共享单车智能控制系统的设计

共享单车智能控制系统的设计

郭慧毅

(河南省开封高级中学，河南开封，475003)

摘要：随着2017年3月份郑州开始出现“共享单车”以来，在大家享受交通便利的同时，也出现了很多使用者随意丟弃单车、损坏单车的 事例，为此设计一种智能控制系统：以AT80C51单片机为核心，选用限位开关、压力传感器、无线信号传输模块、GPS定位器等装置；当 共享单车被故意破坏时，系统可以发出警报声；当单车被丟弃在桥洞、野外等很少有人经过的地方，超过一定时间后，系统可以通过GPS 卫星定位系统，自动向服务站发送位置及请求救援的指令，从而解决单车使用过程中被丟弃、被损坏的事情。关键词：共享单车；报警；定位

0前言

“共享单车”，即共享自行车，通过互联网自动实现付 费租赁使用的一种非常低碳绿色环保出行的交通方式。随着 2017年3月份郑州开始出现“共享单车”以来，在大家享 受出行便利的同时，也出现了很多使用者胡乱丢弃单车、损 坏单车的事例，每当看到堆积如山的单车“尸体”吋，都会 感到不敢相信、诧异不解，这不仅是对“共享单车”企业财 产的破坏，同时更是郑州市人们群众的精神文明素质的一种 体现。为此，很有必要设计一种智能服务系统减少这种现象 的发生。

时，电路被接通，单片机控制警报器电路接通，发出警报； 对于故意损坏二维码的问题，在二维码粘贴位置处加装压力 传感器，当想要通过硬物划伤的方法损坏二维码吋，压力电 阻受力，电阻大小发生改变，给单片机发出信号，由单片机 控制警报器电路发出警报。从而通过警报声引起周围人的注 意，从而制止破坏者。

对于共享单车被胡乱丢弃的问题，我们需要在共享单车 上加装GPS定位装置、无线信号接发处理器，当共享单车 在使用过程中，由无线信号接发处理器给共享单车企业设置 的服务器发出信号，当共享单车驶向郊区超出服务器的感应 距离时，单片机控制共享单车自动锁住，无法行驶；如果共

1总体设计

本设计是针对共享单车在使用中出现的一 些不文明现象，而设计的一种智能控制系统，目的是为了减少诸如故意损坏、随意丢弃等不 文明现象的发生。因此，本设计要解决如下几 个问题：第一，如何判断是否人为故意损坏；第二，当判断为故意损坏后，如何能够有效阻

图1

车座与坐管安装限位开关示意图

止人为故意损坏；第三，如何阻止胡乱丟弃共享单车的问题； 第四，当共享单车被丟弃后，如何快速找到单车，并尽快再 次投入使用。

为解决以上问题，该智能控制系统设计，以AT80C51 单片机为核心进行设计。由于共享单车使用过程中不断运 动，同时考虑到共享单车的低碳环保功能，该智能服务系统 在自行车身上加装太阳能电池板，通过太阳能电池板给系统 持续供电。对于故意损坏共享单车的问题，经过到共享单车 “尸山”实际考察，发现绝大部分都是共享单车上车座和二 维码的问题，即将车座卸掉，或将单车上的二维码用硬物划 损破坏，从而让单车成为僵尸车，无法使用。为此设计二个 电路来解决这些问题：对于车座来说，为了适应不同身高的 人骑行，车座是可以人为调节高低（即可以上下活动），因 此在车座与坐管连接位置处设置一个限位开关，当正常调节 车座高度吋，限位开关不起作用；当车座升起高度达到限位

享单车被遗弃在城市的巷道、沟渠、桥洞、涵洞等基本无人 经过的区域时，单片机通过计吋装置计时，一旦超过48小时， 系统通过无线信号处理器向服务器发出信号，请求救援，并 根据GPS定位装置，能够将位置告知服务器，以实现快速 找到单车的目的。

