往年12级全部提交版2

1、独 创 性本人所呈交的是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，中不包含他人或撰写过的研究成果，也不包含为获得 重庆邮电大学 或其他已经的学位或而使用过的材料。与我一同工作的对本文研究做出的贡献均已在中作了明确的说明并致以谢意。作者签名：日期：年月日使用书本人完全了解重庆邮电大学保留、使用纸质版和的规定，即学校向国家有关部门或机构送交，允许被查阅和借阅等。本人重庆邮电大学可以本的全部或部分内容，可编入有关数据库或信息系统进行检索、分析或评价，可以采用影印、缩印、扫描或拷贝等保存、汇编本。（注：的在后适用本书。）作者签名：导师签名：日期：年月

2、日日期：年月日摘要摘要低碳出行的电动自行车租赁系统能有效地提高道路利用率，减少交通拥堵，在市民短距离出行、休闲旅游和换乘等方面发挥积极作用。虽然部分城市开展了电动自行车租赁系统的尝试，但是现有系统租赁站点中大多存在实用性、操作系统、RFID 无线射频是保障租赁系统运行稳定可靠和实时性和安全性等方面的。因此，研究基于识别、CAN 总线等技术的电动自行车租赁车辆租赁方便快捷的关键。本文在深入研究电动自行车租赁系统结构和功能需求的基础上，采用“集中管理、分散控制”的设计，设计了位于设备层的电动自行车租赁。服务由服务终端和车桩组成，不仅可进行数据获取，还集成数据提取、数据分析、数据显示和处理等多层次功

3、能。根据电动自行车租赁功能需求，对服务终端和车桩的设计方案进行对比论证，选择了基于 ARM 和单片机组合的设计方案。围绕设计方案对租赁的硬件设计和底层设计进行详细分析，并对硬件和方案进行了选型。中服务终端硬件设计以S5PV210 为，车桩硬件设计以STC12C5A60S2 为信模块、显示模块、，将硬件电路分为控制模块、模块、数据通模块等几部分进行设计，并对 PCB 板卡设计中关键问题进行研究与分析。租赁设计基于Linux 系统，首先将 Linux 系统移植到服务终端 ARM 3G 模块驱动、本文最后对，然后对 CAN 总线驱动、RFID 驱动、WiFi 模块驱动、数据库等进行分析与设计。的硬件

4、电路和设计进行了测试，表明服务平台能稳定可靠地工作，满足基本的设计要求。：电动自行车租赁系统，Linux，S5PV210，车桩IAbstractAbstractThe electric bicycle rental system is focused on low carbon travel, can improve the road efficiency and re ve traffic congestion. It plays an active role in the public short-distance travel, leisure tourism, as well as p

5、ublic transpor ion transfer. Some cities have launched electric bicycle rental system, but most of the service platforms in the rental site are poor in practicability, real time, security and other aspects. Therefore, the study of embedded operating systems, Radio Frequency Identification (RFID), Co

6、ntrollerArea Network (CAN) and other technology for electric bicycle rental service platform isthe key to ensuringt the rental system runs stable and reliable, the bicycle leasing isconvenient and efficient.After studying the structure and functional requirements of electric bicycle rental system, t

7、he design philosophy of concentrated management and dispersed control hasbeen usedhis thesis. The smart rental service platform located at the device layer isdesigned. The service platform is comed of service terminal and parking equipment. Itnot only get data, but also have data extraction, datapro

8、sing and other functions.ysis, data display, alarmAccording to the demands of the electric bicycle rental system, the design schemesof the service terminal and parking equipment are compared and designed. And the designscheme based on Advanced RISC Machines (ARM) and single-chip prosor is chosen.The

9、 hardware design and the underlying software design of the rental service platform are yzed in detail. Then, the hardware chips and software solutions are selected. The hardware design of the self-service terminal uses S5PV210 as the core chip, the hardwaredesign of the parking equipment uses STC12C

10、5A60S2 as the core chip. The hardwarecircuit is dividedo several sections for designing, including the core control module,the reader module, the data communication module, the display module, the alarmmodule, etc. And the key ies in the Pred Circuit Board Design are studied andyzed. The software of

11、 the self-service terminal is designed based on the embeddedLinux system., the embedded Linux system is transplanted to the self-serviceterminal ARM platform. And then the CAN bus driver, RFID driver, Wireless Fidelitydriver, the Third Generationand designed.munication driver anddatabase areyzedIIAb

12、stractFinally,his thesis, the hardware and the software design of the service platformare tested. The test results showbasic designing requirements.t the service platform can work normally, meet theKeywords: electric bicycleplatform, parking equipmentrentalsystem,embeddedLinux,S5PV210,serviceIII目录目录

