一種基于ZigBee的共享單車系統的制作方法

(一)技術領域：

本發明涉及一種基于zigbee的共享單車系統，共享單車采用密碼開鎖，通過設置通信站、登記控制器或紅外登記裝置的方式，使共享單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單車、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：
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滿大街的共享單車，小藍車、小綠車、小黃車、小紅車各式各樣到處亂放，雜亂無章，影響市容有礙人們的出行。但是共享單車為市民綠色出行提供便捷，只要有手機就能騎走，用完走人十分便捷，解決了很多上班族乘公交的“最后一公里”不能直達目的地的問題。共享單車的技術關鍵在車鎖上，有機械密碼鎖、鍵盤密碼鎖和智能鎖，其中機械密碼鎖只設一個不變的密碼，造成經常按的數字就會松動鎖圈和密碼鎖盤，還會出現了個別人利用密碼沒有打亂而免費騎用的情況；鍵盤鎖只要輸入密碼再按下密碼盤下方的按鈕，即可成功開鎖；還有智能鎖只要點擊手機app打開“掃描二維碼”的界面，對準單車前把位置或者車座下面的二維碼掃描即可打開智能鎖，最后手動拉開車鎖即可。共享單車的充電方式采用發電花鼓或太陽能板發電方式，成本比較高，其定位方式采用gsm/gprs和gps定位模塊。用戶可以通過手機app來搜索附近的單車。gps定位遇障礙影響效果，而且僅對附近單車少沒有公交車又迫切需要單車時才有價值。

(三)

技術實現要素：
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共享單車采用密碼開鎖，無需安裝手機app。密碼由總站和各共享單車自動按統一規則生成，生成規則對外保密，密碼設置使用期限，密碼期限分短期的1天期和2天期、4天期及非短期的15天期和30天期，期限到后短期的除1天期外每2天有一期限到期，均生成4天期密碼，15天期和30天期用于個人用戶，到期均生成30天期限密碼，上述未到期的期限減2天或15天，租車時即可保持為2天期、4天期及15天期限和30天期限，密碼數量不足時再作補充。短期期限用于義務單車巡邏隊、單位集體用車、街頭廣告宣傳隊用車及集體旅游用車等等，用戶登記租賃后即集中結賬，使用密碼開鎖無需手機無需安裝app，就近收集共享單車，用完在單車停放區鎖車登記后走人即可，還可隨時隨地繼續使用直到密碼到期自動失效。各種期限密碼由總站出售，各共享單車提供服務，出售時個人用戶需交定金，密碼使用時由被使用的共享單車記錄使用情況，使用情況數據由共享單車傳遞經登記控制器和通信站向總站控制器匯總，個人用戶幾天內結算。用戶可以登陸總站控制器的網址查詢用單情況。密碼期限到時密碼自動作廢，總站控制器通過通信網絡查詢用戶用車情況。密碼由6位十進制數構成，期限到時將每一位十進制數轉換成二進制數作不規則循環左移或右移一位，即每個循環移位次數不等，移位后的acsⅱ碼字符0-f分別對應一個固定的十進制隨機數，這樣，總站控制器和各車鎖控制器就能始終保持密碼一樣，用戶輸入購買的密碼即可開鎖無需通信。

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。

在單車停放區設置通信站或安裝登記控制器或安裝紅外登記裝置，登記控制器中裝有微控制器、非易失存儲器、紅外線收發裝置和藍牙模塊。通信站中包含zigbee模塊和登記控制器，各通信站將收集到的登記信息經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，并實現共享單車有序停放用戶共管和無障礙定位。共享單車中裝有車鎖控制器，車鎖控制器包含單片機、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。紅外收發裝置中裝有由紅外發射管和紅外接收管及透鏡構成的紅外收發探頭。

在鬧市區的主干道路邊標有非機動車停車位標線的單車停放區設置通信站或登記控制器，設置通信站用于構成通信網絡，共享單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。各登記控制器采用在單車停放區的路面下埋設紅外收發探頭或在路面上立桿安裝紅外收發探頭，其紅外收發探頭對準停放位置的一輛共享單車的定位用紅外收發探頭，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。共享單車的紅外收發探頭除與登記控制器對射外，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單車左右對射，相應作左或右標記，其發射的信號不被其它單車所阻擋。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。

