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共享单车智能控制系统的设计

来源:好走旅游网
智能应用

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

汽车

USBP

5V电压 无输出电_

充电模块

充电电池

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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