基于北斗/GPS的城市公共自行車管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者/ 周朝霞 林思遠(yuǎn) 邱雪蓮 廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(福建 漳州 363105)

摘要：為了提高公共自行車管理系統(tǒng)的便利性水平和功能性水平，本文研究并設(shè)計(jì)了一套基于北斗/GPS定位的城市公共自行車管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由安卓(Android)手機(jī)終端、服務(wù)器端和車載終端組成。車載終端以單片機(jī) (MCU)為主控芯片，并采用北斗定位模塊、GSM/GPRS模塊及按鍵模塊進(jìn)行公共自行車運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程通信。本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛查找、空位查詢、損壞報(bào)修、車輛定位、車輛管理、信息登記等功能。實(shí)際測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、裝配簡(jiǎn)易、操作便利和功能豐富的特點(diǎn)，同時(shí)還可為城市公共自行車分布規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持，具有較好的推廣前景。

引言

　　隨著“低碳出行，綠色環(huán)保”觀念的深入人心，自行車成為了很重要的交通代步工具。目前市場(chǎng)上運(yùn)營(yíng)的城市公共自行車為人們出行提供了方便，但系統(tǒng)多為一車一樁式，容易出現(xiàn)“還時(shí)滿車，借時(shí)空樁”的現(xiàn)象，尚無(wú)法由管理系統(tǒng)對(duì)損壞車輛進(jìn)行識(shí)別。單純線下租借不支持線上查詢，使市民很難找到合適的服務(wù)點(diǎn)，而服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)規(guī)劃與布局需要更多詳細(xì)可靠的數(shù)據(jù)支持。基于以上狀況^[1-3]，本文提出一款基于北斗/GPS定位的城市公共自行車管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)車輛查詢、空位查詢、車輛報(bào)修、服務(wù)點(diǎn)導(dǎo)航、借車管理、轄區(qū)監(jiān)測(cè)等功能，以使市民和維護(hù)人員直觀、便捷地查詢服務(wù)點(diǎn)信息及車輛待修信息，并能通過(guò)轄區(qū)監(jiān)測(cè)對(duì)轄區(qū)服務(wù)點(diǎn)設(shè)置提出優(yōu)化建議，從而進(jìn)一步提升公共自行車服務(wù)系統(tǒng)的信息化水平。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)由Android手機(jī)終端、服務(wù)器端和車載終端構(gòu)成，并采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、接入速度快、傳輸特性好、費(fèi)用低廉的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采用無(wú)線IP技術(shù)，資源利用率高，能夠與因特網(wǎng)(Internet)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，以支持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸^[4-5]，如圖1所示為系統(tǒng)的通信架構(gòu)。

　　本系統(tǒng)核心部件車載終端只需要安裝在公共自行車上即可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。車載終端主要由型號(hào)為HT66FU50 44LQF的MCU、定位數(shù)據(jù)獲取單元UM220-III N模塊、GPRS通信單元SIM900A模塊、GM8125異步串口擴(kuò)展模塊、按鍵模塊構(gòu)成，其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。MCU主要負(fù)責(zé)運(yùn)行數(shù)據(jù)處理和邏輯處理，與UM220-III N模塊和SIM900模塊通過(guò)串口相連，用于實(shí)現(xiàn)車載終端與服務(wù)器的TCP/IP通信;串口擴(kuò)展模塊用于將MCU單一串口擴(kuò)展為多串口，供上述兩個(gè)模塊使用;按鍵模塊用于自行車出現(xiàn)故障時(shí)的遠(yuǎn)程保修。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)所用HT66FU50是合泰半導(dǎo)體公司的8位精簡(jiǎn)指令集集成Flash的MCU，具有豐富的功能選項(xiàng)，且內(nèi)建完整的SPI和I2C功能，同時(shí)還具有EEPROM存儲(chǔ)器及多個(gè)定時(shí)器模塊。其外圍電路如圖3所示，引腳的主要功能為：RXD0及TXD0為與GM8125異步串口擴(kuò)展模塊相連的串口通信、INT0及INT1為按鍵模塊的外部中斷、E0-E5為GM8125異步串口擴(kuò)展模塊的地址選擇、A6及A7分別為GM8125異步串口擴(kuò)展模塊工作方式選擇及復(fù)位。

2.2 UM220-III N電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)所用UM220-III N是采用低功耗GNSS單片系統(tǒng)(SoC)芯片的Humbird北斗/GPS雙系統(tǒng)定位模塊，集成度高且功耗低，定位精度可達(dá)3至5米，可選擇工作方式為BD單獨(dú)定位、GPS單獨(dú)定位或GPS/BD雙模定位[6-8]。UM220-III N模塊提供一個(gè)輸出脈寬和極性可調(diào)的1PPS信號(hào)，其串口1為主串口，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸、固件升級(jí)功能，串口波特率可調(diào)，默認(rèn)波特率為9600bps，最高可設(shè)為115200bps。默認(rèn)輸出信息為NMEA-0183協(xié)議格式，默認(rèn)輸出定位信息(GGA)、地理定位信息(GLL)、衛(wèi)星信息(GSA)、可見衛(wèi)星信息(GSV)等多條數(shù)據(jù)。通過(guò)$CFGMSG、msgClass、msgID、rate命令即可將模塊默認(rèn)輸出數(shù)據(jù)設(shè)置為僅輸出GGA。