李宏華，林 杰，章文炳（福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建泉州362332）

基于無線網(wǎng)絡(luò)的自助式雨傘租借系統(tǒng)

李宏華，林 杰，章文炳（福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建泉州362332）

針對(duì)目前公共雨傘租借裝置的管理不便，成本及丟失率高等問題，設(shè)計(jì)一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的雨傘租借系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公共雨傘的智能化管理，有效的解決了雨傘歸還率低、管理成本高等問題。

雨傘租借；無線網(wǎng)絡(luò)；自助式

引言

雨傘作為一種遮陽避雨的工具，是人類生活的必需品。天氣變幻無常，多數(shù)人都沒有隨身攜帶雨傘的習(xí)慣，當(dāng)突然下大雨的時(shí)候，人們只能為了避雨而浪費(fèi)很多寶貴時(shí)間。愛心便民傘的出現(xiàn)在一定程度上解決了這個(gè)問題，但是由于在租借的過程中僅僅登記了借傘人的姓名、電話、借傘時(shí)間和預(yù)計(jì)歸還時(shí)間等基本信息，缺乏有效管理，導(dǎo)致了雨傘丟失率高，同時(shí)也存在租借手續(xù)麻煩、管理成本高等問題?；跓o線網(wǎng)絡(luò)的自助式雨傘租借系統(tǒng)，采用刷卡取傘，通過無線網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器反饋?zhàn)饨栊畔?，并根?jù)租借情況的智能分析，判斷租賃點(diǎn)的雨傘需求量，為投放雨傘提供調(diào)度依據(jù)。系統(tǒng)采取預(yù)付押金的方式，并可設(shè)置免費(fèi)借傘的時(shí)限，超過時(shí)限則扣取租金，并通過短信方式告知借傘人，提高了雨傘的歸還率，降低管理成本。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)由雨傘租借終端、后臺(tái)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。雨傘租借終端通過非接觸式射頻識(shí)別技術(shù)，讀取用戶IC卡信息，控制雨傘借出和歸還。租借終端上的GPRS模塊將用戶租借信息上傳到服務(wù)器，接收服務(wù)器下發(fā)的借傘控制指令和用戶信息。數(shù)據(jù)庫用于存放用戶的注冊信息、賬戶信息、租借記錄、租借網(wǎng)點(diǎn)信息等內(nèi)容。后臺(tái)管理系統(tǒng)根據(jù)借傘、還傘或查詢等請(qǐng)求指令，讀取數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，并通過網(wǎng)絡(luò)控制租借終端。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

雨傘租借終端采用RFID技術(shù)進(jìn)行用戶身份識(shí)別，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)終端和服務(wù)器的連接。終端硬件框架如圖2所示，由主控制電路模塊、用戶識(shí)別模塊、電子鎖控制模塊、GPRS通信模塊、人機(jī)交互、傘具識(shí)別模塊等幾個(gè)部分構(gòu)成。

圖2 租借終端硬件框架

2.1 用戶識(shí)別模塊

用戶識(shí)別模塊采用MF-RC522射頻識(shí)別控制器。MFRC522是一款工作頻率為13.56MHz，支持ISO/IEC14443A及MIFARE等標(biāo)準(zhǔn)，支持SPI、I2C及UART等接口模式的低工作電壓、低功耗、小尺寸的IC卡讀寫芯片[1]。讀取IC卡用戶信息需要MCU對(duì)MF-RC522寄存器的讀寫，控制MF-RC522詢卡和采集信息。本設(shè)計(jì)采用高速的四線制SPI接口模式與MCU連接。MCU通過MOSI發(fā)送命令給MF-RC522，MFRC522接收到命令后按照協(xié)議格式，將數(shù)據(jù)調(diào)制到13.56MHz的載波上，通過引腳TX1和TX2傳輸?shù)教炀€發(fā)射出去。若有IC卡，則被MF-RC522發(fā)送的信號(hào)激活，并反饋卡片信息給MCU，完成數(shù)據(jù)的讀取。

2.2 GPRS通信

在實(shí)際應(yīng)用中，雨傘租借終端必須獨(dú)立的分布在各個(gè)人流密集的地方，這就使得租借終端與服務(wù)器之間無法采用短距離傳輸方式，更不可能采用布線方式，因此需要租借終端能夠?qū)崿F(xiàn)與Internet連接?，F(xiàn)在很多場景都提供有WIFI熱點(diǎn)，但沒有全方位覆蓋，且WIFI熱點(diǎn)受商家因素影響，具有不可控性。GPRS具有穩(wěn)定在線、收費(fèi)合理的特點(diǎn)，雖然通信速率比不上WIFI，但由于雨傘租借終端與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不大，對(duì)速率要求不高，能夠滿足要求。

