电动自行车租赁系统服务平台设计与实现

 低碳出行的电动自行车租赁系统能有效地提高道路利用率，减少交通拥堵，在市民短距离出行、休闲旅游和公交换乘等方面发挥积极作用。虽然部分城市开展了电动自行车租赁系统的尝试，但是现有系统租赁站点中服务平台大多存在实用性、实时性和安全性等方面的不足。因此，研究基于嵌入式操作系统、RFID无线射频识别、CAN总线等技术的电动自行车租赁服务平台是保障租赁系统运行稳定可靠和车辆租赁方便快捷的关键。
本文在深入研究电动自行车租赁系统结构和功能需求的基础上，采用“集中管理、分散控制”的设计思想，设计了位于设备层的电动自行车租赁服务平台。服务平台由服务终端和车桩组成，不仅可进行数据获取，还集成数据提取、数据分析、数据显示和报警处理等多层次功能。
根据电动自行车租赁服务平台功能需求，对服务终端和车桩的设计方案进行对比论证，选择了基于ARM和单片机组合的服务平台设计方案。围绕设计方案对租赁服务平台的硬件设计和底层软件设计进行详细分析，并对硬件芯片和软件方案进行了选型。服务平台中服务终端硬件设计以S5PV210为核心芯片，车桩硬件设计以STC12C5A60S2为核心芯片，将硬件电路分为核心控制模块、读卡器模块、数据通信模块、显示模块、报警模块等几部分进行设计，并对PCB板卡设计中关键问题进行研究与分析。租赁服务平台软件设计基于嵌入式Linux系统，首先将Linux系统移植到服务终端ARM平台，然后对CAN总线驱动、RFID驱动、WiFi模块驱动、3G模块驱动、SQLite数据库等进行分析与设计。
本文最后对服务平台的硬件电路和软件设计进行了测试，测试结果表明服务平台能稳定可靠地工作，满足基本的设计要求。

关键词：电动自行车租赁系统，嵌入式Linux，S5PV210，服务平台，车桩

Abstract
The electric bicycle rental system is focused on low carbon travel, can improve the road efficiency and relieve traffic congestion. It plays an active role in the public short-distance travel, leisure tourism, as well as public transportation transfer. Some cities have launched electric bicycle rental system, but most of the service platforms in the rental site are poor in practicability, real time, security and other aspects. Therefore, the study of embedded operating systems, Radio Frequency Identification (RFID), Controller Area Network (CAN) and other technology for electric bicycle rental service platform is the key to ensuring that the rental system runs stable and reliable, the bicycle leasing is convenient and efficient.
After studying the structure and functional requirements of electric bicycle rental system, the design philosophy of concentrated management and dispersed control has been used in this thesis. The smart rental service platform located at the device layer is designed. The service platform is composed of service terminal and parking equipment. It not only get data, but also have data extraction, data analysis, data display, alarm processing and other functions.
According to the demands of the electric bicycle rental system, the design schemes of the service terminal and parking equipment are compared and designed. And the design scheme based on Advanced RISC Machines (ARM) and single-chip processor is chosen. The hardware design and the underlying software design of the rental service platform are analyzed in detail. Then, the hardware chips and software solutions are selected. The hardware design of the self-service terminal uses S5PV210 as the core chip, the hardware design of the parking equipment uses STC12C5A60S2 as the core chip. The hardware circuit is divided into several sections for designing, including the core control module, the reader module, the data communication module, the display module, the alarm module, etc. And the key issues in the Printed Circuit Board Design are studied and analyzed. The software of the self-service terminal is designed based on the embedded Linux system. First, the embedded Linux system is transplanted to the self-service terminal ARM platform. And then the CAN bus driver, RFID driver, Wireless Fidelity driver, the Third Generation Telecommunication driver and SQLite database are analyzed and designed.
Finally, in this thesis, the hardware and the software design of the service platform are tested. The test results show that the service platform can work normally, meet the basic designing requirements.