13、图录VIII表录XI注释表XII第 1 章1.11.2绪论1研究背景与意义1国内外发展状况2国外发展情况2国内发展情况2主要研究内容3章节安排4电动自行车租赁系统研究与分析5现有电动自行车租赁系统分析51.31.4第 2 章2.12.1.12.1.22.1.3电动自行车租赁系统功能分析6电动自行车租赁系统相关技术7电动自行车租赁系统现存问题72.22.32.4电动自行车租赁系统设计分析9电动自行车租赁系统整体构架10结构分析12租赁系统2.4.12.4.22.4.3租赁服务终端13租赁服务停车桩13租赁数据传输分析132.5第 3 章3.1本章小结14电动自行车租赁系统设计15设计需求分析15

14、IV目录3.2总体方案设计16方案论证16总体设计18硬件总体设计19硬件方案设计193.2.13.2.23.33.3.13.3.2选型分析20总体设计23架构23操作系统选型24数据处理方式及协议选型25主要3.43.4.13.4.23.4.33.5第 4 章4.14.2本章小结26硬件分析与设计27硬件详细设计27模块电路设计分析28主控4.2.14.2.24.2.34.2.44.2.5ARM器电路29ARM 时钟电路31ARM 配置和复位电路31ARM 调试与测试电路32车桩最小系统设计324.3数据通信模块设计分析334.3.14.3.24.3.34.3.44.3.5CAN 总线通信模

15、块33RFID 射频识别 343G 通信模块35以太网通信模块35WIFI 通信模块364.4其他模块设计374.4.1 电源模块设计37V目录4.4.24.4.34.4.4显示模块设计38SD 卡模块设计38语音提示模块设计394.5PCB 设计分析40PCB 分层布局设计40PCB 板 EMC 设计41本章小结41分析与设计43linux 系统移植434.6第 5 章5.15.1.15.1.25.1.35.1.4交叉开发环境搭建43Bootloader 定制与移植43Linux 内核定制44文件系统的制作455.2人机交互设计分析45用户操作模块驱动设计45语音提示模块驱动设计45数据通信

16、设计分析465.35.3.15.3.25.3.35.3.45.3.55.3.6CAN 现场总线驱动设计46RFID驱动设计523G 通信驱动设计52以太网通信驱动设计54WIFI 网卡驱动设计56数据通信安全设计585.4数据安全设计分析595.4.15.4.25.4.3读写操作分析59SD 卡数据读写分析62数据库设计63VI目录5.55.6第 6 章6.16.2异常应急处理分析65本章小结66测试与验证67硬件测试67环境测试696.2.16.2.26.2.36.2.4测试的搭建69系统移植测试70数据通信测试72数据检测766.36.4第 7 章7.17.2性能测试78本章小结79总结与

17、展望80全文总结80展望80参考文献82附录 A硬件设计原理图和 PCB 板卡86附录 B关键代码91致谢96攻读学位期间从事的科研工作及取得的成果97VII图录图录图 2.1图 2.2图 2.3图 2.4图 3.1图 3.2图 3.3图 3.4图 3.5图 4.1图 4.2图 4.3图 4.4图 4.5图 4.6图 4.7图 4.8图 4.9电动自行车租赁站点实物图5电动自行车租赁系统分层结构9电动自行车租赁系统框架11结构框架12设计方案17租赁电动自行车总体设计框图18硬件框图20服务终端设计框图23车辆租赁操作流程25服务终端硬件设计框图27车桩硬件设计框图28NAND Flash 硬

18、件连接原理图29SDRAM 硬件连接原理图30启动方式拨码开关连接图31UART 引脚与 SP3232 硬件连接32CAN 总线连接图33MFRC522 硬件连接图34AD3812V2 模块硬件连接图35图 4.10图 4.11图 4.12图 4.13图 4.14图 4.15网络接口硬件连接图36TL-WN321G+无线网卡实物图36电源模块电路图37SD 卡电路连接图39语音模块电路连接39服务终端板叠层结构40VIII图录图 4.16 服务终端底板和车桩板卡 PCB42图 4.17图 5.1PCB 设计42SPI 协议格式46ISD1760图 5.2图 5.3图 5.4图 5.5图 5.6

19、图 5.7图 5.8图 5.9标准帧各段组成结构46MCP2515 读指令时序48MCP2515 写指令时序49MCP2515 初始化流程50CAN 波特率计算器50MCP2515 数据收发流程51MFRC522 寄存器初始化顺序52DM9000 驱动程序体系结构54图 5.10图 5.11图 5.12图 5.13图 5.14图 5.15图 5.16DM9000 数据包收发流程55WiFi 无线网卡结构56DES 算法示意图58与 M1 卡通信流程60M1 卡动态加密方法61SD 卡驱动的体系结构62ARM下操作界面64图 6.1图 6.2图 6.3图 6.4图 6.5图 6.6图 6.7图

20、6.8图 6.9时钟信号测试图68发射信号波形图69信号测试图69无卡状态有卡状态开发测试环境70uboot 烧写过程71zImage 烧写过程71文件系统烧写过程72串口终端操作界面72服务终端 CAN 总线数据测试图73IX图录图 6.10图 6.11图 6.12图 6.13图 6.14图 6.15图 6.16图 6.17图 6.18图 6.19车桩 CAN 总线数据测试图733G 拨号连接结果743G 网络接入测试74DM9000 网卡启动信息75DM9000 接入网络测试图75网络限速测试图76SD 卡加载信息76检测77保存在 SD 卡中的数据库文件78RentSe.db 数据库信息

