CN106542023B - 以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩 - Google Patents

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Abstract

本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于该锁桩包括光伏发电装置、储能装置、锁桩本体和控制机构；锁桩本体的上表面固定安装光伏发电装置；储能装置与光发电装置相连，为锁桩本体供电，并储存光发电装置的电能，控制机构控制光伏发电装置、储能装置和锁桩本体执行相应的动作；所述锁桩本体固定在地面上，包括横梁、插座、立柱、前叉锁和前轮定位槽，所述立柱的数量为两个，两个立柱均固定在地面上，两个立柱之间的距离与待锁小型交通工具的宽度相匹配，每个立柱在待锁小型交通工具的车把高度位置上均设有车把定位孔，两个立柱的上部通过上平板连接，下部通过底板连接；在两个立柱的内侧设置前叉锁，前叉锁与控制机构连接。

Description

以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩
技术领域
本发明属于公共交通设备技术领域，具体地说是一种以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩。
背景技术
随着我国社会经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市人口剧增，环境污染呈日益严重的态势，持续增长的二氧化碳排放加之能源供应紧张，使得我国城市交通受到越来越大的压力，如何降低二氧化碳排放、节约能耗、保护环境是我国公共交通系统面临的焦点问题。自行车作为绿色交通、低碳出行的一种方式，灵活方便，具有独特优势，近年来逐渐受到关注。为缓解城市交通拥堵，解决公交出行“最后一公里”的问题，我国许多城市开始试点和推行公共自行车租赁服务，公共自行车得到了快速发展，正逐渐成为我国公共交通体系中不可或缺的一环。但是现有的公共自行车租赁系统的大都采用市电作为其动力源，这在一定程度上加剧了能源危机和环境污染，即使现有的运用了太阳能板的公共自行车站台也只是单纯的将太阳能板固定放置在车棚顶端，由于太阳能板固定在车棚顶端无法实现对太阳的追踪，会导致太阳能板的光照利用率较低，无法最大程度上利用太阳能资源。对于专利号为CN205469385U智能发光自行车锁桩供电方式仍然采用市电进行供电，势必会加剧环境污染，而且其仍然采用刷卡的方式进行取车，容易存在盗刷和补办卡的问题。
发明内容
针对现有公共自行车锁桩不环保、刷卡带来的种种不便和单一车型的问题，本发明拟解决的技术问题是，提供一种以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩。该锁桩采用光伏发电装置为其供电，所述光伏发电装置由太阳能电池板模块、太阳能电池板竖直旋转机构、水平旋转机构等机械器件构成，利用安装在太阳能板中心的检测机构检测到太阳的高度角及方位角，通过控制机构来控制水平步进电机，调节太阳能板的倾斜角度和整个装置在水平二维空间的的位置，确保太阳光在太阳能板上的辐射面积达到最大，实现了对太阳能的充分利用；且该锁桩采用人脸识别的方式解锁自行车，人脸识别装置安装在锁桩本体上，可以解决刷卡取车带来的种种不便，且人脸识别装置中加入了选车型按钮和报修按钮，可以最大程度的满足人们的需求，方便服务公司及时检修。该锁桩停放的的自行车包括普通的自行车、山地车、电动自行车，同时可以为电动自行车充电，最大程度上满足不同人群的需求。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案为：
一种以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于该锁桩包括光伏发电装置、储能装置、锁桩本体和控制机构；锁桩本体的上表面固定安装光伏发电装置；储能装置与光伏发电装置相连，为锁桩本体供电，并储存光伏发电装置的电能，控制机构控制光伏发电装置、储能装置和锁桩本体执行相应的动作；