Keywords: electric bicycle rental system, embedded Linux, S5PV210, service platform, parking equipment

目录
图录 VIII
表录 XI
注释表 XII
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外发展状况 2
1.2.1 国外发展情况 2
1.2.2 国内发展情况 2
1.3 论文研究内容及意义 3
1.4 章节安排 4
第2章 电动自行车租赁系统研究与分析 5
2.1 现有电动自行车租赁系统分析 5
2.1.1 电动自行车租赁系统功能分析 6
2.1.2 电动自行车租赁系统相关技术 7
2.1.3 电动自行车租赁系统现存问题 7
2.2 电动自行车租赁系统设计分析 9
2.3 电动自行车租赁系统整体构架 10
2.4 租赁系统服务平台结构分析 12
2.4.1 租赁服务终端 13
2.4.2 租赁服务停车桩 13
2.4.3 租赁数据传输分析 13
2.5 本章小结 14
第3章 电动自行车租赁系统服务平台设计 15
3.1 服务平台设计需求分析 15
3.2 服务平台总体方案设计 16
3.2.1 服务平台方案论证 16
3.2.2 服务平台总体设计 18
3.3 服务平台硬件总体设计 19
3.3.1 服务平台硬件方案设计 19
3.3.2 主要芯片选型分析 20
3.4 服务平台软件总体设计 23
3.4.1 服务平台软件架构 23
3.4.2 嵌入式操作系统选型 24
3.4.3 数据处理方式及协议选型 25
3.5 本章小结 26
第4章 服务平台硬件分析与设计 27
4.1 服务平台硬件详细设计 27
4.2 主控核心模块电路设计分析 28
4.2.1 ARM存储器电路 29
4.2.2 ARM时钟电路 31
4.2.3 ARM配置和复位电路 31
4.2.4 ARM调试与测试电路 32
4.2.5 车桩最小系统设计 32
4.3 数据通信模块设计分析 33
4.3.1 CAN总线通信模块 33
4.3.2 RFID射频识别读写器 34
4.3.3 3G通信模块 35
4.3.4 以太网通信模块 35
4.3.5 WIFI通信模块 36
4.4 其他模块设计 37
4.4.1 电源模块设计 37
4.4.2 显示模块设计 38
4.4.3 SD卡存储模块设计 38
4.4.4 语音提示模块设计 39
4.5 PCB设计分析 40
4.5.1 PCB分层布局设计 40
4.5.2 PCB板EMC设计 41
4.6 本章小结 41
第5章 服务平台软件分析与设计 43
5.1 嵌入式linux系统移植 43
5.1.1 交叉开发环境搭建 43
5.1.2 Bootloader定制与移植 43
5.1.3 Linux内核定制 44
5.1.4 文件系统的制作 45
5.2 人机交互软件设计分析 45
5.2.1 用户操作模块驱动设计 45
5.2.2 语音提示模块驱动设计 45
5.3 数据通信设计分析 46
5.3.1 CAN现场总线驱动设计 46
5.3.2 RFID读写器驱动设计 52
5.3.3 3G通信驱动设计 52
5.3.4 以太网通信驱动设计 54
5.3.5 WIFI网卡驱动设计 56
5.3.6 数据通信安全设计 58
5.4 数据安全存储设计分析 59
5.4.1 IC卡读写操作分析 59
5.4.2 SD卡数据读写分析 62
5.4.3 SQLite数据库设计 63
5.5 异常应急处理分析 65
5.6 本章小结 66
第6章 服务平台测试与验证 67
6.1 硬件平台测试 67
6.2 软件环境测试 69
6.2.1 测试平台的搭建 69
6.2.2 系统移植测试 70
6.2.3 数据通信测试 72
6.2.4 数据存储检测 76
6.3 性能测试 78
6.4 本章小结 78
第7章 总结与展望 79
7.1 全文总结 79
7.2 展望 79
参考文献 81
附录A 硬件设计原理图和PCB板卡 85
附录B 关键代码 90
致谢 95
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果 96

