CN105185019B - 一种无线管理的公共自行车租赁管理方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线管理的公共自行车租赁管理方法和***，能够解决现有的有线联网的锁桩方式的局限性，极大的节约用地成本和建设管理成本。其中，方法包括：位于停车场区域内的自行车的通信模块通过ZigBee协议与租赁终端建立自组网的无线连接；通过所述自行车的读卡器进行租还车身份读取并生成租还车信息，将所述租还车信息通过所述无线连接发送给所述租赁终端，接收来自所述租赁终端的许可信息完成租还车操作；所述租赁终端通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，并根据所述租还车信息和所述位置信息判断所述自行车是否非法脱离所述停车场区域，是则进行警报处理。

Description

一种无线管理的公共自行车租赁管理方法和***

技术领域

本发明涉及公共自行车租赁技术，特别是涉及适应于无锁桩的一种无线管理的公共自行车租赁管理方法和***。

背景技术

传统的有锁桩公共自行车租赁解决方法是通过布置到每个锁桩的线缆进行联网和控制，有锁桩的方式占用面积大，成本高。并且，随着无线网络技术的飞速发展，锁桩的有线联网***暴露出了许多的缺陷：安装施工麻烦、可靠性差、安装成本高、维护困难等等。

此外，有锁桩公共自行车租赁***，受制于土地面积，锁桩数量有限，如果位于繁华地带，大量汇集至此的自行车需要占用锁桩，往往会造成还车难的问题。

因此，如何解决现有的有线联网的锁桩方式的局限性，是有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种无线管理的公共自行车租赁管理方法和***，能够解决现有的有线联网的锁桩方式的局限性，极大的节约用地成本和建设管理成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无线管理的公共自行车租赁管理方法，包括：

位于停车场区域内的自行车的通信模块通过ZigBee协议与租赁终端建立自组网的无线连接；

通过所述自行车的读卡器进行租还车身份读取并生成租还车信息，将所述租还车信息通过所述无线连接发送给所述租赁终端，接收来自所述租赁终端的许可信息完成租还车操作；

所述租赁终端通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，并根据所述租还车信息和所述位置信息判断所述自行车是否非法脱离所述停车场区域，是则进行警报处理。

优选的，上述的方法中，在所述租还车身份读取的步骤中，通过所述读卡器的射频识别模块来识别IC卡的身份信息；

在租还车操作中，通过所述自行车的单片机控制所述自行车的锁控模块解锁或锁闭。

优选的，上述的方法中，在所述租还车操作中，通过语音和显示模块进行提示。

优选的，上述的方法中，还包括：

所述自行车的电源模块通过自行车运转过程中的机械能进行充电。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种无线管理的公共自行车租赁管理***，包括：租赁终端和自行车；

所述自行车包括：

通信模块，用于：在位于停车场区域内时，通过ZigBee协议与所述租赁终端建立自组网的无线连接；

读卡器，用于：进行租还车身份读取并生成租还车信息；

单片机，用于：将所述租还车信息通过所述无线连接发送给所述租赁终端，接收来自所述租赁终端的许可信息完成租还车操作；

所述租赁终端，用于：通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，并根据所述租还车信息和所述位置信息判断所述自行车是否非法脱离所述停车场区域，是则进行警报处理。

优选的，上述的***中，所述读卡器具有射频识别模块，用于识别IC卡的身份信息；

所述单片机还用于：控制所述自行车的锁控模块解锁或锁闭。

优选的，上述的***中，所述锁控模块为基于电磁锁的机械结构。

优选的，上述的***中，所述自行车还包括：语音模块和显示模块。

优选的，上述的***中，所述自行车还包括：

电源模块，用于：通过自行车运转过程中的机械能进行充电。

优选的，上述的***中，还包括：城市管理中心，与所述租赁终端信号连接。

本发明实施例具有以下技术效果：

1)本发明设计了一种无锁桩租赁方式，使得自行车租赁区域能容纳的自行车更多，存放车辆位置更灵活，使得车辆租赁***更便捷高效地为用户服务，提升用户租赁车辆的效率和满意度。