GPS定位器

压力

传感器图2

系统结构图

单片机

AT80C51蜂鸣器

车锁控制器

太阳能电

^_____40丨电子制作2018年1月

2硬件设计

单片机是将CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统 集于同一硅片的器件。目前单片机的品种很多，而80C51 是其中一款非常典型芯片，是8048的延伸，改进了 8048 的缺点增加了如乘MUU除DIV、减SUBB、比较CMP、 16位数据指针、布尔代数运算等指令以及串行通信能力 和5个中断源。采用40引脚双列直插式DlPDual In Line

Package内有128个RAM单元及4K的ROM。因此，本系

统综合各种情況考虑，决定选用AT80C51单片机作为系统 的控制核心。

限位开关：限位开关又称行程开关，可以安装在相对静 止的物体上或者运动的物体上，当运动物体接近静止物体 时，开关的连杆会驱动开关接点，然后由开关接点开、合状 态的改变去控制电路和电机。而本系统在设计时，考虑到车 座位置的上下可调性、与单片机连接通信的简单可靠性，决 定选择限位开关；考虑到安装位置、实际空间等情况，本系 统选用南京凯基特电气有限公司生产的M6.5X18超短型接 近开关，产品型号KJT-M6.5。

压力传感器：压力传感器是将压力变化转换成电学量的 一种器件，在精密设备、日常生活中的大型称重设备等方面 都有应用。考虑本设计中的应用场所要求传感器不能太厚， 同时不占用太多空间，本设计选用电阻应变片压力传感器。 电阻应变片压力传感器的原理是电阻应变效应，即电阻应变 片在受力时，会发生形变，从而电阻发生变化，最终电量发 生变化。

太阳能电池：太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电 的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到， 瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。本设计 中，考虑到共享单车的低碳环保特性，为给控制系统提供能 源，系统选用单晶硅太阳能电池。

无线信号接发处理器：无线数据传输广泛地运用在车辆 监控、遥控、遥测、工业数据采集系统、无线遥控系统、机 器人控制、无线232数据通信、数字图像传输等多个领域。 本设计选用JF24D无线收发模块，以实现无线通信、位置 传输的功能。

GPS定位装置：GPS定位器是内置了 GPS模块和移动

通信模块的终端，可以将GPS模块获得的定位数据通过移 动通信模块传至Internet上的一台服务器上，从而可以实 现在电脑或手机上查询终端位置。本设计中，当共享单车被 弃置后，为及时准确的找到，需要能够获得共享单车的实时 位置，因此本设计中选用了 GPS定位装置。GPS定位器将

&能应用

单车的位置信息传输给单片机，由单片机决定是否给服务器 发送位置信息，以实现系统设定的功能。

3软件设计

本服务系统具有多个功能：对车座是否破坏的报警功 能；对二维码是否破坏的报警功能；对共享单车超出服务器 范围的报警、自动锁车功能；对共享单车被弃置超过48小 时后，向服务器发送位置信息并请求救援的功能。

对车座是否破坏的报警功能：选用的限位开关输出的是 开关信号，可以直接连接到单片机上，从而控制蜂鸣器进行 报警。

对二维码是否破坏的报警功能：选用的是应变片压力传 感器，由于压力是模拟量，而单片机能接收与计算的是数字 量，因此需要将模拟量转化为数字量。模拟量是指在一定范 围内连续变化的物理量。而数字量是指在数量和时间上都是 离散量的物理量。模数转换需要通过A/D转换器来实现。 数模转换主要对模拟信号进行采样，然后量化为二进制数字 信号。而本设计的程序应用模块化设计的方法，主要包括以 下几个方面：第初始化；第二，压力传感器检测是否 受力；第三，模数转换；第四，单片机内部的运算，由于 曰常天气原因，如大风天气等，让压力传感器受力，所以在 单片机内部设定一个合适的数值，然后将压力传感器传递进 来的数值与设定值进行比较，如果超出，判定为故意破坏； 第五，启动蜂鸣器。具体的流程图如图3所示。

图3

二维码保护程序流程图

对于单车是否超出服务器范围，通过无线信号接发模块与服务器实时联系，当无法收到服务器的信号后，单片机直接对车锁控制器发出锁车指令。对于单车被弃置，如何快速找回的问题，只需要简单的计时判断指令，当超过48小时，

