(一)技術領域：
本發明涉及一種基于zigbee的電動自行車共享系統，其中共享電動自行車采用鍵盤或掃碼開鎖、掃碼開鎖，通過設置通信站、射頻通信站、充電登記控制器或紅外登記裝置的方式，使共享電動自行車實現有序停放登記，用戶共管和無障礙定位，并通過zigbee射頻通信方式聯網，實現登記信息經共享電動自行車、充電登記控制器傳遞至通信站再上傳至總站控制器。
(二)
背景技術：
：
街頭悄然出現了數量不多的共享電動單車，它們整齊地擺放在自行車停放區的共享單車之中，。共享電動單車解決的是3到10公里的出行需求，使用方法與共享單車大同小異，每輛電動單車后設置有標牌，標牌上包括二維碼與車輛編號，用戶可以通過掃描二維碼的方式來解鎖車輛，從而達到完成騎行。街頭出現的共享電動單車外觀幾乎都為電動摩托車樣式，不具備腳踏功能違反國標規定，車速較快，一旦駕駛操作不當，存在較大安全隱患，極易引發交通安全事故
根據現行國家技術標準《電動自行車通用技術條件》規定：電動自行車的設計時速在20公里以內、重量含電池不超過40公斤、必須具備腳踏騎行功能。但是，電動自行車按交通安全法屬于非機動車，同樣享有路上行駛權。其次，電動自行車可以滿足遠距離的行駛需求。現在城市范圍拓展越來越大，因此共享電動自行車特別適合二線城市和農村鄉鎮的需求。
(三)
技術實現要素：
：
共享電動自行車采用鍵盤密碼鎖，用密碼或掃碼開鎖。打開手機app對準共享電動自行車的二維碼掃碼后，手機通過藍牙發出開鎖指令即可手動開鎖，手機app開始計時，當用戶到達目的地鎖車到位時，鎖車開關動作記錄車鎖狀態，用戶即可依計時時間結賬。對于長時間使用頻繁開關車鎖時，可在手機app中設置簡單密碼，與車鎖控制器作掃碼開鎖通信后，即可用所述簡單密碼開鎖，到達目的地結賬后所述簡單密碼失效。當幾個人集體旅游用車、街頭廣告宣傳隊用車等均可用一部手機app的集體用車界面分別對每一部車作掃碼開鎖，同時設置簡單密碼，用完車通過手機藍牙對每一部共享電動自行車發出結賬確認，關鎖后，所有簡單密碼失效。
作為過路人或義務員的臨時用戶可從鍵盤輸入密碼開鎖，不用安裝手機app可隨時對亂停放未登記車或故障車利用手機根據共享電動自行車車牌提供的信息，向總站控制器撥打電話，電話末尾加共享電動自行車號，總站控制器回復開鎖密碼短信，臨時用戶即可用密碼開鎖，這時共享電動自行車如果是正確停放登記將拒絕開鎖，當臨時用戶將亂停放車糾正停放位置并登記鎖車后，車鎖控制器記錄使用時間和專用密碼，通過充電登記控制器和通信網絡向總站控制器匯總累計獎勵或費用，總站根據計時時間，在設定時間內鎖車登記有獎，超過設定時間費用由電話費扣除。
當兩個通信站之間障礙物較少時采用無線通信與總站控制器聯網，兩個通信站分別設置射頻通信zigbee模塊，zigbee模塊定時以設定的站間無線通信頻率實現登記信息傳遞，這時按設置的順序，前方通信站保持無線通信的接收狀態，進行單向信息傳輸。射頻通信采用cc2530模塊，其芯片集成了2.4ghz直接序列擴頻rf收發器、工業級增強型8051微處理器，zigbee是低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術，zigbee協議棧的絕大部分代碼都是公用的，這樣就大大增加了項目的可移植性，其應用層特征信息均被保存在zigbee.def文件中，作為應用程序開發的一部分，要根據實際情況修改該文件設置。通信站的充電登記控制器中單片機stc12c5a60s2通過其spi接口與cc2530模塊中8051微處理通信，單片機stc12c5a60s2還通過另一個spi接口與藍牙模塊通信，通信數據保存在非易失存儲器中。