2)本发明采用将处理器与射频芯片结合在一起的片上***解决方案，与ZigBee协议具有很高的兼容性，高效的RF性能能够保证自行车与租赁终端的无线通信有效进行；

3)电源模块采用了可循环使用电池，其充电过程电量是由自行车运行过程中的机械能转化，具有充电等多状态指示功能；

4)采用ZigBee协议将租赁信息上传至租赁终端，数据传输更可靠、更快捷，实现自助租赁，无线管理；

5)采用RFID技术快速读写IC卡信息，使其租车刷卡解锁更快；

6)GSM无线模块能够将报警紧急信息到特定维护人员的手机上，保证报警信息的实时性，安全性高。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明***实施例的结构示意图；

图3为本发明一种低功耗、无线管理的无锁桩公共自行车租赁管理***示意图；

图4为本发明一种低功耗、无线管理的无锁桩公共自行车租赁管理***的自行车硬件结构示意图；

图5为本发明一种低功耗、无线管理的无锁桩公共自行车租赁管理***的租赁终端结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明一个方法实施例的步骤流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种无线管理的公共自行车租赁管理方法，其包括：

步骤101，位于停车场区域内的自行车的通信模块通过ZigBee协议与租赁终端建立自组网的无线连接；

步骤102，通过所述自行车的读卡器进行租还车身份读取并生成租还车信息，将所述租还车信息通过所述无线连接发送给所述租赁终端，接收来自所述租赁终端的许可信息完成租还车操作；

步骤103，所述租赁终端通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，并根据所述租还车信息和所述位置信息判断所述自行车是否非法脱离所述停车场区域，是则进行警报处理。

可见，本发明实施例中，利用ZigBee无线传输方式实现无线自组网，读卡器直接设置在自行车而不是锁桩，从而不再采用锁桩的有线布线和锁桩读卡方式，大大节约了布线施工成本，并且，通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，从而实现原来锁桩的安全功能，从而彻底取消锁桩，采用了完全无锁桩的方式，大大节约了用地面积，减少了建筑成本，提高了容置率，非常有利于公共自行车租赁***的推广应用，从而有利于整个社会的低碳节能环保。

在本发明一个实施例中，在所述租还车身份读取的步骤中，通过所述读卡器的射频识别模块来识别IC卡的身份信息；

在租还车操作中，通过所述自行车的单片机控制所述自行车的锁控模块解锁或锁闭。

在所述租还车操作中，通过语音和显示模块进行提示。

在本发明一个实施例中，还包括：所述自行车的电源模块通过自行车运转过程中的机械能进行充电。从而，利用租车者骑行过程的机械能，为自行车电源充电，电源再为自行车的射频识别模块和通信模块充电，能够做到充电及时，节约成本。

在本发明中采用的ZigBee是一种短距离无线通信技术，将ZigBee技术应用于无锁桩公共自行车的租赁管理，具有以下特点：

1、数据传输速率高，最大传输速率为250kbps，可以满足自行车租赁数据传输要求。

2、功耗低，与传统的GPRS等无线通信相比，ZigBee模块功耗低。

3、可靠性高，数据安全。三级安全模式：包括无完全模式(广播)、使用访问控制协议(特定目的地址)、高级加密方式(AES)。无线通信中采用了CSMA-CA冲突避免机制，能够避免数据传输中的冲突竞争，采用了带安全确认的数据传输机制，此外，采用了数据完整性检查等算法，保证***可靠性。

4、自组织组网。租赁终端和公共自行车组建的ZigBee网络能够在无需人工干预的情况下，建立连接，构建ZigBee网络，公共自行车和租赁终端可以通过ZigBee无线网络通信，从而实现租赁管理。

