本站消息”按鈕進入相應界面。

點擊“本站信息”功能按鈕即可查詢本站車輛信息，查詢界面如圖7所示。

點擊“站點分布”可以通過電子地圖查看到站點分布信息地圖查詢界面如圖8所示。定位功能通過百度地圖API實現，它支持離線地圖、數據更新及時、查詢靈活完善，且其API與谷歌API基本兼容[5]。地圖界面顯示如圖9所示。

圖7 軟件功能主界面（截圖）

圖8 本站信息查詢界面（截圖）

圖9 地圖查詢界面（截圖）

5 結束語

本文設計的公共電動自行車自助服務終端系統完成了系統需求，設計從實用性和可靠性方面對已有的公共電動自行車自助服務終端系統進行了優化，使得自助服務終端更加實用可靠，界面更加直觀。

[1] 周東.我國公共自行車發展現狀與趨勢[J].中國自行車，2012（10）：52-55.

[2]陳勇，王宏偉.基于Qt/E的只能倉儲管理便攜式終端設計[J].重慶郵電大學學報：自然科學版，2012，24（3）：369-373.

[3]李貌秦，霆鎬，閆世曉.MCP2515在CAN總線系統智能節點的應用[J].嵌入式網絡技術，2005，21（7）：37-39.

[4] 劉川來，周培培，崔振科.汽車租賃智能管理系統的設計與實現[J].青島科技大學學報，2014，35（1）：82-89.

[5] 徐光俠，封雷，涂演.基于Android和Google Maps的生活輔助系統的設計與實現[J].重慶郵電大學學報：自然科學版，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，碩士生，主研物聯網關鍵技術和嵌入式技術；

2014-07-03

【本文獻信息】晏婷，黃俊.電動自行車自助服務終端系統的設計與實現[J].電視技術，2015，39（4）.

國家自然科學基金項目（61275099）；重慶市市級重點實驗室建設項目（CSTC2009CA2003）

黃 俊（1971—），教授，主要研究方向為物聯網關鍵技術、無線通信網絡、光通信網絡、嵌入式技術等。

責任編輯：時 雯