(下转第43页）

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V能应用

存在，就向执行模块发出报警信号。

(3)执行模块：由蜂鸣器和执行元件SIM800C 手机模块组成。执行模块接收来自控制模块的信号，通过蜂鸣器提醒车内遗留人员温度和氧气浓度已到极 限值，通过SIM800C手机模块给预存联系人发短信、拨打电话通知其车内遗留儿童或其它人员，短信会同 时发送至预存的三个手机号码，在拨打电话的过程中，先拨打第一个，如打不通再顺序拨打第二个第三个号码。

由于考虑到该装置要有较强的适用性，与使用车辆的对 接方便性、实用性，以及尽量不改动车辆本身的电路，因此 我们采用了内置蜂鸣器，只能在车内对遗留人员进行声音提 醒，比如有人喜欢关闭车门在车内休息睡觉，若氧气含量不 够时则可以蜂鸣提醒。若考虑在车辆外部进行声音或者灯光 报警，我们预留了扩展口，只需连接相应的电路则可以利用 车辆本身的喇叭、危险报警电路进行声光报警。

图3

有

汽车

USBP

5V电压 无输出电_

充电模块

充

充电电池

放

充电模块

充电电池

电源模块工作原理图

口连接，当车辆熄火后可用内置电源供电，汽车起动后由

USB 口通过内置电源模块给内置充电电池充电。使装置不

用汽车原有电路进行改装，又可避免应汽车熄火后无电源而 使装置无法正常进行工作。

3结论

目前汽车领域关于汽车护童、防窒息、防人员滞留的设 计有多种，其中_些已在汽车品牌上得以应用。与市面上其 他装置相比，本装置的创新之处有三点：一是可发送短信和 拨打预存电话给司机或其它联系人，多重报警准确可靠，人 机交互界面操作简单方便；二是无需改变汽车原有程序和装 置，该装置灵敏小巧且可靠性高，只需插入汽车内USB 口 即可使用，适用性强，包括校车在内的各种车型都可安装使 用，不存在技术壁垒；三是本装置内置电源，车辆熄火后可 用内置电源供电，减小暗电流，汽车起动后通过USB 口给

图2执行模块工作原理图

内置电源充电。本装置生产技术要求低，生产成本低，适用

(4)

广泛，在汽车安全保护装置的市场有很大的发展前景。

人机交互（触摸屏）模块：由触摸屏（智能串口

参考文献

氺[1]毛亮，胡健，杨繁庆.基于MCS-51单片机的车内防窒息报警 智能控制系统[J].信息系统工程,2016,(10):25

氺[2]王艳，汪敏.车内中暑会要命汽车内中暑的预防和急救[J].健 康博览，2015,(8)

HMI)组成。此触摸屏能自由显示图片及进行按键操作，可

输入联系人电话并显示，操作方便，体积小，简单快捷实现 人机交互。预存电话号码可以存多个联系人，一般情况下我 们预存三个，用于单片机控制执行模块发送短信'拨打电话 给预存的联系号码。

(5) (上接第41页)

电源模块：本装置使用内置电源，通过汽车USB

单片机就通过无线接发模块向服务器发出救援请求指令，同 时将位置信息发出。

参考文献

氺[1]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空 航天大学出版社，1992.

4结论

通过分析得出本设计是可行的。通过本次设计，对无线 信号接发模块、太阳能电池、限位开关等知识，有了更深_ 步的理解，让我对学习的兴趣更加浓厚。在此，希望本设 计能够对共享单车的日常管理提供一定的帮助，让共享单 车能够健康有序稳健的运行下去，同时减少郑州市的不文 明现象。

氺[2]王应军，赵晨萍，刘文闯.基于AT80C51单片机的智能小车 设计.福建电脑，2009.

氺[3]董涛，刘进英，蒋苏.基于单片机的智能小车设计与制作[J]. 计算机测量与控制，2009.17 (2) : 380-382.

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