5、时延短，ZigBee模块之间建立连接快。模块之间通信时延可以保证在毫秒级，可以保证租赁管理实时性。

6、成本低，频段多。ZigBee协议免专利费，可以降低***成本，工作频段灵活，可以工作在2.4GHz等多个免执照频段。

7、网络容量大。每个ZigBee网络可以容纳上万个节点，可以满足无锁桩公共自行车租赁要求。

8、无线通信模块采用CC2530芯片，集成了处理器与射频于一体，与ZigBee具有很好的兼容性。

图2是本发明***实施例的结构示意图，如图2所示，一种无线管理的公共自行车租赁管理***，其包括：租赁终端210和自行车220；

所述自行车220包括：

通信模块221，用于：在位于停车场区域内时，通过ZigBee协议与所述租赁终端建立自组网的无线连接；

读卡器222，用于：进行租还车身份读取并生成租还车信息；

单片机223，用于：将所述租还车信息通过所述无线连接发送给所述租赁终端，接收来自所述租赁终端的许可信息完成租还车操作；

所述租赁终端210，用于：通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，并根据所述租还车信息和所述位置信息判断所述自行车是否非法脱离所述停车场区域，是则进行警报处理。

可见，本发明实施例采用基于ZigBee技术的无锁桩方式既能满足租赁***的租赁需求，又能弥补目前有线联网租赁***所存在的不足。

本发明实施例采用了ZigBee技术对公共自行车进行无线租赁管理，ZigBee模块成本低，功耗低，容量高，为无锁桩公共自行车租赁管理提供了一种很好的解决方案。

其中，所述读卡器具有射频识别模块，用于识别IC卡的身份信息；所述单片机还用于：控制所述自行车的锁控模块解锁或锁闭。所述锁控模块为基于电磁锁的机械结构。

可见，基于ZigBee技术的无锁桩公共自行车租赁***利用ZigBee无线传输方式，将射频识别模块识别的IC卡信息发送到租赁终端，租赁终端根据收到的信息，可以对自行车进行相应的控制。公共自行车和租赁终端通过ZigBee无线方式通信，减少了布线安装问题，维护方便，成本低。

所述自行车还包括：语音模块和显示模块；电源模块，用于：通过自行车运转过程中的机械能进行充电。

可见，本发明实施例中，不但通过无线自组网技术取代有线布线，还通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，从而实现原来锁桩的安全功能，从而彻底取消锁桩，是一种无锁桩公共自行车租赁***。

该无锁桩公共自行车租赁***，主要由租赁终端，城市管理中心，自行车以及用户IC卡组成。每辆自行车配有RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)，模块读卡器以及ZigBee无线通信模块，RFID模块读卡器用于对用户卡的识别，ZigBee无线通信模块用于与租赁终端的无线通信。

租赁终端作为ZigBee网络的网关，建立租赁***管理网络，公共自行车作为ZigBee网络中的节点，能够加入租赁终端建立的网络，租赁终端能够通过ZigBee技术能够实现对公共自行车的控制，位置的获取以及租赁过程的管理。

其中，租车还车流程如下：

自行车与租赁终端之间的通信利用ZigBee无线网络，每辆自行车和租赁终端均配备ZigBee无线模块，租赁终端的ZigBee无线模块主要负责组建和管理网络，自行车无线模块可以加入租赁终端建立的网络，租赁终端和自行车形成一个自组网，通过ZigBee无线网络进行通信。

在无锁桩公共自行车租赁***中，每辆自行车都有用于租车、还车的读卡器，每次租车时，只需要将IC卡在自行车刷卡处进行刷卡，射频识别模块能够识别***身份信息，将***ID、自行车ID以及租车时间通过ZigBee网络无线发送到租赁终端，租赁终端进行存储并上传到服务器，然后回复租车成功信号，租车成功。还车时，首先将自行车放置于管理区域，在刷卡处进行刷卡，自行车无线模块将***ID、自行车ID以及还车时间传送至租赁终端，租赁终端通过计算时间得出相应租车费用，将费用信息发送至自行车无线模块，对IC卡扣费，同时提示还车成功。

其中，安全性管理如下：

出现非法租车的时候，租赁终端和自行车会产生报警信息，同时租赁终端可以将报警信息及时通知相关的安保人员。

在无锁桩公共自行车管理区域内，租赁终端和自行车可以通过之间的无线信号判断之间的距离，从而实现对自行车位置的监控，当未经刷卡，自行车离开管理区域时，可以产生报警信号。