21、78X表录表录表 2.1表 3.1表 3.2表 3.3表 3.4表 3.5表 4.1表 4.2表 5.1表 5.2表 5.3表 5.4表 5.5表 5.6表 5.7表 5.8表 5.9表 6.1表 6.2租赁系统相关技术描述7总体需求分析15设计方案对比17外部功能模块选型分析22操作系统比较24常见数据库比较25底板模块工作电压对照表38SD 模式引脚结构38自定义数据报文格式 47报文筛选寄存器真值表47无线网卡组件实现56M1 卡存取控制结构表59M1 卡存取控制参数设置表59用户卡 64租赁站点费率表64租赁站点车桩信息65用户租还车 65电源测量结果67测试工具表70XI注释表注释表

22、Advanced RISC Machines，精简指令集计算机ARM AP API CAN CPU CRC DDR DSP EMI FPGA GUI IC JTAG LCDLSB MCU MSB PCB PHY PLL RFID RISC RTCSPIWireless Acs Po，无线接入点Application Programmingerface，应用程序编程接口Controller Area Network，控制器局域网Central Prosing Unit，处理器Cyclic Redundancy Check，循环冗余码校验 Double Data Rate，双倍数据速率Digita

23、l Signal Prosor，数字信号处理器Electromagneticerference，电磁干扰Field Programmable Gate Array，可编程门阵列Graphical Usererface，图形用户界面egrated Circuit，集成电路Test Action Group，联合测试工作组JoLiquid Crystal Display，液晶显示器 Least Significant Bit，最低有效位 Micro Controller Unit，微控制器Most Significant Bit，最高有效位Pred Circuit board，印刷电路板Physi

24、cal Layer，物理层 Phase Locking Loop，锁相环Radio Frequency Identification，射频识别Reduced Instruction Set Computer，精简指令集 Real Time Clock，实时时钟Serial Peripheralerface，串行外设接口XII注释表SQLSDRAM WIFIStructured Query Language，结构化查询语句Synchronous Dynamic Random AcWireless Fidelity，无线保真s Memory，同步动态随机存取内存Universal Asynchro

25、nous Receiver Transmitter，通用异步接收UARTUSBUniversal Serial Bus，通用串行总线XIII第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 研究背景与意义近年来，随着我国经济的飞速发展和进程的加快，城市逐年增加，居民出行量不断递增。截止 2013 年底，城镇化率到 53.7%，城镇常住达7.3111 亿。据约为 1415 亿，世界展望和世界城市展望，2050 年我国将接近 1216 亿，率可达到 77%81%；2100 年我国率达 86%89%。快速城镇化的同时机动车数量也与日俱增，我国城市交通机动化表现为小汽车化。截止 2013 年，机动车数量在我国已

26、突破 2.5 亿辆，其中汽车超过 50%。增长的机动车辆提高了人们生活质量，但所堵严重制约着城市的发展。的环境污染、交通拥优先建设城市公共交通是现今解决交通问题最有效的方式之一，我国城市主要有公共汽车、地铁和轻轨等工具，也包括轮渡、出租车等辅助交通工具。我国城市道路与公共交通自 2000 年以来累计投资已超过 2 万亿元，但由于公共交通站点布局和运行线路限制，公共交通难以覆盖城市每个角落1。公共交通体系末端 1 至 2公里没有合适的短距离交通出行工具，出现了“最后”问题。“最后”问题中，人们步行费时，“打的”较贵，乘转车较麻烦。为提高出行分担率，解决人们交通出行难题，低碳环保的公共自行车服务系

27、统成为了城市交通发展的一大趋势。公共自行车服务系统以当地市民和外地游客为服务对象，在限定区域内提供若干站点，为人们提供免费或者象征性的自行车，并能在任意租赁站点实现车辆借还。公共自行车避免了自购车辆的缺点，具有存车方便、不易丢失、使用率高等特点。电动自行车租赁系统提供电动自行车租赁，电动自行车使用环保电力，不污染大气；骑行百公里耗电仅 1 度左右，每次充电可行 30 至 50 公里；相对普通自行车更加省时省力，能进一步优化系统。电动自行车接驳车、轻轨等公共交通，就近归还电动自行车，方便市民出行。此租赁系统是一项惠民、便民的公共服务，响应倡导的“绿色低碳出行计划”发展，蕴藏着提高道路利用率，减少

28、交通拥堵，推进节能减排等潜力。1第 1 章 绪论1.2 国内外发展状况1.2.1 国外发展情况公共自行车服务系统于欧洲，共经历三个阶段。第一代于荷兰，地方将的自行车放置于市区各处，供给市民免费骑用；第二代公共自行车需投硬币方能骑用，归还车辆时会将硬币退还给使用者；上世纪 90 年代末，欧洲出现了第三代公共自行车服务系统，该系统实现了对公共自行车的数字化管理和运营。公共自行车服务系统现已在五大洲 49 多个国家运营。2013 年，法国 37 个城市实现了公共自行车租赁服务，车辆数量达到 45650 辆；2007 年创建黎自行车服务系统 Velib 具有世界最高的用户使用率，仅运营第一年便超过 2