所述锁桩本体固定在地面上，包括横梁、插座、立柱、前叉锁和前轮定位槽，所述立柱的数量为两个，两个立柱均固定在地面上，两个立柱之间的距离与待锁小型交通工具的宽度相匹配，每个立柱在待锁小型交通工具的车把高度位置上均设有车把定位孔，两个立柱的上部通过上平板连接，下部通过底板连接；在两个立柱的内侧设置前叉锁，前叉锁与控制机构连接，在前叉锁的下方设置前轮定位槽；两个立柱中部设置横梁，横梁与车把等高，所述横梁内放置储能装置，横梁表面设有插座，通过储能装置为插座供电；
所述前叉锁包括结构对称的两部分，每部分均包括半圆形锁车槽、连接杆、轨道、螺纹杆、齿轮和竖直电机，轨道固定在立柱之间的底板上，齿轮与竖直电机相连，所述齿轮与螺纹杆相啮合，螺纹杆与连接杆的下部连接，连接杆的下部能在轨道上左右滑动，连接杆的上部连接半圆形锁车槽，两个半圆形锁车槽的圆弧开口方向相对，半圆形锁车槽由铁磁材料构成；
所述插座包括压缩弹簧、金属接触头和微型摄像头，插座底部安装有压力传感器，压力传感器与压缩弹簧连接，压力传感器同时与控制机构连接；所述微型摄像头用来扫描小型交通工具上的二维码；金属接触头与储能装置连接，储能装置为电动自行车充电；
所述光伏发电装置安装在两个立柱之间的上平板上，包括太阳能电池板模块、太阳能电池板竖直方向旋转机构和水平旋转机构，太阳能电池板模块通过太阳能电池板竖直方向旋转机构与水平旋转机构连接，水平旋转机构的下表面固定在两个立柱之间的上平板上；
所述水平旋转机构包括圆形齿轮轨道、水平连杆、支撑柱、中心主动齿轮、两个从动齿轮和两个水平步进电机；圆形齿轮轨道的下部安装在两个立柱之间的上平板上，两个从动齿轮以中心主动齿轮为中心对称安装在圆形齿轮轨道上，两个从动齿轮和中心主动齿轮相互啮合，两个从动齿轮上分别安装支撑柱，在每个支撑柱上均安装有水平步进电机；
所述太阳能电池板竖直方向旋转机构由左右相同的两部分结构构成，每部分结构包括圆形齿轮、锯齿板和与水平步进电机相连的旋转圆盘；圆形齿轮上部设有长方形孔；所述锯齿板上部设有锯齿的一端与圆形齿轮的齿相啮合，锯齿板的中心设有中央限位孔和连杆安装孔，通过连杆安装孔将锯齿板与水平旋转机构的水平连杆连接在一起；所述旋转圆盘一端与相应侧水平旋转机构中的水平步进电机的输出轴连接，另一端固定在锯齿板的中央限位孔中；
所述太阳能电池板模块包括太阳能板、检测机构和长方形凸台；太阳能板中心安装检测机构，在检测机构的两侧的太阳能电池板上分别设有一个长方形凸台，用于与太阳能电池板竖直方向旋转机构的圆形齿轮上的长方形孔固定；所述检测机构顶部开有十字形孔，底部安装有光传感器，顶部的十字形孔能使太阳光照射到底部的光传感器上。
一种小型交通工具管理站，该管理站应用上述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明锁桩采用光伏发电的方式进行供电，不仅节约了能源而且保护了环境，光伏发电装置的旋转装置包括太阳板竖直方向上的旋转和整个装置在水平方向上的旋转。太阳能电池板竖直方向旋转机构采用锯齿板与圆形齿轮啮合的结构，将锯齿板水平方向的运动变为太阳能板竖直方向的运动，整体装置在水平二维空间内的运动通过安装在立柱之间上平板上的水平旋转机构来实现。太阳板竖直方向上的旋转和整个装置在二维水平空间内的旋转确保了太阳能板可以在三维空间内运功，准确的跟踪太阳的位置，使太阳光在在太阳能板上的辐射能量达到最大，确保太阳能板的输出功率达到最大。
(2)本发明的光伏发电装置中的检测机构采用新型结构，检测机构整体为圆柱形，在检测机构上开凿十字形孔，水平方向的孔可以定位太阳的方位角，竖直方向的孔可以定位太阳的高度角。当太阳光照射太阳能板时，太阳光会透过十字形孔在检测机构底部的光传感器上形成两条亮斑，光传感器可以检测到两条亮斑在传感器上的位置，然后根据两条亮斑距离中心点的距离可以准确判断太阳的位置，实现对太阳的准确追踪，充分利用太阳能。
(3)本发明的太阳能板采用两边可拆卸的形式，左右两侧可以自由拆卸，确保圆形齿轮的安装和后期维护的便利性。
(4)本发明锁桩设置人脸识别装置，采用人脸识别的方式进行解锁方式，取代了传统刷卡取车的方式，避免了刷卡取车方式存在的盗刷和补办卡的问题，提高了取车的安全性。
(5)本发明锁桩上可以停放不同类型的自行车车型，同时可以为电动车进行充电，克服了现有技术中公共自行车车型单一的问题，最大程度上满足了不同人群的需求。
附图说明
图1是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩一种实施例的整体结构示意图；