图录
图2.1 电动自行车租赁站点实物图 5
图2.2 电动自行车租赁系统分层结构 9
图2.3 电动自行车租赁系统框架 11
图2.4 租赁服务平台结构框架 12
图3.1 电动自行车服务平台设计方案 17
图3.2 服务平台总体设计框图 18
图3.3 服务平台硬件框图 20
图3.4 服务终端软件设计框图 23
图3.5 车辆租赁操作流程 25
图4.1 服务终端硬件设计框图 27
图4.2 车桩硬件设计框图 28
图4.3 NAND Flash硬件连接原理图 29
图4.4 SDRAM硬件连接原理图 30
图4.5 启动方式拨码开关连接图 31
图4.6 UART引脚与SP3232硬件连接 32
图4.7 CAN总线芯片连接图 33
图4.8 MFRC522硬件连接图 34
图4.9 AD3812V2模块硬件连接图 35
图4.10 网络接口硬件连接图 36
图4.11 TL-WN321G+无线网卡实物图 36
图4.12 电源模块电路图 37
图4.13 SD卡电路连接图 39
图4.14 语音模块电路连接 39
图4.15 服务终端核心板叠层结构 40
图4.16 服务终端底板和车桩板卡PCB 42
图4.17 读卡器PCB设计 42
图5.1 ISD1760芯片SPI协议格式 46
图5.2 标准帧各段组成结构 46
图5.3 MCP2515读指令时序 48
图5.4 MCP2515写指令时序 49
图5.5 MCP2515初始化流程 50
图5.6 CAN波特率计算器 50
图5.7 MCP2515数据收发流程 51
图5.8 MFRC522寄存器初始化顺序 52
图5.9 DM9000驱动程序体系结构 54
图5.10 DM9000数据包收发流程 55
图5.11 WiFi无线网卡软件结构 56
图5.12 DES算法示意图 58
图5.13 读卡器与M1卡通信流程 60
图5.14 M1卡动态加密方法 61
图5.15 SD卡驱动的体系结构 62
图5.16 ARM平台下SQLite操作界面 64
图6.1 时钟信号测试图 68
图6.2 无卡状态读卡器发射信号波形图 69
图6.3 有卡状态读卡器信号测试图 69
图6.4 服务平台开发测试环境 70
图6.5 uboot烧写过程 71
图6.6 zImage烧写过程 71
图6.7 文件系统烧写过程 72
图6.8 串口终端操作界面 72
图6.9 服务终端CAN总线数据测试图 73
图6.10 车桩CAN总线数据测试图 73
图6.11 3G拨号连接结果 74
图6.12 3G网络接入测试 74
图6.13 DM9000网卡启动信息 75
图6.14 DM9000接入网络测试图 75
图6.15 网络限速测试图 76
图6.16 SD卡加载信息 76
图6.17 IC卡存储检测 77
图6.18 保存在SD卡中的数据库文件 77
图6.19 RentState.db数据库信息 78

表录
表2.1 租赁系统相关技术描述 7
表3.1 服务平台总体需求分析 15
表3.2 服务平台设计方案对比 17
表3.3 外部功能模块芯片选型分析 22
表3.4 嵌入式操作系统比较 24
表3.5 常见嵌入式数据库比较 25
表4.1 底板模块工作电压对照表 38
表4.2 SD模式引脚结构 38
表5.1 自定义数据报文格式解析 47
表5.2 报文筛选寄存器真值表 47
表5.3 无线网卡组件实现 56
表5.4 M1卡存取控制结构表 59
表5.5 M1卡存取控制参数设置表 59
表5.6 用户卡黑名单 64
表5.7 租赁站点费率表 64
表5.8 租赁站点车桩信息 65
表5.9 用户租还车记录 65
表6.1 电源测量结果 67
表6.2 软件测试平台工具表 70

注释表
ARM Advanced RISC Machines，精简指令集计算机
AP Wireless Access Point，无线访问接入点
API Application Programming Interface，应用程序编程接口
CAN Controller Area Network，控制器局域网
CPU Central Processing Unit，中央处理器
CRC Cyclic Redundancy Check，循环冗余码校验
DDR Double Data Rate，双倍数据速率
DSP Digital Signal Processor，数字信号处理器
EMI Electromagnetic interference，电磁干扰
FPGA Field Programmable Gate Array，可编程门阵列
GUI Graphical User Interface，图形用户界面
IC Integrated Circuit，集成电路
JTAG Joint Test Action Group，联合测试工作组
LCD Liquid Crystal Display，液晶显示器
LSB Least Significant Bit，最低有效位
MCU Micro Controller Unit，微控制器
MSB Most Significant Bit，最高有效位
PCB Printed Circuit board，印刷电路板
PHY Physical Layer，物理层
PLL Phase Locking Loop，锁相环
RFID Radio Frequency Identification，射频识别
RISC Reduced Instruction Set Computer，精简指令集
RTC Real Time Clock，实时时钟
SPI Serial Peripheral Interface，串行外设接口
SQL Structured Query Language，结构化查询语句
SDRAM Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存取内存
WIFI Wireless Fidelity，无线保真
UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步接收发射器
USB Universal Serial Bus，通用串行总线