29、 千万人次使用，年均利润达 3 千万，是法国唯一赚取稳定净收益的公共交通项目；除此之外，36%丹麦市民使用公共自行车作为交通工具芝加哥设有 1038 公里专用车道和 300 个自行车租赁站点2。截止 2013 年，已有 535 个城市开展了公共自行车项目，但兼容电动自行车租赁的系统较少。电动自行车租赁系统是公共自行车租赁的发展趋势，租赁站点应用计算机技术、无线通信和互联网等技术实现对电动自行车与普通自行车的智能化管理。2014 年，推出全球首个智能电动自行车租赁系统，可实现预约租赁车辆；系统提供 65 个租赁站点，租赁站点实现交通路况信息的显示。伦敦现已实现设施可与站点行程联动，租赁自行车的服

30、务系统，但这些系统均存在车辆或损坏无法被及时处理的现象。1.2.2 国内发展情况借鉴国外相关经验，、杭州、常州、等 61 个城市陆续推出了公共自行车服务系统3。公共自行车租赁站点总数至 2015 年已超过 1000 个，车辆达 5 万辆，形成了覆盖全市主要交通枢纽的租赁服务网络。2008 年 5 月启动的杭州公共自行车服务系统，现已拥有租赁站点 3113 个，公共自行车 78000 辆，日租用量最高可达 41.14 万余人次，乃至世界最成功的公共自行车服务系统。20142第 1 章 绪论拥有公共自行车 9 万辆，是目前最大的公共自行车年今日，服务系统。我国公共自行车服务系统租赁站点主要设立在站

31、旁、景区和休闲商务区。租赁站点是物联网的典型应用，主要实现数据交易逻辑控制，交易和用户交互界面显示功能。但该系统在我国发展时间较短，多数采用国外现有方案，存在许多，主要表现为缺少车道建设，车辆数量有限，租赁站点少且布局不合理，与公共交通衔接，缺少车辆维修点。现今我国尚未出现对电动自行车的租赁，要打造一个“方便、简单、快捷、低价”且稳定性高的电动自行车租赁系统，系统需实施技术创新，融合通信网络、控制技术、传感器技术、数据处理技术等多学科知识。1.3主要研究内容本来源于重庆邮电大学和重庆通盛建设工业合作项目“公共电动自行车租赁服务系统电子模块及开发”。为解决城市出行最后和缓解城市环境污染、交通拥堵

32、问题，项目结合公共自行车的优缺点，提出以电动自行车为主要交通工具的系统开发及应用方案。根据租赁系统实际需求，运用Linux、控制器局域网(Controller Area Network，CAN)、RFID 无线射频等技术，完成了公共电动自行车服务系统中租赁硬件及底层的研究与设计。为实现所具备的功能并提高研发效率将整体研发工作分为方案论证、方案设计与实现、联合测试三大阶段。以上各阶段都需要对最初的方案进行修改与完善以使系统更加完整、稳定和可靠，本具体研究内容包括以下方面：1. 调研现有租赁系统存在，确定本设计需要解决和完善，将使用何种技术方案达到功能需求；2. 深入了解国内外电动自行车租赁系统的

33、发展以及系统工作原理、体系结构的基础上，结合实际需求给出租赁的设计方案；3. 根据设计方案和各功能模块元器件的，结合已有电路设计方案，对系统硬件进行设计，完成原理图的绘制以及PCB 板的制作；3第 1 章 绪论4. 研究各模块工作流程，结合 RFID 技术、CAN 总线技术、WiFi 技术以及嵌入式 Linux 开发等知识，实现终端设备数据收发、RFID 卡识别、电动自行车停放管理和等功能，完成底层设计；5. 搭建测试环境，完成系统各模块调试工作，以及系统的联调。1.4 章节安排本文主要完成电动自行车租赁系统的设计与实现，整体划分为七章，具体组织结构如下：第一章，绪论。阐述本文的研究背景、来源

34、及意义，并给出本文的研究内容以及各章节安排。第二章，电动自行车租赁系统研究与分析。对现有公共自行车服务系统存在的问题进行综合分析，在此基础上给出改进办法和租赁系统的设计方案，针对系统中的作用和通信方式进行详细分析。第三章，电动自行车租赁系统设计。分析的作用和设计要求，给出电动自行车租赁系统中的设计方案。然后重点对软硬件设计进行详细分析，并对涉及的相关模块进行选型。第四章，硬件分析与设计。首先针对功能需求提出硬件总体设计方案；然后对具体硬件电路进行设计，包括控制模块、模块、数据上传模块、显示模块、电源模块、模块等；最后对 PCB（Pr印制电路板）进行分析与设计，使其具有良好的性能。ed Circ

