基于北斗/GPS的城市公共自行車管理系統(tǒng)設計

作者/ 周朝霞 林思遠 邱雪蓮 廈門大學嘉庚學院 信息科學與技術學院(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，本文研究并設計了一套基于北斗/GPS定位的城市公共自行車管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由安卓(Android)手機終端、服務器端和車載終端組成。車載終端以單片機 (MCU)為主控芯片，并采用北斗定位模塊、GSM/GPRS模塊及按鍵模塊進行公共自行車運行狀態(tài)的監(jiān)測及遠程通信。本設計能夠實現(xiàn)車輛查找、空位查詢、損壞報修、車輛定位、車輛管理、信息登記等功能。實際測試表明，該系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定、裝配簡易、操作便利和功能豐富的特點，同時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)?！庇^念的深入人心，自行車成為了很重要的交通代步工具。目前市場上運營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)“還時滿車，借時空樁”的現(xiàn)象，尚無法由管理系統(tǒng)對損壞車輛進行識別。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點，而服務網(wǎng)點規(guī)劃與布局需要更多詳細可靠的數(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)設計，旨在實現(xiàn)車輛查詢、空位查詢、車輛報修、服務點導航、借車管理、轄區(qū)監(jiān)測等功能，以使市民和維護人員直觀、便捷地查詢服務點信息及車輛待修信息，并能通過轄區(qū)監(jiān)測對轄區(qū)服務點設置提出優(yōu)化建議，從而進一步提升公共自行車服務系統(tǒng)的信息化水平。

1 系統(tǒng)總體結構設計

　　本系統(tǒng)由Android手機終端、服務器端和車載終端構成，并采用GPRS進行數(shù)據(jù)通信，具有網(wǎng)絡覆蓋范圍廣、接入速度快、傳輸特性好、費用低廉的優(yōu)勢，同時采用無線IP技術，資源利用率高，能夠與因特網(wǎng)(Internet)實現(xiàn)無縫連接，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。

　　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現(xiàn)對運行狀態(tài)的監(jiān)控。車載終端主要由型號為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異步串口擴展模塊、按鍵模塊構成，其總體結構如圖2所示。MCU主要負責運行數(shù)據(jù)處理和邏輯處理，與UM220-III N模塊和SIM900模塊通過串口相連，用于實現(xiàn)車載終端與服務器的TCP/IP通信;串口擴展模塊用于將MCU單一串口擴展為多串口，供上述兩個模塊使用;按鍵模塊用于自行車出現(xiàn)故障時的遠程保修。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 單片機及其外圍電路設計

　　本系統(tǒng)所用HT66FU50是合泰半導體公司的8位精簡指令集集成Flash的MCU，具有豐富的功能選項，且內建完整的SPI和I2C功能，同時還具有EEPROM存儲器及多個定時器模塊。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異步串口擴展模塊的地址選擇、A6及A7分別為GM8125異步串口擴展模塊工作方式選擇及復位。

2.2 UM220-III N電路設計

　　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3至5米，可選擇工作方式為BD單獨定位、GPS單獨定位或GPS/BD雙模定位[6-8]。UM220-III N模塊提供一個輸出脈寬和極性可調的1PPS信號，其串口1為主串口，支持數(shù)據(jù)傳輸、固件升級功能，串口波特率可調，默認波特率為9600bps，最高可設為115200bps。默認輸出信息為NMEA-0183協(xié)議格式，默認輸出定位信息(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$CFGMSG、msgClass、msgID、rate命令即可將模塊默認輸出數(shù)據(jù)設置為僅輸出GGA。