每日登記控制器作為主設備安裝在道路上的紅外線收發裝置起動后的設定時間內，共享單車依次進入停放區依序停放作接力編號登記，隨意停放則無法登記無法結賬。所述接力編號登記是指由道路上的紅外收發探頭所對應的共享單車開始登記，登記后的共享單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單車進行編號登記，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單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單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單車，此后由登記控制器對共享單車編號進行接力登記和編號。接力登記和編號過程：先對已進入登記控制器中藍牙信號覆蓋區并鎖車后未登記的共享單車被喚醒接入微微網，由登記控制器對微微網內每輛共享單車依序分配“新編號”，用于紅外接力登記，分配新編號后的共享單車藍牙模塊即置于休眠狀態，接著，登記控制器對已登記和編號的共享單車以其編號為地址實現登記控制器與共享單車藍牙模塊串口通信的登記信息交換，并且登記控制器將所有新編號發送給所有已登記和編號的共享單車，然后從接力車開始依新編號為地址對新編號共享單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單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單車作掃描應答登記，并傳遞登記和編號信息，最后一輛被接力登記的共享單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單車信息無線發送至登記控制器，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單車依序停放，對無法完成登記和編號的新編號共享單車，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單車的車號與編號的一一對應。各共享單車成功登記后其led燈每隔一定時間閃亮一次綠色。

除此而外，停放的共享單車當被管理人員整理移動位置后，需要對登記控制器藍牙信號覆蓋范圍內未登記共享單車進行登記，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：先按編號順序打開已登記的一個編號共享單車的紅外收發裝置，對停放區內共享單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單車，作為新的接力車取消原接力車進行接力登記和編號，登記控制器將已登記和編號的共享單車依序列表便于控制。

共享單車和登記控制器進行信息交換時，通信站的登記控制器接收各共享單車的登記信息，其它登記控制器與各共享單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登記控制器所登記的共享單車的車號及其設備狀況、使用模式、用戶類型及電話號碼、登記時間和登記控制器編碼。共享單車將登記信息發送給登記控制器后即將該登記信息刪除，各登記控制器刪除重復的登記信息并整理后由共享單車傳遞，經通信站向總站控制器匯總。

在廣闊空地共享單車停放前先到紅外收發裝置安裝處進行登記和編號，視安裝紅外收發裝置的位置與停放區的最遠距離，由車鎖控制器控制于30秒至90秒間的設定時間內鎖車則登記有效，登記時紅外登記裝置與共享單車交換登記信息，紅外收發裝置由單片機、非易失存儲器和紅外收發裝置構成。

在非鬧市區的單車停放區，每日第一輛共享單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單車設置成主設備，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單車開鎖騎走時，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單車，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。

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單車登記，用登記次數的奇偶數表示出入，奇數為入偶數為出，入時共享單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單車。或采取在居民小區內部或其它隱蔽場所的單車停放區安裝探頭，避免共享單車在居民小區或其它隱蔽場所內遭損壞；

共享單車用戶分成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后使用鍵盤開鎖，適合更廣泛消費群，總站控制器匯總vip用戶用車費用累計結賬，短信通知，vip用戶可以登陸總站計算機的網絡端口獲得用車費用詳細信息。共享單車騎行到達目的地后都要停放到附近的單車停放區并進行鎖車登記結算，不經登記鎖車不予結算。

共享單車系統采取用戶協力共管方法。每輛共享單車車座下面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，車鎖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，車鎖控制器開始計時，到達目的地登記后手動關上車鎖，這時鎖車動作經彈簧傳遞至鎖車開關的常開觸頭使之閉合提示已鎖車，車鎖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，總站控制器根據使用狀態扣除獎勵時間計算費用，向臨時用戶發送結算短信，其費用由電話費支付，未用獎勵累計記錄；共享單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手提到達登記目的地登記，車鎖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單車是否損壞或騎行，實行對該電話號碼臨時用戶的獎勵。車鎖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，共享單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，如遇偷車車鎖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登記控制器發出協查請求，查獲案發車運動軌跡，幾個周邊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的共享單車系統的電路結構方框圖。

(五)具體實施方式：

一種基于zigbee的共享單車系統的電路結構方框圖如圖1所示，包括通信站﹙a﹚、登記控制器、紅外登記裝置和共享單車的車鎖控制器(b)，通信站﹙a﹚中裝有zigbee模塊﹙2﹚和登記控制器。登記控制器包含微控制器﹙4﹚、非易失存儲器﹙5﹚、紅外收發裝置﹙6﹚和藍牙模塊﹙3﹚，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﹙5﹚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﹙5﹚中以備stc12c5a60s2作進一步處理，從而完成藍牙無線數據的交換。

車鎖控制器(b)由單片機﹙8﹚、非易失存儲器﹙9﹚、共享單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﹚和鍵盤﹙11﹚構成。

通信站﹙a﹚中的zigbee模塊﹙2﹚采用cc2530模塊，通信站的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。