本系統(tǒng)通過MCU控制GPRS模塊的數(shù)據(jù)通信。為了實(shí)現(xiàn)Internet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，選用了支持 TCP/IP傳輸協(xié)議的SIM800模塊。該模塊是一款小尺寸，低功耗的GPRS通信模塊，集成了標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口和SIM接口，可以方便與MCU連接。由于內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議，通過簡單的配置，即可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。

2.3 傘具識(shí)別模塊

為了避免雨傘被惡意不歸還，造成雨傘丟失，需要對(duì)雨傘進(jìn)行識(shí)別，判斷用戶是否真正歸還了雨傘。在雨傘的把手上有對(duì)應(yīng)唯一的條形碼，當(dāng)用戶歸還雨傘時(shí)，租借終端上的傘具識(shí)別模塊掃描條形碼，并檢測雨傘是否放置好。若識(shí)別到是用戶借出時(shí)的雨傘，則可歸還，并計(jì)算借出時(shí)間。

2.4 人機(jī)交互

租借終端配備液晶顯示屏和按鍵。按鍵包括有取傘、還傘、查詢、確認(rèn)等按鍵，用于自助借還傘操作。液晶顯示屏用于顯示時(shí)間，以及用戶查詢信息。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自助式雨傘租借系統(tǒng)的軟件主要包括了租賃終端的下位機(jī)軟件和數(shù)據(jù)后臺(tái)管理軟件兩部分。下位機(jī)軟件采用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)用戶IC卡信息的讀寫、人機(jī)交互的操作、電子鎖的動(dòng)作、傘具的識(shí)別以及GPRS數(shù)據(jù)通信的控制。數(shù)據(jù)后臺(tái)管理軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理。

3.1 借還傘程序

當(dāng)檢測到有IC卡時(shí)，系統(tǒng)通過IC卡讀取用戶ID，并將該ID發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器，服務(wù)器查詢該用戶的相關(guān)信息，再通過Internet網(wǎng)絡(luò)下發(fā)數(shù)據(jù)。終端上的GPRS接收到用戶數(shù)據(jù)后給到單片機(jī)處理，并顯示在液晶屏上，借還傘程序流程如圖3所示。

此時(shí)檢測是否有按鍵按下，并判斷是查詢、借傘還是還傘。若是查詢按鍵，則顯示用戶借還傘的記錄和余額等信息。若是借傘按鍵，則根據(jù)用戶已借傘數(shù)量、賬戶余額、雨傘余量等信息，判斷是否可以借傘。本設(shè)計(jì)中，用戶可借傘數(shù)量限定為最多2把。若是還傘按鍵，則通過傘具識(shí)別模塊判斷所還物品是否為用戶所借雨傘，計(jì)算并顯示借傘時(shí)長和應(yīng)繳納金額。

3.2 數(shù)據(jù)后臺(tái)管理

圖3 借還傘程序流程圖

數(shù)據(jù)后臺(tái)管理平臺(tái)是整個(gè)雨傘租借系統(tǒng)能進(jìn)行有效管理的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)用戶信息的管理、用戶借還傘權(quán)限控制、租借網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析和調(diào)度。管理平臺(tái)包括了用戶注冊和充值管理、借還傘信息管理、用戶信息管理、管理員信息管理、信息查詢、租借網(wǎng)點(diǎn)信息管理等模塊[2]。數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)采用MySQL數(shù)據(jù)庫，它是一種快速，多線程，多用戶的SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在千萬級(jí)的數(shù)據(jù)環(huán)境中依然保持較高的讀取速度。管理平臺(tái)采用C/S構(gòu)架，界面友好，操作簡單[3]。

4 結(jié)語

文章提出的基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)自助式雨傘租借系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，一定程度上解決了目前愛心便民傘的租借管理缺陷，既降低了管理成本，也降低了雨傘的丟失率，同時(shí)還能通過數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)租借網(wǎng)點(diǎn)的合理分布，以及雨傘投放的調(diào)度，為市民的出行提供了便利保障，具有廣泛的應(yīng)用市場。

[1]黃俊祥，陶維青.基于MFRC522的RFID讀卡器模塊設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2010，22：16～18.

[2]楊志和.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的公共自行車租賃管理系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，02：60～62.

[3]黃姜磊，徐仁朝，李理想，周良新，花小林.基于校園卡的自行車租賃管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014，02：182.

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