图2是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的光伏发电装置1的立体结构示意图；
图3是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的太阳能板模块1-1的结构示意图；
图4是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的光伏发电装置的检测原理图，其中图4(a)是太阳光照射到检测机构1-1-2的示意图，图4(b)是太阳光照射进检测机构内部的示意图，图4(c)是太阳光在检测装置底部形成亮斑的示意图；
图5是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的光伏发电装置的竖直旋转机构连接图；
图6是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的光伏发电装置的水平运动机构连接图；
图7是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩光伏发电装置竖直旋转机构中锯齿板与连接柱的连接器件结构图；
图8是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的人脸识别装置的结构示意图；
图9是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩一种实施例的锁桩本体4的主视结构示意图；
图10是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩一种实施例的前叉锁4-4的立体结构示意图；
图11是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩一种实施例的插座4-2的结构示意图；
图12是本发明小型交通工具管理站的系统联网图；
图中，1.光伏发电装置、2.人脸识别装置、3.储能装置、4.锁桩本体、1-1.太阳能电池板模块、1-2.太阳能电池板竖直方向旋转机构、1-3.水平旋转机构、1-1-1.太阳能板、1-1-2.检测机构、1-1-3.长方形凸台、1-1-4.卡柱、1-2-1.圆形齿轮、1-2-2.锯齿板、1-2-3.旋转圆盘、1-3-1.圆形齿轮轨道、1-3-2.水平连杆、1-3-3.支撑柱、1-3-4.中心主动齿轮、1-3-5.从动齿轮、1-3-6.水平步进电机、1-3-2-1.‘工’形轨道、2-1.摄像头、2-2.液晶显示屏、2-3.语音模块、2-4.按钮、4-1.横梁、4-2.插座、4-3.立柱、4-4.前叉锁、4-5.前轮定位槽、4-4-1.半圆形锁车槽、4-4-2.连接杆、4-4-3.轨道、4-4-4.螺纹杆、4-4-5.齿轮、4-4-6.竖直电机、4-2-1.压缩弹簧、4-2-2.金属接触头、4-2-3.微型摄像头、121.锁桩、122.上位机。
具体实施方式：
以下结合实施例及其附图对本发明做进一步详述，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。
本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩(简称锁桩，参见图1-11)包括光伏发电装置1、储能装置3、锁桩本体4和控制机构(图中未标出)；锁桩本体4的上表面固定安装光伏发电装置1，储能装置3与光发电装置1相连，为锁桩本体4供电，并储存光伏发电装置1的电能，控制机构控制光伏发电装置1、储能装置3和锁桩本体4执行相应的动作；
所述锁桩本体4(参见图9)固定在地面上，包括横梁4-1、插座4-2、立柱4-3、前叉锁4-4和前轮定位槽4-5，所述立柱4-3的数量为两个，两个立柱均固定在地面上，两个立柱之间的距离与待锁小型交通工具的宽度相匹配，保证小型交通工具可以顺利地放入，每个立柱4-3在待锁小型交通工具的车把高度位置上均设有车把定位孔，使待锁小型交通工具的车把可以准确地放入，两个立柱的上部通过上平板连接，下部通过底板连接；在两个立柱的内侧设置前叉锁4-4，前叉锁4-4与控制机构连接，在前叉锁的下方设置前轮定位槽4-5，当用户还车时前轮定位槽4-5起到定位的作用，确保自行车沿预定路线准确放入锁桩内；两个立柱中部设置横梁4-1，横梁与车把等高，所述横梁4-1内放置储能装置3，横梁表面设有插座4-2，通过储能装置3为插座4-2供电，该插座4-2不仅可以为电动自行车充电而且可以在用户还车时起到卡位和触发前叉锁4-4动作的作用，当用户还车时，自行车把立与把横连接处的插头插入到横梁4-1上的插座4-2内后，控制机构会给前叉锁4-4发出指令，所述前叉锁4-4运动完成锁车动作；