35、uit Board，第五章，分析与设计。首先对 uboot、Linux 内核、根文件系统的linux 系统到定制，并移植；然后详细分析人机交互模块和数据通信模块的驱动程序设计；最后对的安全进行设计分析。第六章，测试与验证。主要完成对硬件和的调试工作，以及对系统设计的测试与验证。第七章，总结与展望。对本文研究内容进行总结，并对后续工作进行展望。4第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析电动自行车租赁系统不是电动自行车与租赁方式的简单组合，而是综合众多技术与科学管理理论的创新型系统，电动自行车仅为众多技术中的一个载体。本章分析了现有公共电动自行车服务系统的组

36、成、运营优缺点和存在，提出了更加完善的电动自行车租赁系统设计方案。2.1 现有电动自行车租赁系统分析电动自行车租赁系统即在某区域内（城市、大型景区、大学城等），隔一定距离规划出停放公共电动自行车的租赁站点（如社区门口、校园门口、车站、商圈、景点、换乘点等），每个点停放一定数量的电动自行车4。市民凭借在系统售卡处所办理的卡片租用车辆并在一定时间内使用，租用信息经处理后将保存于服务器。公共电动自行车租赁站点如图 2.1 所示，租赁站点包含服务终端、车桩和电动自行车三部分。服务终端电动自行车/自行车车桩图 2.1 电动自行车租赁站点实物图5第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析电动自行车租赁系统融

37、合计算机、互联网和无线通信等技术，以配套的自行车路网为载体，实现系统的数字化运营和管理5。电动自行车租赁系统提供的车辆低碳环保，可有效地节约道路资源，缓解居民出行问题。但现有租赁系统存在着一些，无法达到高实时性、高精确度、高效广泛且全方位等管理特性。2.1.1 电动自行车租赁系统功能分析公共电动自行车是面向全社会的，相对于私人电动自行车，具有集中停放、统一管理、使用率高、使用权与所分离特性。电动自行车使用环保电力作为驱动力，性大、可到达性高，可辅助与补充城市体系，增强区域微循环。电动自行车租赁系统主要通过以下几个子系统实现车辆通租通还、自助服务。1. 车辆停放子系统公共电动自行车解决了私有车辆

38、停放空间，可让用户方便地使用电动自行车。系统中不同企业所生产的电动自行车使用标识区分，通过停车设备有序停放车辆。2. 租用管理子系统电动自行车租赁系统需实现用户租还车时间、权限、租用量等信息的管理和统计分析。该子系统主要完成车辆、各类设备、租赁站点、维修点等数据的。中心对全部数据进行、核对与整理，形成决策分析及数据挖掘所需的基础数据。3. 通信子系统租赁系统完成了用户、管理员、车辆和各类设备的数据交互，高效可靠的通信子系统是各功能协调工作的保障。为使各通信畅通，系统应结合实际情况选用有线或无线通信方式。4. 清结算子系统电动自行车租赁大多采用有偿租车，清结算功能完成用户消费金额等重要信息的整理

39、。子系统分析租还车所产生的各类数据，对用户充值、退保证金、和消费等做好，并可对系统中各种数据进行查询、汇总统计。5. 调度管理子系统许多企业管理的租赁站点数量可达上千个，确保用户在站点有车可租是十分重6第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析要的。子系统通过对租用数据的挖掘，给出智能调度方案，及时、高效地调度电动自行车，保证各租赁站点车辆数量不发生短缺和满溢。6. 防盗子系统为防止他人毁坏系统设备，租赁系统需对租赁站点以及车辆进行安全防盗管理。防盗主要由头、GPS 等设备组成，实现对电动自行车和站点设施的。2.1.2 电动自行车租赁系统相关技术由多个子系统的电动自行车租赁系统，主要研究内容包括

40、系统中数据的集中处理和融合共享，租赁站点的规划与建设，车况等资源信息的处理及，用户、车辆及租赁站点状况的实时更新。以纽约公共自行车服务系统为例，系统将纽约市自行车路线图以及各种相关服务进行整合，利用完善的租赁字化、自动化管理6。完成了车辆全面数搭建电动自行车租赁管理需要对系统软硬件产品进行开发。目前电动自行车租赁系统应用技术主要涉及感测技术、通信技术和控制技术，如表 2.1 所示。表 2.1 租赁系统相关技术描述名称描述感测技术应用射频技术或机械电子用户、车辆信息，并将原始数据处理成便于传输的信息。该技术主要应用于车辆到位检查、用户借还车、车辆充放电操作通信技术租赁系统各都需通信技术来实现数据

41、的传输。通信介质分为有线、无线，有线介质包括通信电缆、双绞线和光纤等；无线介质包括传统的微波通信、短波等电动自行车管理的主要目的是根据检测情况实现车辆借还操作，该操作需用控制技术到控制技术。此技术主要负责给各执行模块发出控制指令，完成车辆锁止、信息提示等服务2.1.3 电动自行车租赁系统现存问题感测、通信、控制技术的应用很大程度了电动自行车租赁系统性能。但我7第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析国对于该系统的研究起步较晚，目前只解决了部分难题。租赁信息处理与传输普遍采用 PC 机和单一有线通信方式，对于将 GPS 防盗、移动通信、WiFi 以及等相关技术应用到电动自行车租赁系统尚处于初级阶