zigbee支持跳頻擴頻，可使通信站有效的避免自身的頻段干擾，也可用其擴展頻段避開藍牙干擾，并支持沖突避免的載波多路偵聽技術，還可以對模塊進行發射功率,信道等網絡拓撲參數的配置。通信時根據需要設置信道，并設置成發送器模式或接收器模式，系統采用ti公司設計的2.4ghz倒f型天線以增加通信距離。當設置的通信站數較少時，在單片機stc12c5a60s2控制下，通信站的登記信息通過通信站間無線通信實現聯網，并經總站控制器射頻通信cc2530模塊送到總站控制器處理。
共享電動自行車安裝有智能限速器和數字式車速計，并具備腳踏功能，最高時速小于20公里。在共享電動自行車停放區設置通信站或安裝電動自行車的充電登記控制器或射頻通信站或紅外登記裝置。充電登記控制器包含單片機、充電控制器、非易失存儲器、紅外收發裝置和藍牙模塊，單片機的串行口與藍牙模塊直接相聯。通信站中包含zigbee模塊和充電登記控制器，各通信站將收集到的登記信息進行數據處理后上傳至總站控制器，由總站控制器監測各處車流量，并實現共享電動自行車有序停放用戶共管和無障礙定位。共享電動自行車中裝有電動車控制器和智能限速器，電動車控制器包含單片機、非易失存儲器、紅外收發裝置、藍牙模塊和鍵盤，紅外收發裝置接于單片機的i/o口，單片機的串行口與藍牙模塊直接相聯。紅外收發裝置中包含由紅外發射管和紅外接收管及透鏡構成的紅外收發探頭。單片機的i/o口分別與共享電動自行車的電門鎖和固定于前輪架的馬蹄鎖連接。非共享電動自行車使用的機械式電門鎖不用，改由繼電器及其驅動電路構成，其開關信號由單片機經i/o口提供，當用戶用車時電動車控制器獲得開鎖指令后向電門鎖發送開鎖信號，串聯于蓄電池供電電路的繼電器常開觸頭閉合，從而取代非共享電動自行車使用的鑰匙打開電門鎖，共享電動自行車的不同狀態由轉換開關控制。電動車控制器還同時將開鎖信號發送給馬蹄鎖，馬蹄鎖由常見的開鎖電機和開鎖機構組成，由電動車控制器開鎖后就可以手動拉開車鎖。安裝馬蹄鎖是加強電動自行車的防盜功能。
共享電動自行車中智能限速器是由電動車控制器通過單片機控制脈寬調制電路的輸出，從而改變功率管輸出功率，并根據數字式車速計的測量數據和車速設定值改變最高時速。根據出行的登記站點道路擁擠情況在設定時間內最高時速被限定在10至15公里，當生手騎行或道路擁擠出現騎行速度變化大時，最高時速被限定在8至12公里。共享電動自行車的電池組安裝鉑熱電阻，由電動車控制器通過a/d轉換器測量電池組環境溫度，當溫度超過25℃時開啟風扇降溫，當溫度超過50℃時報警并降低電池組輸出功率。
射頻通信站用于不便設置自行車停放區的窄人行道的道路邊對騎行中的共享電動自行車交換信息。射頻通信站安裝有微控制器、非易失存儲器和藍牙模塊，其中微控制器采用at89c55，并采用cc2541芯片串口透傳的藍牙模塊，at89c55與cc2541芯片通過串口通信傳輸數據，并將數據保存在非易失存儲器中以作進一步處理。當騎行中的共享電動自行車進入射頻通信站藍牙信號覆蓋區時，共享電動自行車藍牙模塊被喚醒接入微微網，進入微微網的共享電動自行車依次與射頻通信站進行登記信息交換，登記信息交換后的共享電動自行車藍牙模塊置于休眠狀態。