所述前叉锁4-4包括结构对称的两部分，每部分(参见图10)均包括半圆形锁车槽4-4-1、连接杆4-4-2、轨道4-4-3、螺纹杆4-4-4、齿轮4-4-5和竖直电机4-4-6，轨道4-4-3固定在立柱之间的底板上，齿轮4-4-5与竖直电机4-4-6相连，所述齿轮4-4-5与螺纹杆4-4-4相啮合，螺纹杆4-4-4与连接杆4-4-2的下部连接，连接杆4-4-2的下部能在轨道4-4-3上左右滑动，连接杆的上部连接半圆形锁车槽4-4-1，两个半圆形锁车槽的圆弧开口方向相对，半圆形锁车槽4-4-1由铁磁材料构成；
所述插座4-2(参见图11)包括压缩弹簧4-2-1、金属接触头4-2-2和微型摄像头4-2-3，插座4-2底部安装有压力传感器(图中未标出)，压力传感器与压缩弹簧4-2-1连接，压力传感器同时与控制机构连接；所述微型摄像头用来扫描小型交通工具上的二维码；金属接触头4-2-2与储能装置3连接，储能装置3为电动自行车充电；
当用户取车时，对用户的信息进行识别后，控制机构发出解锁的命令，电机驱动齿轮4-4-5逆时针旋转带动螺纹杆4-4-4沿轨道4-4-3向外(向左)运动，半圆形锁车槽4-4-1会脱离自行车的前叉，螺纹杆呈长方体状，在螺纹杆的上表面、下表面和后表面均设有滑轮，减小运动过程中的摩擦，所述螺纹杆4-4-4运动到一定位置后所述轨道4-4-3会限制所述螺纹杆4-4-4的运动(由于轨道一端是封闭的，当螺纹杆碰到轨道的封闭端后，轨道就会限制螺纹杆的运动)，控制机构发出停止运动的指令，完成解锁动作；当用户还车时，用户将自行车前轮沿前轮定位槽4-5推入锁桩内，自行车把立与把横连接处的插头插入横梁4-1上的插座4-2内后，控制机构发出锁车的指令，齿轮4-4-5顺时针旋转带动螺纹杆4-4-4沿轨道4-4-3向右运动，所述半圆形锁车槽4-4-1由铁磁材料构成，当半圆形锁车槽4-4-1接触到自行车的前叉时会吸合到前叉上，确保接触的严密性和可靠性，吸合后，控制机构发出停止运动的指令，完成锁车动作，上位机根据用户租车的时间完成扣费，如果自行车为电动自行车，当用户还车时，自行车把立与把横连接处的插头插入所述横梁4-1上的插座4-2内后，所述储能装置3会为电动自行车进行快速充电，确保下一位租车的用户可以使用电量充足的电动自行车；
所述光伏发电装置1(参见图2)安装在两个立柱之间的上平板上，包括太阳能电池板模块1-1、太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2和水平旋转机构1-3，太阳能电池板模块1-1通过太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2与水平旋转机构1-3连接，水平旋转机构1-3的下表面固定在两个立柱之间的上平板上；
所述水平旋转机构1-3(参见图6)包括圆形齿轮轨道1-3-1、水平连杆1-3-2、支撑柱1-3-3、中心主动齿轮1-3-4、两个从动齿轮1-3-5和两个水平步进电机1-3-6；圆形齿轮轨道1-3-1的下部安装在两个立柱之间的上平板上，两个从动齿轮1-3-5以中心主动齿轮1-3-4为中心对称安装在圆形齿轮轨道1-3-1上，两个从动齿轮1-3-5和中心主动齿轮1-3-4相互啮合，两个从动齿轮1-3-5上分别安装支撑柱1-3-3，在每个支撑柱1-3-3上均安装有水平步进电机1-3-6；
当太阳光在所述检测机构1-1-2底部X轴方向上的亮斑偏离中心时，所述检测机构1-1-2底部的光传感器给控制机构发出指令，水平旋转机构1-3会进行动作，中心主动齿轮1-3-4的转动将会带动两个从动齿轮1-3-5旋转，进而从动齿轮1-3-5上面的支撑柱1-3-3和水平步进电机1-3-6也会随着从动齿轮1-3-5旋转，安装在水平连杆1-3-2上的太阳能板竖直方向旋转机构1-2和太阳能板1-1-1则会在水平空间内转动，从而使太阳能板1-1-1的输出功率达到最大；