42、段。目前，我国电动自行车租赁系统主要存在以下方面。1. 整体水平较低我国大部分城市均设立了租赁，但除简单的机械式租还车操作外并没充分发挥协调工作能力；大多数租赁系统程度低，无法形成，不完整运营体系导致亏损，需依靠扶植；国内企业参与此系统研究数目众多，所建系统扩网较慢，车辆破坏严重；系统稳定性、易操作性等问题严重制约着产业发展，难以满足如今的需求。2. 协调力度较差系统租赁站点分布于城市多地，各站点在不同时段借还车需求量各不相同。经营者需对车辆实行调配，避免各租赁站点车辆数量不均衡。目前车辆调配较为，调配不及时、调配路径不合理等问题影响着系统的运营服务水平7。除此之外，系统运营中用户所遇到无法得

43、到及时解决，降低了用户对系统的信赖度。3. 创新性不够我国租赁系统大多应用现有方案，未根据实际情况作出调整。租赁站点分布不合理，致使车辆使用频率不高；多数租赁站点还采用人工服务，租还车操作只能单人进行，排队等候现象时有出现；租还车操作不够简便，用户租还、查询花费时间较长；车辆老化致使组件损坏，系统未能判别。智能手持终端、互联网等技术的飞速发展，人们租还车的支付、操作发生了较大变化，但这些改变的研究未引入于系统，系统缺乏突破性发展。4. 安全性现今的租赁系统对车辆防盗、损坏检测以及用户数据安全方面都有待加强。随着车辆使用频率以及车龄的增加，行驶途中车身散落等状况时有发生，车辆质量及保养问题有待解

44、决；车辆使用过程中丢失却无法追回；数据、传输中泄密问题还需完善。5. 性能随着用户租赁请求的增多，系统均产生海量数据，使其性能要求逐渐。8第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析用户租赁信息更新和车辆调度最佳方式确立都需在短时间内响应，因而系统处理要求高实时性。国内租赁系统无长远规划，未来升级工作变得。2.2 电动自行车租赁系统设计分析面对电动自行车租赁系统存在，如何对系统升级改造，使其运行可靠、管理智能科学、操作简单方便且成本低廉成为一大。本文租赁系统的设计采用“集中管理、分散控制”，运用科学、智慧的管理，打造一个适合经营者和用户可持续发展的系统。为让电动自行车租赁管理实现高实时性、信息化和

45、智能化，根据各的用途，本租赁系统分为信息层和设备层。信息层使用 Ethernet 网传入设备层信息，完成各类数据的管理、控制和调度。设备层可细分为参数层子层与控制子层，如图 2.2 所示。参数子层由系统各种终端和传输控制设备组成，实现租赁站点、车辆状况以及用户等信息的实时与传输；控制子层实现数据的处理和归类。下面从方式、传输方式和数据处理方面对现有租赁系统进行改进。信息层设备层智能化控制信息展示平台控制层企业网办公局域网控制网综合管理平台企业门户网站参数层用户参数租赁点参数车辆参数类图 2.2 电动自行车租赁系统分层结构1.智能化多数系统未对车辆的损坏、丢失、使用状态等进行规划与设计，对车辆的

46、租用管理尚采用人工操作。本文设计改善了各方面租赁操作，采用自动化管理模式，9设备工作状态网点分布情况设备使用频率车辆租还操作车辆损坏参数电量信息参数车辆防盗定位用户消费记录用户信息查询用户信息修改第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析避免大量人力物力消耗。车辆状态采用传感器进行监测，并安装 GPS；系统采用 RFID、技术智能辨别车辆、用户的权限；系统可结合运营环境，修改租赁站点参数；租赁站点完成不同时段数据的整理与发送。2. 多种数据传输方式租赁系统大多采用有线传输，断网时无法实现租赁操作。现今 3G 等无线通信也可保证大数据高质量传输，本系统采用有线与无线通信相结合方式进行数据传输。租赁

47、系统有线通信无法使用时，将切换至无线网络，保证各功能数据交互不中断。随着智能手持终端的快速发展，兼容此类设备无线接入的智能租赁系统将成为发展的趋势。3. 优化租赁处理能力租赁结构升级不仅仅是处理器性能的，更应使各协调工作。如今的租赁站点数据处理大多采用 PC 机，此类方案极大地浪费了处理器资源，增大了功耗与设计成本。各处理器的选型应结合实际需求进行合理配置，所设计的系统应做到使用资源的优化，兼容当前运营的租赁系统。4. 信息层数据融合如今的系统应运用云计算、数据挖掘和大型数据库等技术，融合各系统相关数据信息，进行集中处理、分析和管理。系统能有效地、分析各种设备工作情况（车辆位置、设备状态和调度