在鬧市區的主干道路邊標有非機動車停車位標線的自行車停放區設置通信站或充電登記控制器，設置通信站用于構成通信網絡，一個充電登記控制器包括一個或多個充電樁，充電樁的充電控制器裝有熱敏電阻測溫裝置，并具有防水和充滿斷電功能，超過25℃時開啟風扇降溫保護，當共享電動自行車接入充電樁后，延時10分鐘開始充電并由led顯示充電狀態。共享電動自行車停放時，用戶依其車上電量表，選擇停放于充電樁位置或緊靠充電樁順序排列的停放位置，如果電量表顯示需要充電時不去充電不予結賬并被扣款懲罰，去充電獎勵。每個充電樁均安裝紅外收發裝置，由充電登記控制器輪巡掃描安裝于充電樁的紅外收發裝置對接入充電樁的共享電動自行車編號登記。此后由接于充電樁的共享電動自行車對停靠在充電樁旁邊的共享電動自行車開始依序作紅外接力編號登記，隨意停放則無法登記無法結賬。共享電動自行車的紅外收發裝置設置定位用紅外收發探頭和接力用紅外收發探頭。紅外收發探頭都裝有透鏡，發射與接收角度及紅外光波長配對由紅外發射二級管與接收二級管的參數和透鏡參數的選擇和現場發射與接收的試驗確定。共享電動自行車的紅外收發探頭除與充電樁對射外，還裝于車把的后視鏡架頂部或另裝一個用于標識或裝飾的立桿頂部的接力用紅外收發探頭，接力用紅外收發探頭具有統一安裝高度和位置向電動自行車左右對射，相應作左或右標記，其發射的信號不被其它自行車所阻擋。在藍牙網絡構成算法的支持下，可以在很短的時間內自動組成一個獨立的無線網絡而無需其他網絡硬件或網絡設施支持。藍牙設備的鏈路管理協議控制微微網中的設備的操作，同步至共用時鐘及跳頻圖的一組設備將共享一個物理無線電信道，提供同步基準的設備稱為主設備，所有其它設備稱為從設備。一個主設備最多與7個活躍的從設備相連接，主設備發送鏈路管理器協議連接請求數據單元，與請求信息匹配的藍牙模塊被激活或從休眠狀態被喚醒，進行參數等相關協商，并建立異步無線連接鏈路為數據傳輸做準備，如有多個多余活躍的從設備將被通知進入休眠模式，之后還會根據需要邀請目標休眠從設備變成活躍的從設備。
每日充電登記控制器作為主設備安裝在充電樁上的紅外線收發裝置起動后的設定時間內，共享電動自行車依次接入充電樁登記或進入充電樁旁邊依序停放作接力編號登記，所述接力編號登記是指由充電樁登記的共享電動自行車的接力用紅外收發探頭對存放于充電樁旁邊的共享電動自行車開始登記，登記后的共享電動自行車再以成功登記時接力用紅外收發探頭的左或右接收，向右或左的未登記共享電動自行車進行編號登記，并傳遞登記和編號信息，直到最后無法對下一輛登記和編號或到設定時間，最后一輛被成功登記和編號的共享電動自行車標記為接力車從休眠狀態被喚醒接入主設備中藍牙模塊控制的微微網，并將通過接力傳遞的所有已登記和編號的共享電動自行車信息無線發送至主設備，發送后接力車藍牙模塊進入休眠模式完成接力編號登記，成為第一批登記和編號的共享電動自行車，此后由充電登記控制器對共享電動自行車編號進行接力登記和編號。接力登記和編號過程：先對已進入充電登記控制器中藍牙信號覆蓋區并鎖車后未登記的共享電動自行車被喚醒接入微微網，由充電登記控制器對微微網內每輛共享電動自行車依序分配“新編號”，用于紅外接力登記，分配新編號后的共享電動自行車藍牙模塊即置于休眠狀態，接著，充電登記控制器對包括充電樁登記和編號的已登記和編號的共享電動自行車以其編號為地址實現充電登記控制器與共享電動自行車藍牙模塊串口通信的登記信息交換，并且充電登記控制器將所有新編號發送給除充電樁登記和編號外所有已登記和編號的共享電動自行車，然后從接力車開始依新編號為地址對新編號共享電動自行車依序掃描應答后作紅外接力登記。所述紅外接力登記是指經紅外登記后的共享電動自行車再以成功登記時接力用紅外收發探頭的左或右接收，向右或左的未登記共享電動自行車作掃描應答登記，并傳遞登記和編號信息，最后一輛被接力登記的共享電動自行車標記為新的接力車接替原接力車，并從休眠狀態被喚醒接入微微網，再將本次所有新登記和編號的共享電動自行車信息無線發送至充電登記控制器，發送后接力車藍牙模塊進入休眠模式完成紅外接力登記。此后第二批及以后各批重復上述接力登記和編號，如此周而復始不斷更新登記信息。接力登記和編號的目的是要求共享電動自行車依序停放，對無法完成登記和編號的新編號共享電動自行車，其新編號做標記成為“待登序號”記錄其用戶信息。所述登記和編號是指共享電動自行車的車號與編號的一一對應。各共享電動自行車成功登記后其led燈每隔一定時間閃亮一次綠色。