第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
近年来，随着我国经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市人口逐年增加，居民出行量不断递增。截止2013年底，城镇化率提升到53.7%，城镇常住人口达7.3111亿。据联合国《世界人口展望》和《世界城市展望》预测，2050年我国人口约为14～15亿，城市化率可达到77%～81%；2100年我国人口将接近12～16亿，城市化率达86%～89%。快速城镇化的同时机动车数量也与日俱增，我国城市交通机动化表现为小汽车化。截止2013年，机动车数量在我国已突破2.5亿辆，其中汽车超过50%。增长的机动车辆提高了人们生活质量，但所引发的环境污染、交通拥堵严重制约着城市的发展。
优先建设城市公共交通是现今解决交通问题最有效的方式之一，我国城市公交主要有公共汽车、地铁和轻轨等工具，也包括轮渡、出租车等辅助交通工具。我国城市道路与公共交通自2000年以来累计投资已超过2万亿元，但由于公共交通站点布局和运行线路限制，公共交通难以覆盖城市每个角落[1]。公共交通体系末端1至2公里没有合适的短距离交通出行工具，出现了“最后一公里”问题。“最后一公里”问题中，人们步行费时，“打的”较贵，乘公交转车较麻烦。为提高公交出行分担率，解决人们交通出行难题，低碳环保的公共自行车服务系统成为了城市交通发展的一大趋势。
公共自行车服务系统以当地市民和外地游客为服务对象，在限定区域内提供若干站点，为人们提供免费或者象征性收费的自行车，并能在任意租赁站点实现车辆借还。公共自行车避免了自购车辆的缺点，具有存车方便、不易丢失、使用率高等特点。电动自行车租赁系统提供电动自行车租赁，电动自行车使用环保电力，不污染大气；骑行百公里耗电仅1度左右，每次充电可行30至50公里；相对普通自行车更加省时省力，能进一步优化公交系统。电动自行车接驳公交车、轻轨等公共交通，就近归还电动自行车，方便市民出行。此租赁系统是一项惠民、便民的公共服务，响应政府倡导的“绿色低碳出行计划”发展宗旨，蕴藏着提高道路利用率，减少交通拥堵，推进节能减排等潜力。
1.2 国内外发展状况
1.2.1 国外发展情况
公共自行车服务系统起源于欧洲，共经历三个阶段。第一代起源于荷兰，地方政府将购买的自行车放置于市区各处，供给市民免费骑用；第二代公共自行车需投硬币方能骑用，归还车辆时会将硬币退还给使用者；上世纪90年代末，欧洲出现了第三代公共自行车服务系统，该系统实现了对公共自行车的数字化管理和运营。
公共自行车服务系统现已在五大洲49多个国家运营。2013年，法国37个城市实现了公共自行车租赁服务，车辆数量达到45650辆；2007年创建的巴黎自行车服务系统Velib具有世界最高的用户使用率，仅运营第一年便超过2千万人次使用，年均利润达3千万美元，是法国唯一赚取稳定净收益的公共交通项目；除此之外，36%丹麦哥本哈根市民使用公共自行车作为交通工具，美国芝加哥设有1038公里专用车道和300个自行车租赁站点[2]。截止2013年，已有535个城市开展了公共自行车项目，但兼容电动自行车租赁的系统较少。
电动自行车租赁系统是当今公共自行车租赁的发展趋势，租赁站点服务平台应用计算机技术、无线通信和互联网等技术实现对电动自行车与普通自行车的智能化管理。2014年，哥本哈根推出全球首个智能电动自行车租赁系统，可实现网站预约租赁车辆；系统提供65个租赁站点，租赁站点服务平台设施可与公交站点行程联动，实现交通路况信息的显示。伦敦现已实现手机短信租赁自行车的服务系统，但这些系统均存在车辆被盗或损坏无法被及时处理的现象。
1.2.2 国内发展情况