48、条件等），结合具体事件与规则管理各子系统关联设备，使整个系统协调。2.3 电动自行车租赁系统整体构架上节分析了现有电动自行车租赁系统存在，研究了改进现有租赁系统的思路。结合电动自行车租赁系统层次结构，本文采用计算机技术、3G 无线通信、CAN 总线、RFID 无线射频等技术，设计了一种新型的电动自行车租赁系统，系统整体设计框架如图 2.3 所示。设备层主要包括租赁、移动终端、车辆设备；层和管理层工作于中心，完成数据的分析处理、并对设备进行管控、运维和调度。下面结合车辆、移动终端、租赁和中心来分析整个租赁系统。10第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析安全管理办公自动化运营管理服务器服务器管理

49、层WEB管主机中心数据库Web服务器防火墙层以太网设备层GPRS/3G/4G用户 智能GPS信号GPRS/3G/4GGPRS/3G/4G以太网无线网络无线网络智能GPRS智能有线网络智能归还器3G电动自行车电动自行车维修地电动自行车地WiFiWiFi智能用户智能归还器。电动自行车租赁电动自行车租赁图 2.3 电动自行车租赁系统框架1. 电动自行车车辆本系统采用比普通自行车更加省时省力的电动自行车。作为系统租赁载体，车辆需具有可用性和租赁便捷性。系统会及时车辆数据，排查其故障，将损坏车辆送往维修地修理；租赁站点应合理放置一定数量的车辆，避免“租车难还车难”问题；车辆安装 GPS 定位2. 智能移

50、动终端，解决企业丢失车辆的困扰。系统中智能移动终端包括智能终端、车辆归还器和。用户可使用智能终端 APP 与中心通信，查询用户和租赁站点相关信息，并可使用移动支付方式完成车辆租借操作；车辆归还器用于帮助用户在无法归还车辆或车辆被损坏等异常情况下归还车辆；用于定位追踪用户丢失的车辆。11第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析3. 租赁租赁即租赁站点服务设施，由查询服务终端、停车器（下文统称车桩）组成。服务终端提供用户查询以及数据中转功能，车桩可停放电动自行车和自行车。服务终端具有很强的数据处理能力和控制能力，有丰富的通口，通过有线传输方式连接各车桩，采用无线或有线传输方式与中心通信。设计是本的

51、重点，采用设计方案，可方便快捷地实现车辆借还。4. 远端中心中心是整个租赁系统的，包括层和管理层，由远端客户端、设备、Web 服务器等组成。中心实现多个子系统的数据融合与联动，完成整个系统数据的综合管理、分析处理、统计、实时显示和调度功能。2.4 租赁系统结构分析电动自行车租赁站点是用户对租赁系统感受最为直观的部分，租赁应具有运行稳定、结构简单、便于、扩展性强和易操作等特点，其结构框架如图 2.4 所示。下面对中服务终端、车桩和数据传输方式作简要分析。有线以太网/无线通信ERNETWiFi管理中心服务终端车桩串行通信车桩电动自行车车桩电动自行车车桩电动自行车电动自行车车桩车桩电动自行车电动自行

52、车结构框架图 2.4 租赁12第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析2.4.1 租赁服务终端服务终端有着汇聚、处理、上传数据的作用，并能够下发服务器控制命令。服务终端可完成用户查询信息显示，连接各车桩和 WiFi 无线节点设备（智能、智能归还器），完成数据格式的转化和上传。服务终端有利于各种数据的集中控制与管理，其特征主要体现在数据传输实时可靠和数据种类繁多。服务终端连接着 30 个以上车桩，并充当WiFi 热点，其数据快速处理能力影响着系统服务效率。服务终端可智能过滤 WiFi 节点信息和车桩发送的用户、车辆信息，并与中心进行交互。为保证服务终端与中心数据传输不中断，终端提供有线和无线通信

53、方式。2.4.2 租赁服务停车桩每个电动自行车均带有车辆识别卡、锁栓和触头（能与车桩通信、充电）。车桩节点完成着用户卡、车辆卡判别和车辆停放管理，实现对多种数据参数与处理。每个车桩与服务终端通过有线方式相连，以总线方式交互数据。车桩节点处理与传输的数据主要包括车辆类数据（电动自行车电量、车辆、到位情况、类型、故障信息等）、用户类数据（用户租赁卡信息、等）、服务终端数据（控制指令、租赁参数等）。2.4.3 租赁数据传输分析租赁数据传输方式主要涉及 RFID 无线射频识别、WiFi、3G、CAN/RS485 现场总线和以太网通信。对用户、车辆的识别采用与 RFID 无线射频技术。服务终端默认采用有

54、线方式与、车桩通信，提供 3G、WiFi 无线通信和相关兼容接口（如 RS485 总线接口）。有线或者无线网络通信时，传输数据均采用密文，以保证通信的安全性。1. 无线传输方式分析系统中无线传输方式有 RFID 射频识别、WiFi 无线网络、3G 移动通信。RFID射频识别采用 13.56MHz 非接触式通信完成用户卡、车辆卡的读写，双向数据传输速率高达 424kbit/s。射频系般由卡片和两部分组成，识别距离最远13第 2 章 电动自行车租赁系统研究与分析为 10 厘米。刷卡时，系统应保证卡片数据存贮安全性，避免信息丢失。导致用户服务终端与中心有线通信无法连接时，将自动切换到 3G 无线通信