除此而外，停放的共享電動自行車當被管理人員整理移動位置后，需要對充電登記控制器藍牙信號覆蓋范圍內未登記共享電動自行車進行登記，充電登記控制器采取經接力登記和編號設定的幾個批數的間隔后，將所述登記和編號擴展到待登序號。擴展登記和編號：除充電樁登記和編號外先按編號順序打開已登記的一個編號共享電動自行車的紅外收發裝置，對停放區內共享電動自行車依新編號和待登序號為地址，依序掃描應答后作紅外接力登記，完成后進入下一個已登記的編號操作，直至所有已登記的編號均操作完成。在擴展登記和編號中每個已登記編號的紅外接力登記中最后被成功登記的共享電動自行車，作為新的接力車取消原接力車進行接力登記和編號，充電登記控制器將已登記和編號的共享電動自行車依序列表便于控制。
共享電動自行車和充電登記控制器進行信息交換時，通信站的充電登記控制器接收各共享電動自行車的登記信息，其它充電登記控制器與各共享電動自行車將各自收集到的登記信息進行信息互換。登記信息包含設定時間段內收集到的各充電登記控制器所登記的共享電動自行車的車號及其設備狀況、使用模式、用戶類型及電話號碼、登記時間和充電登記控制器編碼。共享電動自行車將登記信息發送給充電登記控制器后即將該登記信息刪除，各充電登記控制器刪除重復的登記信息并整理后由共享電動自行車傳遞，經通信站向總站控制器匯總。
在非鬧市區的自行車停放區，每日第一輛共享電動自行車與安裝于道路邊的紅外登記裝置開始進行接力編號登記，設定時間后第一輛被登記的共享電動自行車設置成主設備，按上述方法進行接力登記和編號以及擴展登記和編號，不同主設備其編號作不同的標識，當所述設置為主設備的共享電動自行車開鎖騎走時，將登記和編號信息傳送給紅外登記裝置并重新設置為從設備，下一輛與安裝于道路邊的紅外收發裝置登記和編號的共享電動自行車，接收紅外收發裝置的登記和編號信息后，設置為主設備繼續接力登記和編號，當共享電動自行車電量不足時其信息通過電動自行車傳遞至總站處理，還可以使用腳踏板當作單車騎行到目的地給予獎勵。
在學校或居民小區所有大門口設置相同編號的登記控制器，由其藍牙模塊微微網自動對出入共享電動自行車登記，用登記次數的奇偶數表示出入，奇數為入偶數為出，入時共享電動自行車將登記信息傳送給登記控制器，出時登記控制器將登記信息傳送給共享電動自行車。或采取在居民小區內部或其它隱蔽場所的自行車停放區安裝探頭，避免共享電動自行車在居民小區或其它隱蔽場所內遭損壞；
共享電動自行車用戶分成vip用戶和臨時用戶。過路行人、義務工均為臨時用戶。vip用戶經管理部門實名登記查驗騎行技術，使用手機app開鎖和結賬。共享電動自行車騎行到達目的地后都要停放到附近的自行車停放區并進行鎖車登記結賬，不經登記鎖車不予結賬。vip用戶可經手機app選擇“自保管”模式，到達目的地后未停放在自行車停放區暫時不登記結賬，當鎖車后超過設定停放時間例如1小時后開始停放的計時，由該用戶承擔該共享電動自行車保管義務，共享電動自行車led燈每隔一定時間閃亮一次紅色，允許加鎖并禁止他人使用，當該vip用戶重新開鎖騎行時，依其停放計時時間收取一定租金。不是停放自行車停放區的非自保管模式用戶，則鎖車不予結賬，要求結賬時，手機app提示該用戶正確停放否則承擔共享電動自行車保管責任和罰金，如繼續停放設定時間后，手機app經短信向總站控制器報警備案。
