基于阿里云的多品牌共享单车规范停放和管理平台
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摘 要：城市中的市容市貌是一个城市的名片，但在共享单车的模式下，导致在与城市管理中产生了不能调节的冲突，例如乱停乱放、恶意损坏、据为己有、押金问题威胁公众出行安全等问题。基于此，开发一种能适合多品牌，便于使用和调度的共享单车规范停放和管理平台对于城市市容市貌管理有着非凡的意义。能够兼容市场上各类品牌共享单车的存放与提取;对每辆单车都装有GPRS核心，实现数据储存共享，杜绝乱停乱放;采用RFID对单车损害自检，杜绝损坏单车行为。
关键词：共享单车;停放;智能管理
一、研究背景
共享单车作为新型交通工具，以其使用流程快捷、停车方便、价格亲民等改变了近3亿人的短距离出行，但是由于共享单车其本身设计、运营模式以及运营企业的管理水平等均跟不上共享单车爆发式的发展速度，乱停乱放、恶意损毁或据为私有、有些甚至威胁公众出行安全。因此，开发一种能适合多品牌，便于使用和调度的共享单车规范停放和管理平台对于城市市容市貌管理有着非凡的意义。本平台是基于阿里云的新型共享单车停放智能平台。
二、研究创新点
（1）利用阿里云数据库海纳共享单车的存放与提取信息，并实现各地方平台的数据共享，对未停放在平台的共享单车继续收费，杜绝乱停乱放的现象。
管理平台总体架构分为：服务/数据供给云层、应用层、停车平台系统、单车车载系统四大方面，共享单车的停放信息都将存入到阿里云数据库，实现各个地方的管理平台数据共享，检测到未停放到管理平台的共享单车视为还在消费状态，定点规范停放共享单车可以杜绝乱停乱放的现象。
（2）利用对各品牌共享单车停放底座的定制，实现兼容多品牌共享单车的停放和管理平台的搭建。
每个单车底盘的车槽，可以依据不同品牌共享单车的车轮进行制定和调整，以实现多品牌共享单车的共同停放和提取。目前，市场上已有一些共享单车停放平台，但是它们都只实现了单品牌共享单车的停放，而这个停车平台可以兼容市场上各类品牌共享单车的存放与提取。
（3）每辆单车都装有GPRS核心，实现实时跟踪每辆共享单车信息，杜绝丢失。通过GPRS向停放平台的主机传回数据到阿里云，阿里云再把数据转发给中央软件，从而实现共享单车海量信息集中存储、实时共享，杜绝共享单车乱停乱放。
（4）单车各重要部件加装RFID，停放时利用RFID检测技术对单车重要部件进行损害自检，杜绝损坏单车行为。
每个共享单车的各需品部件都，在停车时可以自动对加装RFID中重要部位的扫描，只有共享单车的全部必需品齐全，都被设备识别到，平台才会同意停车。目前已经有人构想过使用RFID对自行车进行损坏检测，但它只是用其单次对共享单车损坏识别，无法自动对停放的共享单车进行扫描，无法杜绝恶意损坏共享单车的行为。
三、研究过程
（一）共享单车平台技术方案
管理平台总体架构分为服务/数据供给云层、应用层、停车平台系统、单车车载系统四大方面。
（1）服务/数据供给云层租用阿里云服务器，采用SQL数据库进行数据存储;首先建立一个数据库，然后创建客户列表及订阅列表，加入监听客户端列表，利用SQL数据库构建平台所需要的所有数据转发和存储。
（2）应用层分为取车上位机部分和管理员上位机部分，方便调度和清理工作;提供停车场平台旁的给用户使用的上位机，实现与停车场中控实时交互数据，采集出入库车辆信息，同时配合中控设备输入机械臂算法参数达到存车取车功能，与云端数据库进行数据交换。
（3）停车平台系统由步进电机、中控部分及RFID读卡器部分组成。步进电机通过丝杆旋转采用3D走位的方式运输和调度平台上停放的共享单车，RFID读卡器用于检验需要被停放的共享单车的完整性;这一层提供停车场中控设备，装有RFID读取装置，用于采集共享单车停车臂上的RFID入库信息，并传输至第二层软件上位机。同时根据用户选择机械臂的需要，按需求实现停车取车。
（4）单车车载系统分为GPRS、中控部分、RFID标签及定位（北斗）组成，改装后的每辆共享单车的重要不可缺少的部件内都有RFID标签，都能实时定位和跟踪方便管理员寻找丢失的共享单车，也能约束使用者文明用车的行为。每辆车上都装有MAC唯一編号，重要部件安装RFID，每辆车子的机械臂信息都随MAC预先存入到数据库。此外，还装有GPRS，提供定位数据。
（二）共享单车停放平台硬件介绍
1.GPRS模块