55、。3G 通信拥有 2.8Mbit/s 下行速度与 384kbit/s 上行速度，完全满足系统数据传输要求8。组网灵活和传输速率快的 WiFi 应用于本系统是一大趋势，其热点接入半径为 10m 至100m，智能车辆归还器与智能2. 有线传输方式分析远端数据传输以及车桩数据传输采用可靠的有线传输方式。运均可在附近使用。绞线的 CAN/RS485 现场总线高速数据传输距离可达 200 米以上，能很好完成车桩节点与服务终端的数据通信。服务终端与中心的数据传输优先采用有线以太网通信方式，服务终端提供 10/100Mbps 自适应网卡 RJ-45 接口。车桩与电动自行车的通信采用串口传输方式，车桩可向车辆

56、发送指令和从车辆中获取传感器信息。2.5 本章小结本章首先分析了现有电动自行车租赁系统的基本组成、相关技术以及现存问题，通过对现有租赁系统弊端分析给出了改进方法。本章根据改进思路给出基于、3G、RFID、WiFi 等技术的电动自行车租赁系统整体框架，并对租赁系统中服务平台的作用和通信方式进行了分析。14第 3 章 电动自行车租赁系统设计第 3 章 电动自行车租赁系统设计公共电动自行车纳入城市交通体系，是城市公共交通服务的延伸和完善。系统应从用户出行的需求出发，达到理念先进和技术领先的标准，使用户租还车操作简单、出行方便快捷且价廉。本章结合实际应用中电动自行车租赁系统的功能和性能需求，确定了租赁

57、整体方案，并完成了对软硬件各模块的选型。3.1设计需求分析本文电动自行车租赁系统的设计主要致力于解决城市交通“最后一公里问题”，适用于地形复杂、交通不畅和居住地较分散的城市。租赁设立于城市各个角落，可实现数据本地和上传服务器，接收和处理来自服务器的数据，实现车辆的租赁管理。应具有数据获取、数据传输、数据分析、数据显示、语音提示和车辆管理等功能，设计总体需求如表 3.1 所示。表 3.1总体需求分析功能说明数据获取实行 24 小时运营和无人值守服务，可随时完成用户、车辆卡等参数需保证系统运行网络的畅通性与实时可靠性，完成服务终端与各车数据传输桩、智能移动终端的数据交互，并将处理后的数据上传至网络

58、交换机数据分析支持对中各种数据的分析、筛选和处理，数据内容主要包括用户金额、租还车、车辆传感器数据、车辆电量、控制指令和查询信息数据显示显示用户租赁、余额和租赁站点状况等信息语音提示提示用户租赁车辆的方式方法，向用户发送相关通知（如系统升级维修无法租车），正确指户操作车辆管理需保证用户有车可租，且有空位可停放归还车辆根据上述要求，电动自行车租赁应具备以下功能：1. 服务终端和车桩均能配置管理，完成用户卡、车辆卡的读写。2. 引入 CAN/RS485 总线、以太网、3G、WiFi 等通传输实时可靠。口，确保租赁站点数据15第 3 章 电动自行车租赁系统设计3. 可对据冗余度。设备发送的数据进行汇

59、聚处理和控制，防止数据重复上传，减少数4. 服务终端应有合理的方法和大容量的设备对用户租赁数据、站点状态等进行。当数据量较大而来不及处理时，可对数据暂存；当服务终端与通信中断时，能7 天以上租赁。5. 可播报系统预定音频，告知用户相关操作；通过液晶屏幕或指示灯显示用户所要了解和掌握租赁信息，包括租赁站点和车辆现状等。6. 城市各处租赁站点支持停放电动自行车的车桩数量达 30 至 100 个，所提供的车辆应满足租借条件（如电量充足、车辆完好等）。7. 停电时，备用电源供电 3 天，电动自行车充电操作。只提供还车服务，不进行屏幕显示及电动自行车租赁设计除考虑上述需求外，还应从实用性、安全性、实时性

60、等方面进行考虑。1. 实用性：本文是为电动自行车租赁而设计，实用性是设计应遵循的第一原则，一味地追求技术超前，势必造成资源浪费。2. 安全性：数据涉及用户的隐私和权限，在运行过程中需保证数据存取、逻辑处理、显示和上传等工作不出现异常错误。全天候不间断地进行租赁管理服务，要求各个模块能在复杂环境中稳定工作。3. 实时性：主要目的是实现用户租还车流程，此过程的实时性影响着系统的服务质量。通常用户租还车数据处理和传输总时延应保证在 600ms 以内。4. 可扩展性：由于各种应用技术日新月异，为使能够满足以后电动自行车租赁的发展要求，在设计时应充分考虑可扩展性，预留接口方便以后灵活地添加或者更新模块，