共享電動自行車系統采取用戶協力共管方法。每輛共享電動自行車的車牌標有該車的車牌號和總站控制器電話號碼，臨時用戶用手機撥打總站控制器電話號碼末尾加車牌號，總站控制器收到車牌號通過電話號碼查詢獲得臨時用戶年齡特征，并通過短信向手機發送專用開鎖密碼，臨時用戶即可輸入密碼，電動車控制器對未登記車或故障車即開鎖，這時臨時用戶即可手動拉開車鎖使用，電動車控制器開始計時限定騎行時間，到達目的地登記后關鎖，電動車控制器將專用開鎖密碼的用車信息傳遞至通信站由總站累計記錄，總站控制器累計使用時間給予獎勵，向臨時用戶發送領取獎勵短信；共享電動自行車裝有由幾個不同的安裝狀態的水銀開關組成的水銀開關組，如果臨時用戶不是騎行而是搬運到達登記目的地登記，電動車控制器根據自身設備故障檢測和水銀開關組開關狀態變化規律判定共享電動自行車是否損壞或騎行，實行對該電話號碼臨時用戶的獎勵。電動車控制器定期查詢主要設備，發現損壞或設備被盜即登記備案。總站控制器發現故障車、僵尸車即派巡邏車處理。偷車和搬車時關鎖不登記水銀開關組開關狀態變化激烈，共享電動自行車各種形式的運動狀態下的水銀開關組開關狀態變化規律由實驗得出，如遇偷車電動車控制器將信息傳遞至總站控制器報警備案，總站控制器或派巡邏車向案發地周邊幾個充電登記控制器發出協查請求，查獲案發車運動軌跡，幾個周邊充電登記控制器分時與案發車通信，根據接收到的藍牙信號強度依現有技術定位，再由巡邏車綜合評估案發車位置，進一步依案發車運動軌跡和接收到的案發車藍牙信號強度定位，最后向案發車經藍牙信號發出開啟報警聲指令，案發車發出報警聲，巡邏車人員根據報警聲找到案發車。
(四)附圖說明：
圖1是一種基于zigbee的電動自行車共享系統的電路結構方框圖。
(五)具體實施方式：
一種基于zigbee的電動自行車共享系統的電路結構方框圖如圖1所示，包括通信站﹙a﹚、充電登記控制器、射頻通信站﹙16﹚、紅外登記裝置和共享電動自行車的電動車控制器(b)，通信站﹙a﹚中裝有zigbee模塊﹙2﹚和充電登記控制器。充電登記控制器包含微控制器﹙4﹚、非易失存儲器﹙18﹚、紅外收發裝置﹙6﹚、藍牙模塊﹙3﹚和充電控制器﹙5﹚，其中微控制器﹙4﹚采用stc12c5a60s2，紅外收發裝置﹙6﹚接于單片機的i/o口，并采用cc2541芯片串口透傳的藍牙模塊﹙3﹚，當stc12c5a60s2發送數據時，將非易失存儲器﹙18﹚中存儲的數據按照hci-rs232傳輸協議進行數據定義，通過藍牙模塊﹙3﹚的rx/tx發送數據或命令，藍牙模塊﹙3﹚利用自帶的微帶天線進行數據的無線傳輸；接收的數據也是通過串口通信傳輸，將數據保存在非易失存儲器﹙18﹚中以備stc12c5a60s2作進一步處理，從而完成藍牙無線數據的交換。射頻通信站﹙16﹚包含單片機﹙13﹚、非易失存儲器﹙14﹚和藍牙模塊﹙15﹚，單片機﹙13﹚采用at89c55與藍牙模塊﹙15﹚進行串口連接并通過藍牙模塊﹙15﹚與電動車控制器進行信息交換。
電動車控制器(b)由單片機﹙8﹚、非易失存儲器﹙9﹚、共享電動自行車的紅外收發裝置設置定位用紅外收發探頭﹙7﹚和接力用紅外收發探頭﹙10﹚、藍牙模塊﹙12﹚、鍵盤﹙11﹚和蓄電池充電電路﹙17﹚構成。
通信站﹙a﹚中的zigbee模塊﹙2﹚采用cc2530模塊，通信站的充電登記控制器中微控制器﹙4﹚stc12c5a60s2通過其spi接口與cc2530模塊中8051微處理通信，單片機stc12c5a60s2還通過另一個spi接口與藍牙模塊﹙3﹚通信，通信數據保存在非易失存儲器﹙5﹚中。在單片機stc12c5a60s2控制下，通信站的登記信息通過通信站間無線通信實現聯網，并經總站控制器的cc2530模塊送到總站控制器處理。