借鉴国外相关经验，北京、杭州、上海、常州、武汉等61个城市陆续推出了公共自行车服务系统[3]。北京公共自行车租赁站点总数至2015年已超过1000个，车辆达5万辆，形成了覆盖全市主要交通枢纽的租赁服务网络。2008年5月启动的杭州公共自行车服务系统，现已拥有租赁站点3113个，公共自行车78000辆，日租用量最高可达41.14万余人次，是中国乃至世界最成功的公共自行车服务系统。2014年《今日美国》报道，湖北武汉拥有公共自行车9万辆，是目前最大的公共自行车服务系统。
我国公共自行车服务系统租赁站点主要设立在公交站旁、景区和休闲商务区。租赁站点服务平台是物联网的典型应用，主要实现数据交易逻辑控制，交易记录和用户交互界面显示功能。但该系统在我国发展时间较短，多数采用国外现有方案，存在许多不足，主要表现为缺少专用车道建设，车辆数量有限，租赁站点少且布局不合理，与公共交通衔接不足，缺少车辆维修点。现今我国尚未出现对电动自行车的租赁，要打造一个“方便、简单、快捷、低价”且稳定性高的电动自行车租赁系统，系统需实施技术创新，融合通信网络、控制技术、传感器技术、数据处理技术等多学科知识。
1.3 论文研究内容及意义
本论文来源于重庆邮电大学和重庆通盛建设工业有限公司合作项目“公共电动自行车租赁服务系统电子模块及软件开发”。为解决城市公交出行最后一公里和缓解城市环境污染、交通拥堵问题，项目结合当今公共自行车的优缺点，提出以电动自行车为主要交通工具的系统开发及应用方案。论文根据租赁系统实际需求，运用嵌入式Linux、控制器局域网(Controller Area Network，CAN)、RFID无线射频等技术，完成了公共电动自行车服务系统中租赁服务平台硬件及底层软件的研究与设计。
为实现平台所具备的功能并提高研发效率，论文将整体研发工作分为方案论证、方案设计与实现、联合测试三大阶段。以上各阶段都需要对最初的方案进行修改与完善以使系统更加完整、稳定和可靠，本论文具体研究内容包括以下方面：
1. 调研现有租赁系统服务平台存在的问题，确定本设计需要解决和完善的问题，将使用何种技术方案达到功能需求；
2. 深入了解国内外电动自行车租赁系统的发展以及系统工作原理、体系结构的基础上，结合实际需求给出租赁服务平台的设计方案；
3. 根据设计方案和各功能模块元器件的数据手册，结合已有电路设计方案，对系统硬件进行设计，完成原理图的绘制以及PCB板的制作；
4. 研究各模块工作流程，结合RFID技术、CAN总线技术、WiFi技术以及嵌入式Linux开发等知识，实现终端设备数据收发、RFID卡身份识别、电动自行车停放管理和记录存储等功能，完成服务平台底层软件设计；
5. 搭建测试环境，完成系统各模块调试工作，以及系统的联调。
1.4 章节安排
本文主要完成电动自行车租赁系统服务平台的设计与实现，论文整体划分为七章，具体组织结构如下：
第一章，绪论。阐述本文的研究背景、来源及意义，并给出本文的研究内容以及各章节安排。
第二章，电动自行车租赁系统研究与分析。对现有公共自行车服务系统存在的问题进行综合分析，在此基础上给出改进办法和租赁系统的设计方案，针对系统中服务平台的作用和通信方式进行详细分析。
第三章，电动自行车租赁系统服务平台设计。分析服务平台的作用和设计要求，给出电动自行车租赁系统中服务平台的设计方案。然后重点对服务平台软硬件设计进行详细分析，并对平台涉及的相关模块进行选型。
第四章，服务平台硬件分析与设计。首先针对功能需求提出服务平台硬件总体设计方案；然后对具体硬件电路进行设计，包括核心控制模块、读卡器模块、数据上传模块、显示模块、电源模块、报警模块等；最后对PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）进行分析与设计，使其具有良好的性能。
第五章，服务平台软件分析与设计。首先对uboot、Linux内核、根文件系统的定制，并移植嵌入式linux系统到服务平台；然后详细分析人机交互模块和数据通信模块的驱动程序设计；最后对平台数据的安全存储进行设计分析。
第六章，服务平台测试与验证。主要完成对硬件和软件的调试工作，以及对系统设计的测试与验证。
第七章，总结与展望。对本文研究内容进行总结，并对后续工作进行展望。

