基于北斗/GPS的城市公共自行车管理系统设计

作者/ 周朝霞 林思远 邱雪莲 厦门大学嘉庚学院 信息科学与技术学院(福建 漳州 363105)

摘要：为了提高公共自行车管理系统的便利性水平和功能性水平，本文研究并设计了一套基于北斗/GPS定位的城市公共自行车管理系统。该系统由安卓(Android)手机终端、服务器端和车载终端组成。车载终端以单片机 (MCU)为主控芯片，并采用北斗定位模块、GSM/GPRS模块及按键模块进行公共自行车运行状态的监测及远程通信。本设计能够实现车辆查找、空位查询、损坏报修、车辆定位、车辆管理、信息登记等功能。实际测试表明，该系统具有运行稳定、装配简易、操作便利和功能丰富的特点，同时还可为城市公共自行车分布规划提供数据支持，具有较好的推广前景。

引言

　　随着“低碳出行，绿色环保”观念的深入人心，自行车成为了很重要的交通代步工具。目前市场上运营的城市公共自行车为人们出行提供了方便，但系统多为一车一桩式，容易出现“还时满车，借时空桩”的现象，尚无法由管理系统对损坏车辆进行识别。单纯线下租借不支持线上查询，使市民很难找到合适的服务点，而服务网点规划与布局需要更多详细可靠的数据支持。基于以上状况^[1-3]，本文提出一款基于北斗/GPS定位的城市公共自行车管理系统设计，旨在实现车辆查询、空位查询、车辆报修、服务点导航、借车管理、辖区监测等功能，以使市民和维护人员直观、便捷地查询服务点信息及车辆待修信息，并能通过辖区监测对辖区服务点设置提出优化建议，从而进一步提升公共自行车服务系统的信息化水平。

1 系统总体结构设计

　　本系统由Android手机终端、服务器端和车载终端构成，并采用GPRS进行数据通信，具有网络覆盖范围广、接入速度快、传输特性好、费用低廉的优势，同时采用无线IP技术，资源利用率高，能够与因特网(Internet)实现无缝连接，以支持稳定的数据传输^[4-5]，如图1所示为系统的通信架构。

　　本系统核心部件车载终端只需要安装在公共自行车上即可实现对运行状态的监控。车载终端主要由型号为HT66FU50 44LQF的MCU、定位数据获取单元UM220-III N模块、GPRS通信单元SIM900A模块、GM8125异步串口扩展模块、按键模块构成，其总体结构如图2所示。MCU主要负责运行数据处理和逻辑处理，与UM220-III N模块和SIM900模块通过串口相连，用于实现车载终端与服务器的TCP/IP通信;串口扩展模块用于将MCU单一串口扩展为多串口，供上述两个模块使用;按键模块用于自行车出现故障时的远程保修。

2 系统硬件设计

2.1 单片机及其外围电路设计

　　本系统所用HT66FU50是合泰半导体公司的8位精简指令集集成Flash的MCU，具有丰富的功能选项，且内建完整的SPI和I2C功能，同时还具有EEPROM存储器及多个定时器模块。其外围电路如图3所示，引脚的主要功能为：RXD0及TXD0为与GM8125异步串口扩展模块相连的串口通信、INT0及INT1为按键模块的外部中断、E0-E5为GM8125异步串口扩展模块的地址选择、A6及A7分别为GM8125异步串口扩展模块工作方式选择及复位。

2.2 UM220-III N电路设计

　　系统所用UM220-III N是采用低功耗GNSS单片系统(SoC)芯片的Humbird北斗/GPS双系统定位模块，集成度高且功耗低，定位精度可达3至5米，可选择工作方式为BD单独定位、GPS单独定位或GPS/BD双模定位[6-8]。UM220-III N模块提供一个输出脉宽和极性可调的1PPS信号，其串口1为主串口，支持数据传输、固件升级功能，串口波特率可调，默认波特率为9600bps，最高可设为115200bps。默认输出信息为NMEA-0183协议格式，默认输出定位信息(GGA)、地理定位信息(GLL)、卫星信息(GSA)、可见卫星信息(GSV)等多条数据。通过$CFGMSG、msgClass、msgID、rate命令即可将模块默认输出数据设置为仅输出GGA。