CN108791614A - 基于红外传感器的共享自行车 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于红外（IR）传感器的共享自行车（简称为IR自行车）。IR自行车含有一IR传感器和至少一非IR电子器件。该IR传感器用于感知接近该IR自行车的人；非IR电子器件排除IR传感器。一旦IR传感器感知附近有人，IR自行车从第一模式切换到第二模式，第一模式的耗电量远低于第二模式。

Description

基于红外传感器的共享自行车

技术领域

本发明涉及电子领域，更确切地说，涉及一种基于红外（IR）传感器的共享自行车。

背景技术

共享自行车（共享单车）已经成为一种公共交通出行方式，它解决了走路太远、乘车又太近的“最后一公里”问题。共享自行车含有一电子车锁和一GPS接收器：电子车锁在收到解锁信息后能自动解锁；GPS接收器计算自行车的GPS坐标。共享自行车还含一通讯模块（如GSM模块），该模块用于传输解锁信息或GPS坐标。电池也是共享自行车的重要组成部分，它通过安装在其前框中的太阳能板或者安装在其后轮轮毂中的发电机来供电。在使用过程中，用户只需打开手机上的共享自行车应用软件，定位一辆附近的自行车；之后，扫描其二维（QR）码，就能打开电子车锁以供骑行。共享自行车能减少乘车次数、降低油耗、减少污染、对环境产生有益影响。

由于自行车比电动摩托车或汽车轻得多，它很容易被盗。盗贼甚至不需在现场破坏车锁，只需将自行车运到一个偏远地方，再破坏车锁就能实现盗窃。为了避免这种情况发生，美国专利9,194,955（发明人：Fahrner等，授权日：2015年11月24日）公开了一种地理围栏（geo-fencing）法。在地理围栏模式下，自行车持续向远端服务器更新其GPS坐标；一旦其GPS坐标超出了预设边界，该自行车便被认为被盗，并发出告警信息。处于地理围栏模式下的自行车需要频繁更新其GPS坐标（如每秒更新一次），这意味着其GPS接收器和GSM模块都需要被激活，并以较高的频率计算GPS坐标和上报GPS坐标。处于地理围栏模式下的自行车耗电量很大。

由于受到尺寸和重量限制，共享自行车使用的电池容量比电动摩托车或汽车要小很多。因此，共享自行车对耗电量有严格要求。美国专利5,945,794（发明人：Kitamura；授权日：1999年8月31日）公开了一种省电的、自行车的控制装置。该自行车含有一锁控电路和一磁传感器。用户使用一带磁体的钥匙来激活自行车。当磁传感器未感知磁体时，锁控电路断电。当钥匙靠近自行车、磁传感器感知磁体后，锁控电路上电且对自行车解锁。很少有用户愿意携带磁体来激活自行车，Kitamura的发明很难获得广泛应用。

摩拜自行车（一家中国制造商开发的共享自行车）采用了另一种省电方法。摩拜自行车的电子设备包括一GSM模块和一GPS接收器。由于被锁定的自行车无法预测何时会接收解锁信息，GSM模块需要始终处于空闲（IDLE）模式。此时，GSM模块一直被激活，并随时准备接收解锁信息。当摩拜自行车被解锁并被骑行时，以中等频率更新GPS坐标（如每分钟更新一次）。为了降低耗电量，在被锁定后，摩拜自行车以很低频率更新GPS坐标（如每十分钟更新一次）或者不再更新。不幸的是，这时由于GPS坐标更新太慢，摩拜自行车不具备防盗功能（如地理围栏功能）。此外，当摩拜自行车被锁定时，其GSM模块处于空闲模式并耗电量较大（~7mA）。有必要进一步降低摩拜自行车的耗电量。

发明内容

本发明的主要目的是节约能源、降低污染、改善环境质量。

本发明的另一目的是降低共享自行车的耗电量。

本发明的另一目的是增强共享自行车的防盗功能。

本发明的另一目的是降低共享自行车的制造成本。

本发明提出了一种基于红外（IR）传感器的共享自行车（简称为IR自行车）。IR自行车含有一IR传感器和至少一非IR 电子器件。该IR传感器用于感知接近IR自行车的人；非IR电子器件不含有任何IR传感器。一旦IR传感器感知有人，IR自行车从第一模式切换到第二模式，其第一模式的耗电量远低于第二模式。在本发明的第一实施例中，在第一模式下，非IR电子器件被断电。在第二实施例中，非IR电子器件的运行速度在第一模式下比第二模式慢，如非IR电子器件的信号更新频率在第一模式下比第二模式慢。

当IR传感器感知无人时，IR自行车附近不会有***。此时没有用户会对这辆IR行车发出解锁信息（用户需要在IR自行车边上才能发出解锁信息），通讯模块也就不会接到任何解锁信息，它可进入睡眠（SLEEP）模式。通讯模块在睡眠模式下的耗电量（~7mA）比空闲模式的耗电量（~2mA）大幅降低。这是IR自行车比摩拜自行车省电的一个主要原因。在这期间，GPS坐标以很低频率更新（如每十分钟更新一次）或者不再更新。