本发明租赁终端和自行车之间采用了基于RSSI(接收信号强度指示)的定位算法。无线信号在传输的过程中，信号的强度值和传播距离有着明确的关系，随着距离的增加，信号强度值会下降，本发明就利用了这个规律对自行车进行定位管理。

ZigBee无线信号在传播过程中，接收信号强度与距离具有以下关系：

Pij＝P0-10nplog10(dij)

Pij为j节点接收到的i节点信号强度值，P0为信号传播1米后的信号强度，np为环境损耗指数，dij为i节点与j节点之间的距离。通过这个公式，可以根据接收到的信号强度，得到租赁终端和自行车之间的距离，当租赁终端和自行车检测到之间的距离过大，已经超出租赁区域时，能够产生报警信号。

其中，硬件设计如下：

图3为本发明一种低功耗、无线管理的无锁桩公共自行车租赁管理***示意图，其包括多辆自行车，通过ZigBee无线连接租赁终端，租赁终端通过GPRS连接城市管理中心；

图4为本发明一种低功耗、无线管理的无锁桩公共自行车租赁管理***自行车硬件结构示意图，硬件设计框架如图4所示，无锁桩公共自行车硬件由RFID模块(RFID模块读卡器)、ZigBee天线(ZigBee无线通信模块)、电源管理模块、语音模块、LCD显示模块、处理器模块和锁控模块组成。

图5为本发明一种低功耗、无线管理的无锁桩公共自行车租赁管理***的租赁终端结构示意图。租赁终端硬件由RFID模块(RFID模块读卡器)、ZigBee天线(ZigBee无线通信模块)、电源模块、语音模块、LCD显示模块、处理器模块和GPRS/GSM模块组成。

GPRS/GSM无线通信模块主要应用在紧急情况下报警，可以发送报警信息和对应的租赁终端编号和自行车编号于维护人员的手机上。

电源模块，它提供了整个***运行的基础，电源模块采用了可循环使用电池，电池电量是由自行车运行过程中的机械能转化而来，可以使用mini USB接口直接对电源进行充电，并具有充电状态，充电完成状态指示功能，电源可以通过电压转换模块转换成不同电压值供不同模块使用。

处理器模块采用了CC2530处理器芯片，这款芯片是用于ZigBee应用的一个片上***解决方案，结合了增强型8051CPU和具有优良性能的RF收发器，具有8KB RAM，具有多种不同的运行模式，尤其适应超低功耗要求的***，结合了业界领先的ZigBee协议栈，提供了一个完整的ZigBee解决方案。

射频RFID模块需要和用户IC卡进行通信，完成对租赁卡的ID和参数的提取。RFID模块采用基于IS014443标准设计的非接触卡读卡机专用芯片FM1702，该芯片可支持ISOl4443typeA协议和MIFARE标准的加密算法，并且芯片内部集成了模拟调制解调电路，因而只需搭接少量的***电路就可以工作。RFID模块主要向用户的IC卡写入信息包括：车辆ID和租车时间，并将IC卡信息上传至租赁终端，包括：用户IC卡ID、车辆ID、租车时间。

可见，本发明设计了一种低功耗、无线管理的无锁柱自行车租赁***，公共自行车和租赁终端采用了ZigBee网络进行通信，从而实现公共自行车无线租赁管理，该发明具有成本低，功耗低等特点，满足自行车租赁***需求，能够使租赁***更便捷高效地为用户服务，提升用户租赁车辆的效率。

租车时，首先通过RFID模块的FM1702芯片得到用户IC卡ID，将IC卡信息上传至MCU，然后MCU控制ZigBee模块将用户IC卡ID、车辆ID和租车时间通过ZigBee无线网络传送至租赁终端，租赁终端将信息存储后，对自行车回复许可信息，MCU收到通过ZigBee网络传回的租车许可信息后，自行车自行解锁，并向用户IC卡写入车辆ID、租车时间，同时语音提示租车成功，并在液晶模块显示租车成功。