GPRS是通用分组无线服务技术的简称，它属于第二代移动通信中的数据传输技术，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。
2.北斗模块
中国北斗卫星导航系统可在全球范围内随时为各类用户提供高可靠定位、高精度、导航、授时服务北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。[1]
3.RFID
RFID技术（射频识别），又称无线射频识别，是一种通信技术，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触就可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。[2]
4.中控部分（STM32FIO3RBT6）
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM。ARM Cortex-M内核的32位微控制器。[3]
5.CH340T
CH340T 是一个USB总线的转接芯片，可以实现USB转串口、USB等。CH340T芯片支持5V电压以及3.3V 电压。
6.步进电机
步进电机是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，它将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。步进电机是一种感应电机，它就是通过利用电子电路，将直流电变成分时供电的，只有用这种电流为步进电机供电，才能够使步进电机进行正常运动。 7.步进电机驱动器
步进电机驱动器可以将电脉冲转化为角位移。它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的转动是以固定的尺度一步一步为单位。
四、管理平台运营步骤
（一）改装
停车平台与各类品牌的共享单车签订合作协议，签订协议后，对每辆单车增设GPRS信息及该单车每个机械臂参数如车座高低，车把完整性，车篮有否，前轮，后轮等信息的RFID，方便用户在选择共享单车的时候选择机械臂参数。
（二）入库
将增设机械臂参数及安装有GPRS的共享单车通过步进电机停放到停车平台，停车平台读取每辆平台上的单车的MCU及RFID信息，GPRS信息，将这些信息存入云端数据库，并将读取的数据传输到第二层软件上位机。
（三）取车
使用者来到停车平台，通过停车场平台旁的用户使用上位机选择将要使用的共享单车品牌，再选择平台上现有该品牌共享单车的机械臂信息，例如车座高或者车座低。选择完毕后，停车平台通过步进电机将用户选择的共享单车传送下来，用户通过该品牌共享单车自带的软件解锁。
（四）还车
使用者将使用后的共享单车通过步进电机停放传输到停车平台，停车平台开始读取单车的MCU及RFID信息，检测是否机械臂参数完整，如果出现机械臂缺失，则拒绝接收该共享单车，停上的单车与租赁时对比有严重损坏，计费将持续到规范停放好为止。如果车没有完成的共享单车将通过该品牌的共享單车软件持续收费。
（五）维护
共享单车由于停放平台统一，各品牌共享单车的维护人员只需到停放平台进行维护，通过每辆车的MCU得知未在平台上的共享单车分别是哪些，通过车上的GPRS进行巡回。
五、使用效果
基于阿里云的多品牌共享单车规范停放和管理平台能兼容市场上各类品牌共享单车的存放与提取;每个共享单车的车载模块装有GPRS核心，通过GPRS向停放平台的主机传回数据到阿里云，阿里云再把数据转发给中央软件，实现共享单车海量信息集中存储、实时共享，杜绝共享单车乱停乱放;采用RFID实现共享单车损坏自检，如若损坏强制要求用户维修完毕，杜绝恶意损坏共享单车行为。
目前本项目已通过教育部科技查新工作站的查新，通过泉州市一鸣交通电器有限公司的安全技术检测，提交了国家知识产权局发明专利和实用新型专利。并于10月与福建省泉州市一鸣公司签订了开发协议。
参考文献：
[1]白帆.安卓系统中的NFC快递应用系统设计与实现[D].湖南大学，2015.
[2]李婷.RFID关键技术及其应用研究[D].南京邮电大学，2017.
[3]杨海涛.一种基于STM32的智能窗帘系统设计[J].电子制作，2018（23）：46-47+65.
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