在IR传感器感知附近有人、但自行车仍被锁定时，IR自行车进入警戒模式。在该模式下，其GPS接收器和通讯模块均被激活，并以较高频率更新GPS坐标（如每秒钟更新一次）。频繁更新的GPS坐标可用于实现地理围栏功能，起到防盗的作用。当一个用户获得授权解锁并开始骑行自行车之后，IR自行车进入正常模式。在这期间，GPS坐标以中等频率更新（如每分钟更新一次）。通过这三种操作模式（包括睡眠模式、警戒模式及激活模式）的结合，IR自行车能实现节能和防盗的双重目的。

因此，本发明提出的一种自行车，包含：一红外（IR）传感器，该IR传感器感知该自行车附近的一热源；至少一非IR电子器件，该非IR电子器件不含任何IR传感器；一电池，该电池向所述IR传感器和所述非IR电子器件供电；当所述IR传感器感知无人时，所述自行车处于第一模式；当所述IR传感器感知有人时，所述自行车处于第二模式；所述自行车在该第一模式下的耗电量低于该第二模式。

附图说明

图1为一辆典型IR自行车的电路框图。

图2A-图2B披露两类用于IR自行车的非IR电子器件。

图3A-图3B表示两种供电架构。

图4A-图4C为三种IR自行车实施例的电路框图。

图5A-图5B为两种IR自行车的节能流程图。

图6A-图6B列出了两种IR自行车在各种模式下非IR电子器件的不同工作状态。

以上附图均为未按比例绘制的示意图。为保证附图的清晰度，附图中有关设备结构相关部件的相对尺寸和比例经过放大或缩小。附图中引用符号用于表示不同实施例中相关或相似特征。

具体实施方式

为实现节能和防盗目的，本发明公开了一种基于红外（IR）传感器的共享自行车（简称为IR自行车）。红外传感器用于感知IR自行车附近的人。感知有人后，IR自行车从第一模式切换为第二模式，其第一模式的耗电量远低于第二模式。

图1为一辆典型IR自行车的电路框图。该IR自行车含有电池10、红外传感器20和非IR电子器件30。电池10最好是一可充电电池。典型的可充电电池10包括镍氢电池（NiMH）、锂离子电池（Li-ion）、锂离子聚合物电池（LiPo）等。红外传感器最好是一无源红外传感器（PIR传感器）。此类传感器可测量视野范围内物体发出的红外线辐射。非IR电子器件30是指不含有任何红外传感器的电子器件。有关非IR电子器件30的更多详情在图2A-图2B中披露。工作期间，电池30向红外传感器20供电，其输出50决定非IR电子器件30的工作状态。

图2A-图2B披露IR自行车的两类非IR电子器件30。非IR电子器件30可分类为非红外传感器60（图2A）和非红外发射器70（图2B）。非红外传感器60的感知机制不基于红外线，其例子包括GPS接收器、摄像头等。非红外发射器70的发射机制不基于红外线，其例子包含蜂窝通讯模块（如GSM模块、GPRS模块、3G蜂窝模块、4G蜂窝模块、5G蜂窝模块）等。很明显，非IR电子器件还可以含有非红外收发器，其感知和发射机制均不基于红外线。

图3A-图3B表示两种供电架构。在图3A的具体实施中，红外传感器20的输出50控制开关45。在红外传感器20感知无人时，开关45打开，电池10不对非IR电子器件30供电。在红外传感器20感知有人后，开关45关闭，电池10对非IR电子器件30供电。在图3B的具体实施中，IR自行车还含有一个微控制器80。电池10向红外传感器20、非IR电子器件30和微控制器80供电40。根据红外传感器20的输出50，微控制器80会至少发送一个控制信号90，该控制信号90决定非IR电子器件30的工作状态。

图4A-图4C表示三种IR自行车的实施例。这些IR自行车实施例使用图3B中的供电架构。在图4A的具体实施中，非IR电子器件30含有用于蜂窝通信的GSM模块30A，其工作状态由微控制器80发送的第一控制信号90A决定。在图4B的具体实施中，非IR电子器件30还含有一用于计算GPS坐标的GPS接收器30B，其工作状态由第二控制信号90B决定。在图4C的具体实施中，非IR电子器件进一步含有一用于拍摄自行车周围环境照片或视频的摄像机30C，其工作状态由第三控制信号90C决定。

图5A-图5B为两种IR自行车的节能流程图。在图5A的具体实施中，红外传感器20始终处于激活状态并感知热源（步骤100）。如果附近无人（步骤110），则非IR电子器件30进入睡眠模式（步骤120）。如果附近有人（步骤110），则至少第一部分非IR电子器件30进入激活模式（步骤130）。在图5B的具体实施中，在感知附近有人（步骤110）后，根据自行车是否锁定进一步决定自行车的模式（步骤140）。如果自行车被锁定，至少第二部分非IR电子器件进入警戒模式（步骤150）；如果自行车被解锁，至少第三部分非IR电子器件30进入正常模式（步骤160）。

