基于新型自行车地锁的自行车管理系统

在校园、小区和大型超市等公共场合，废旧自行车占用车库位置，既浪费空间，又造成钢铁资源的浪费，公共场合自行车管理一度成为难题。虽然我们周围有公共自行车租赁和管理系统，但专车专用的局限性使其难以解决公共场合的私人自行车管理问题。为解决这个问题，我们设计了一款公共场合的智能IC卡自行车管理系统，能在不改变自行车结构的前提下，实现自行车轻松存取，需要时可以反查自行车车主信息查功能，极大地方便自行车管理。

【关键词】地锁 智能IC卡 自行车管理系统 车辆防盗

自行车作为最基本的交通工具，在公共场合尤其是大学校园里的存在数量庞大。但随着每届毕业生的离校，大部分不便带走的自行车堆积在校园车棚内。大量无主车辆一方面占用空间，影响校园环境的美观性，另一方面造成严重资源浪费。当然，现在也有很多比较成熟公共自行车管理系统出现在大城市的中心繁华地区甚至校园里。但是，这些自行车管理系统多为专车专用，而且初期建设投入成本高，不适用于公共场合的个人自行车管理。所以，我们要设计一套能满足校园内大部分自行车方便存放与管理的自行车管理系统。

1 设计思路

公共自行车管理系统，是要在传统的地锁基础上，加入通讯模块和控制电路，实现智能卡的识别和锁具的控制。还要改良锁具，提高兼用性和方便性，使锁具适用于大部分自行车的同时，做到简单易用。最后，加入防盗报警电路，提高系统安全性。

2 系统组成

公共自行车管理系统主要由三部分组成：结构创新的地锁、智能终端、智能卡和防盗报警电路。

2.1 结构创新的地锁

创新型地锁是由锁桩、锁杆、弹簧和继电器等基本部分组成。工作原理：锁杆被固定在左端锁桩上，有两个状态：

2.1.1 开锁状态

继电器将固定用的锁舌抬起，锁杆在外力（自行车轮推力）作用下可以绕固定螺钉轴向运动（图1），在失去外力作用（锁杆右端从车轮边缘划过）后，锁杆在弹簧的回复力作用下回到初始位置，弹簧达到平衡状态；

2.1.2 上锁状态

继电器将固定用的锁舌放下，锁舌与固定螺钉一起作用，使锁杆无法运动（图2）。

存车时，使锁处于开锁状态，将自行车从锁桩之间推进去，在车轮的推力作用下，锁杆向后运动。由于锁杆的长度固定，车轮前进一定距离后，锁杆脱离车轮前表面，在弹簧的作用下回到初始位置，锁芯掉下，锁具上锁。此时，车轮被由两锁桩和锁杆构成的倒u型结构（图3）固定。

2.2 智能终端

智能终端由微控制器STC12C5A60S2、触摸屏和RC522智能卡读写模块组成。

STC12C5A60S2是系统的核心部分，通过驱动触摸屏，实现系统与外界的信息交互，如密码的输入、存取车功能的选择、车库和自行车信息的查询与相关信息的呈现等。再且，驱动RC522模块，实现卡内信息读取与改写，并对卡的信息进行分析，只有卡内信息合法才能进行自行车存取操作。另外，我们充分利用了STC12C5A60S2片内自带的E2PROM来存储车库内自行车的信息，避免系统意外断电造成数据丢失，有效提高车库的稳定性。

2.3 智能卡

为使提高系统的通用性，本自行车管理系统的用户卡不需要做到专卡专用，而直接使用普通IC卡（如校园卡，水卡，门禁卡等），只要IC卡中存在未利用的一个扇区，就可以升级为本系统使用的自行车卡，用于存储用户信息（如表1所示）。

2.4 防盗报警电路

防盗电路由绕在锁杆上的带绝缘铜丝线和高分贝报警器组成，与智能终端配合工作。细铜丝线绕在锁杆上，锁杆上再套上胶套，隐藏铜丝线的同时，避免车轮与锁杆接触时对车轮锁杆刮伤车轮。工作原理：智能终端周期性检测铜丝回路。如果有人要暴力开锁，将会使铜丝断开，触发报警，只有靠工作人员用管理卡解除警报。

3 功能实现

3.1 正常存取

刷用户卡验证密码->推车入（出）桩->再次刷卡确认上锁

3.2 信息反查

刷管理验证密码->选中要查询的车辆所在车位->信息呈现

4 结语

通过将创新的地锁架构和单片机结合的简单系统，能有效解决自行车存放的问题，方便用户存取自行车和提高自行车存放安全同时，避免无主车辆霸占车位，造成资源的浪费。系统只是出于雏形阶段，可以发展提高，结合数据库和互联网，实现多地联合管理，以扩大使用范围，可以广泛应用于公共场合。

参考文献

[1]单承赣.射频识别（RFID）原理与应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2015.

[2]马帅.公共自行车租赁系统的模式分析及改进提案[J].科技信息，2011.

作者单位

天津科技大学电子信息与自动化学院 天津市 300222