还车时，首先通过RFID模块的FM1702芯片得到用户IC卡的还车信息，MCU将用户IC卡ID、车辆ID和还车时间通过发送至租赁终端，租赁终端通过计算租、还时间差得出费用信息，通过ZigBee网络进行回复，MCU收到通过ZigBee网络传回的还车确认信息后，对用户IC卡进行扣费，自行车自动上锁，同时语音提示用户还车成功并在液晶模块显示。

***可以设置备份数据的上传周期，在一定的周期把采集到的数据上传于服务器备份，采用GSM硬件平台上开发的GPRS无线业务来完成。

可见，本发明实施例具有以下优势：

1)本发明设计了一种无锁桩租赁方式，使得自行车租赁区域能容纳的自行车更多，存放车辆位置更灵活，使得车辆租赁***更便捷高效地为用户服务，提升用户租赁车辆的效率和满意度。

2)本发明采用将处理器与射频芯片结合在一起的片上***解决方案，与ZigBee协议具有很高的兼容性，高效的RF性能能够保证自行车与租赁终端的无线通信有效进行；

3)电源模块采用了可循环使用电池，其充电过程电量是由自行车运行过程中的机械能转化，具有充电等多状态指示功能；

4)采用ZigBee协议将租赁信息上传至租赁终端，数据传输更可靠、更快捷，实现自助租赁，无线管理；

5)采用RFID技术快速读写IC卡信息，使其租车刷卡解锁更快；

6)GSM无线模块能够将报警紧急信息到特定维护人员的手机上，保证报警信息的实时性，安全性高。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种无线管理的公共自行车租赁管理方法，其特征在于，包括：

位于停车场区域内的自行车的通信模块通过ZigBee协议与租赁终端建立自组网的无线连接；

通过所述自行车的读卡器进行租还车身份读取并生成租还车信息，通过自行车的单片机将所述租还车信息通过所述无线连接发送给所述租赁终端，接收来自所述租赁终端的许可信息完成租还车操作；

所述租赁终端通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，并根据所述租还车信息和所述位置信息判断所述自行车是否非法脱离所述停车场区域，是则进行警报处理。

2.根据权利要求1所述的公共自行车租赁管理方法，其特征在于，

在所述租还车身份读取的步骤中，通过所述读卡器的射频识别模块来识别IC卡的身份信息；

在租还车操作中，通过所述自行车的单片机控制所述自行车的锁控模块解锁或锁闭。

3.根据权利要求1所述的公共自行车租赁管理方法，其特征在于，在所述租还车操作中，通过语音和显示模块进行提示。

4.根据权利要求1所述的公共自行车租赁管理方法，其特征在于，还包括：

所述自行车的电源模块通过自行车运转过程中的机械能进行充电。

5.一种无线管理的公共自行车租赁管理***，其特征在于，包括：租赁终端和自行车；

所述自行车包括：

通信模块，用于：在位于停车场区域内时，通过ZigBee协议与所述租赁终端建立自组网的无线连接；

读卡器，用于：进行租还车身份读取并生成租还车信息；

单片机，用于：将所述租还车信息通过所述无线连接发送给所述租赁终端，接收来自所述租赁终端的许可信息完成租还车操作；

所述租赁终端，用于：通过ZigBee无线信号的强度变化来获得所述自行车的位置信息，并根据所述租还车信息和所述位置信息判断所述自行车是否非法脱离所述停车场区域，是则进行警报处理。

6.根据权利要求5所述的公共自行车租赁管理***，其特征在于，

所述读卡器具有射频识别模块，用于识别IC卡的身份信息；

所述单片机还用于：控制所述自行车的锁控模块解锁或锁闭。

7.根据权利要求6所述的公共自行车租赁管理***，其特征在于，

所述锁控模块为基于电磁锁的机械结构。

8.根据权利要求5所述的公共自行车租赁管理***，其特征在于，

所述自行车还包括：语音模块和显示模块。

9.根据权利要求5所述的公共自行车租赁管理***，其特征在于，所述自行车还包括：

电源模块，用于：通过自行车运转过程中的机械能进行充电。

10.根据权利要求5所述的公共自行车租赁管理***，其特征在于，还包括：

城市管理中心，与所述租赁终端信号连接。