图6A-图6B列出了两种IR自行车在各种模式下非IR电子器件的不同工作状态。图6A的实施例对应于图3A的供电架构和图5A的节能方法。在睡眠模式下，切断对GSM模块30A和GPS接收器30B的供电40，这时非IR电子器件30A、30B均不工作。在激活模式下，GSM模块30A和GPS接收器30B均工作。

图6B的实施例对应于图3B的供电架构和图5B的节能方法。当红外传感器20感知无人时，由于自行车此时不会收到任何解锁信息，GSM模块30A可进入睡眠模式。睡眠模式下的耗电量（~2mA）远低于空闲模式下的耗电量（~7mA）。在此期间，GPS接收器30B以较低频率计算GPS坐标（如每十分钟计算一次）或完全不计算，GSM模块30A也以较低频率上报GPS坐标（如每十分钟上报一次）或完全不报告。

当红外传感器20感知有人时，如果此时IR自行车处于锁定状态，则IR自行车进入警戒模式。在警戒模式下， GSM模块30A和GPS接收器30B均被激活，GPS接收器30B以较高频率计算GPS坐标（如每秒计算一次），GSM模块30A也以较高频率上报GPS坐标（如每秒上报一次）。频繁更新GPS的目的在于为IR自行车建立地理围栏，防止被盗。

当IR自行车被解锁并由授权用户骑行期间，IR自行车进入正常模式。正常模式和激活模式类似。在此期间，GPS接收器30B以中等频率计算GPS坐标（如每分钟计算一次），GSM模块30A也以中等频率上报GPS坐标（如每分钟上报一次）。为进一步防止盗窃，可在警戒模式下激活摄像头30C，拍摄IR自行车周围环境的照片或视频。在其它模式下，可关闭摄像头30C。

与摩拜自行车不同的是，IR自行车利用红外传感器20来判断接收解锁信息的可能性。当无人接近IR自行车时，也就没人会对这辆IR自行车发出解锁信息，这时GSM模块可进入睡眠模式。相应地，IR自行车能大幅减少其耗电量。在一种实施例中，GSM模块的耗电量从7mA降至2mA。由于耗电量降低了接近3倍，IR自行车可使用更小容量的电池或更小的太阳能板，将有助于降低生产成本。此外，当有人接近处于锁定状态的IR自行车时，非IR电子器件（例如GPS接收器、GSM模块、摄像头）将进入警戒模式（所有功能全部激活并高速运行），可阻止自行车被盗。因此，IR自行车实现了节能和防盗的双重目的，并可降低生产成本。

应该了解，在不远离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节进行改动，这并不妨碍它们应用本发明的精神。因此，除了根据附加的权利要求书的精神，本发明不应受到任何限制。

Claims (10)

1.一种自行车，其特征在于含有：

一红外（IR）传感器，该IR传感器感知该自行车附近的一热源；

至少一非IR电子器件，该非IR电子器件排除所述IR传感器；

一电池，该电池向所述IR传感器和所述非IR电子器件供电；

当所述IR传感器感知无人时，所述自行车处于一第一模式；当所述IR传感器感知有人时，所述自行车处于一第二模式；所述自行车在该第一模式下的耗电量低于该第二模式。

2.根据权利要求1所述的自行车，其特征还在于：在所述第一模式下，所述非IR电子器件被断电。

3.根据权利要求1所述的自行车，其特征还在于：所述非IR电子器件在该第一模式下的信号更新频率比第二模式慢。

4.根据权利要求1所述的自行车，其特征还在于：所述非IR电子器件含有一非IR传感器或一非IR发射器。

5.根据权利要求1所述的自行车，其特征还在于：所述非IR电子器件含有一通讯模块、和/或一GPS接收器。

6.根据权利要求1所述的自行车，其特征还在于：在该第二模式下，所述非IR电子器件更新GPS坐标的频率高于该第一模式。

7.根据权利要求1所述的自行车，其特征还在于：

当所述IR传感器感知有人、且所述自行车被锁定时，所述自行车处于一第三模式；

当所述IR传感器感知有人、且所述自行车被解锁时，所述自行车处于一第四模式；

所述自行车在该第三模式下的耗电量高于该第四模式。

8.根据权利要求7所述的自行车，其特征还在于：所述非IR电子器件在该第三模式下的信号更新频率比该第四模式快。

9.根据权利要求7所述的自行车，其特征还在于：在该第三模式下，所述非IR电子器件更新GPS坐标的频率高于该第四模式。

10.根据权利要求7所述的自行车，其特征还在于：所述非IR电子器件还含有一摄像头，该摄像头在该第三模式下激活。