第2章 电动自行车租赁系统研究与分析
电动自行车租赁系统不是电动自行车与租赁方式的简单组合，而是综合众多技术与科学管理理论的创新型系统，电动自行车仅为众多技术中的一个载体。本章分析了现有公共电动自行车服务系统的组成、运营优缺点和存在的问题，提出了更加完善的电动自行车租赁系统设计方案。
2.1 现有电动自行车租赁系统分析
电动自行车租赁系统即在某区域内（城市、大型景区、大学城等），隔一定距离规划出停放公共电动自行车的租赁站点（如社区门口、校园门口、车站、商圈、景点、公交换乘点等），每个点停放一定数量的电动自行车[4]。市民凭借在系统售卡处所办理的卡片租用车辆并在一定时间内使用，租用信息经处理后将保存于后台服务器。公共电动自行车租赁站点如图2.1所示，租赁站点包含服务终端、车桩和电动自行车三部分。

图2.1 电动自行车租赁站点实物图

电动自行车租赁系统融合计算机、互联网和无线通信等技术，以配套的自行车路网为载体，实现系统的数字化运营和管理[5]。电动自行车租赁系统提供的车辆低碳环保，可有效地节约道路资源，缓解居民出行困难问题。但现有租赁系统存在着一些不足，无法达到高实时性、高精确度、高效广泛且全方位等管理特性。
2.1.1 电动自行车租赁系统功能分析
公共电动自行车是面向全社会的，相对于私人电动自行车，具有集中停放、统一管理、使用率高、使用权与所有权分离特性。电动自行车使用环保电力作为驱动力，自主性大、可到达性高，可辅助与补充城市公交体系，增强区域内部微循环。电动自行车租赁系统主要通过以下几个子系统实现车辆通租通还、自助服务。
1. 车辆停放子系统
公共电动自行车解决了私有车辆停放空间的问题，可让用户方便地使用电动自行车。系统中不同企业所生产的电动自行车使用专用标识区分，通过专用停车设备有序停放车辆。
2. 租用管理子系统
电动自行车租赁系统需实现用户租还车时间、权限、租用量等信息的管理和统计分析。该子系统主要完成车辆、各类设备、租赁站点、维修点等数据的统一维护。后台监管中心对全部数据进行统一清算、核对与整理，形成决策分析及数据挖掘所需的基础数据。
3. 通信子系统
租赁系统完成了用户、管理员、车辆和各类设备的数据交互，高效可靠的通信子系统是各功能部件协调工作的保障。为使各部件通信畅通，系统应结合实际情况选用有线或无线通信方式。
4. 清结算子系统
电动自行车租赁大多采用有偿租车，清结算功能完成用户消费金额等重要信息的整理。子系统分析租还车所产生的各类数据，对用户充值、退保证金、清算和消费等做好记录，并可对系统中各种记录数据进行查询、汇总统计。
5. 调度管理子系统
许多企业管理的租赁站点数量可达上千个，确保用户在站点有车可租是十分重要的。子系统通过对租用数据的挖掘，给出智能调度方案，及时、高效地调度电动自行车，保证各租赁站点车辆存储数量不发生短缺和满溢。
6. 防盗监控子系统
为防止他人毁坏系统设备，租赁系统需对租赁站点以及车辆进行安全防盗管理。防盗监控主要由摄像头、报警、GPS等设备组成，实现对电动自行车和站点设施的监控。
2.1.2 电动自行车租赁系统相关技术
由多个子系统构成的电动自行车租赁系统，主要研究内容包括系统中数据的集中处理和融合共享，租赁站点的规划与建设，车况等资源信息的处理及预测，用户、车辆及租赁站点状况的实时更新。以纽约公共自行车服务系统为例，系统将纽约市自行车路线图以及各种相关服务进行整合，利用完善的租赁平台完成了车辆全面数字化、自动化管理[6]。
搭建电动自行车租赁管理平台需要对系统软硬件产品进行开发。目前电动自行车租赁系统应用技术主要涉及感测技术、通信技术和控制技术，如表2.1所示。

表2.1 租赁系统相关技术描述
名称 描述
感测技术 应用射频技术或机械电子采集用户、车辆信息，并将原始数据处理成便于传输的信息。该技术主要应用于车辆到位检查、用户借还车、车辆充放电操作
通信技术 租赁系统内部各部件都需通信技术来实现数据的传输。通信介质分为有线、无线，有线介质包括通信电缆、双绞线和光纤等；无线介质包括传统的微波通信、短波等
控制技术 电动自行车管理的主要目的是根据检测情况实现车辆借还操作，该操作需用到控制技术。此技术主要负责给各执行模块发出控制指令，完成车辆锁止、信息提示等服务

2.1.3 电动自行车租赁系统现存问题
感测、通信、控制技术的应用很大程度提升了电动自行车租赁系统性能。但我国对于该系统的研究起步较晚，目前只解决了部分难题。租赁服务平台信息处理与传输普遍采用PC机和单一有线通信方式，对于将GPS防盗、移动通信、WiFi以及嵌入式等相关技术应用到电动自行车租赁系统尚处于初级阶段。目前，我国电动自行车租赁系统主要存在以下方面不足。
1. 整体水平较低
我国大部分城市均设立了租赁平台，但除简单的机械式租还车操作外并没充分发挥协调工作能力；大多数租赁系统产业化程度低，无法形成产业链，不完整运营体系导致巨额亏损，需依靠政府扶植；国内企业参与此系统研究数目众多，所建系统扩网较慢，车辆遭受破坏严重；系统稳定性、易操作性等问题严重制约着产业发展，难以满足如今的需求。
2. 协调力度较差
系统租赁站点分布于城市多地，各站点在不同时段借还车需求量各不相同。经营者需对车辆实行调配，避免各租赁站点车辆数量不均衡。目前车辆调配较为落后，调配不及时、调配路径不合理等问题影响着系统的运营服务水平[7]。除此之外，系统运营中用户所遇到的问题无法得到及时解决，降低了用户对系统的信赖度。
3. 创新性不够
我国租赁系统大多应用现有方案，未根据实际情况作出调整。租赁站点分布不合理，致使车辆使用频率不高；多数租赁站点还采用人工服务，租还车操作只能单人进行，排队等候现象时有出现；租还车操作不够简便，用户租还、查询花费时间较长；车辆老化致使组件损坏，系统未能判别。智能手持终端、互联网等技术的飞速发展，人们租还车的支付、操作习惯发生了较大变化，但这些改变的研究未引入于系统，系统缺乏突破性发展。
4. 安全性不足
现今的租赁系统对车辆防盗、损坏检测以及用户数据安全方面都有待加强。随着车辆使用频率以及车龄的增加，行驶途中车身散落等状况时有发生，车辆质量及保养问题有待解决；车辆使用过程中丢失却无法追回；数据存储、传输中泄密问题还需完善。
5. 性能不足
随着用户租赁请求的增多，系统每日均产生海量数据，使其性能要求逐渐提升。用户租赁信息更新和车辆调度最佳方式确立都需在短时间内响应，因而系统处理要求高实时性。国内租赁系统无长远规划，未来升级工作变得困难。
2.2 电动自行车租赁系统设计分析
面对电动自行车租赁系统存在的问题，如何对系统升级改造，使其运行可靠、管理智能科学、操作简单方便且成本低廉成为一大挑战。本文租赁系统的设计采用“集中管理、分散控制”思想，运用科学、智慧的管理手段，打造一个适合经营者和用户可持续发展的公交系统。
为让电动自行车租赁管理实现高实时性、信息化和智能化，根据各部件的用途，本租赁系统分为信息层和设备层。信息层使用Ethernet网传入设备层信息，完成各类数据的管理、控制和调度。设备层可细分为参数层子层与控制子层，如图2.2所示。参数子层由系统内部各种采集终端和传输控制设备组成，实现租赁站点、车辆状况以及用户财产等信息的实时采集与传输；控制子层实现数据的处理和归类存储。下面从数据采集方式、传输方式和数据处理方面对现有租赁系统进行改进。