所述太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2由左右相同的两部分结构构成，每部分结构包括圆形齿轮1-2-1、锯齿板1-2-2和与水平步进电机1-3-6相连的旋转圆盘1-2-3；圆形齿轮1-2-1上部设有长方形孔，用于和太阳能电池板模块1-1上的长方形凸台1-1-3固定；所述锯齿板1-2-2上部设有锯齿的一端与圆形齿轮的齿相啮合，锯齿板的中心设有中央限位孔和连杆安装孔，通过连杆安装孔将锯齿板与水平旋转机构的水平连杆连接在一起；所述旋转圆盘1-2-3一端与相应侧水平旋转机构中的水平步进电机1-3-6的输出轴连接，另一端固定在锯齿板的中央限位孔中；
当所述检测机构1-1-2底部Y轴方向上的亮斑偏离中心时，所述检测机构1-1-2底部的光传感器给控制机构发出指令，所述旋转圆盘1-2-3安装在水平步进电机1-3-6上，水平步进电机1-3-6的转动会带动旋转圆盘1-2-3的转动，所述旋转圆盘1-2-3靠近边缘的地方有一圆柱形凸台，当所述旋转圆盘1-2-3转动时，其上圆柱形凸台在锯齿板1-2-2中央限位孔内的运动会驱动所述锯齿板1-2-2在水平方向内运动，锯齿板1-2-2的水平运动带动圆形齿轮1-2-1顺时针或逆时针旋转，与圆形齿轮1-2-1相固定的太阳能板1-1-1则可以改变其高度角；
所述太阳能电池板模块1-1(参见图3)包括太阳能板1-1-1、检测机构1-1-2和长方形凸台1-1-3；太阳能板中心安装检测机构1-1-2，在检测机构1-1-2的两侧的太阳能电池板上分别设有一个长方形凸台1-1-3，用于与太阳能电池板竖直方向旋转机构的圆形齿轮1-2-1上的长方形孔固定；所述检测机构1-1-2顶部开有十字形孔，底部安装有光传感器，顶部的十字形孔能使太阳光照射到底部的光传感器上；
所述太阳能电池板模块1-1与圆形齿轮1-2-1固定在一起，当圆形齿轮1-2-1转动时，太阳能电池板模块1-1也随之在竖直空间内转动，所述太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2放置在水平连杆1-3-2上，旋转圆盘1-2-3与水平步进电机1-3-6固定在一起，当水平步进电机1-3-6转动时，旋转圆盘1-2-3也随之转动，从而带动锯齿板1-2-2在水平方向内运动，锯齿板1-2-2在水平方向的运动会带动圆形齿轮1-2-1顺时针或逆时针转动，以此来调节太阳能电池板模块1-1的倾斜角度(太阳能电池板模块的倾斜角度就是太阳能电池板模块在竖直方向上倾斜时与水平面的夹角)；所述水平旋转机构1-3安装在两个立柱4-3之间的上平板上，中心主动齿轮1-3-4的转动会驱动两个从动齿轮1-3-5在圆形齿轮轨道1-3-1内转动，固定在两个从动齿轮1-3-5上的支撑柱1-3-3也会随之转动，从而调整太阳能电池板模块1-1在水平空间内的位置。
所述太阳能板1-1-1为圆形，包括中间部分和两边的弓形部分，两边的弓形部分通过卡柱1-1-4与中间部分连成一个整体，所述卡柱1-1-4的两端有磁铁，当两个卡柱1-1-4有磁铁的一端相互碰撞后可以吸合在一起，确保太阳能板1-1-1的整体性，如此的结构可以方便两边弓形部分自由拆卸，更加方便太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2的安装与光伏发电装置的后期维护。所述检测机构1-1-2顶部开有十字形孔，底部安装有光传感器，顶部的十字形孔可以使太阳光照射到底部的光传感器上，根据光的衍射原理，在底部会形成两条亮斑，光传感器可以检测两条亮斑距离中心点的距离，光传感器将检测到的距离转换为电信号传输给控制机构，控制机构根据下面的公式进行分析，确定太阳的垂直高度和二维空间的方位，
Figure BDA0001176763230000061
(α为水平方位角，M为X轴方向上的光斑与底部传感器中心之间的距离，L为检测机构的深度)
Figure BDA0001176763230000071
(β为高度角，H为Y轴方向上的光斑与底部传感器中心之间的距离，L为检测机构的深度)；
锯齿板1-2-2与水平连杆1-3-2的连接器件(参见图7)为‘工’形轨道1-3-2-1；‘工’形轨道1-3-2-1中心有凸槽，水平连杆1-3-2沿着‘工’形轨道1-3-2-1的凸槽插入，确保‘工’形轨道1-3-2-1不会随意转动；‘工’形轨道1-3-2-1固定在锯齿板的连杆安装孔上，‘工’形轨道1-3-2-1能在锯齿板的连杆安装孔内运动，且连接处安装有滑轮，可以减小锯齿板1-2-2在水平方向运动时的摩擦力。
所述储能装置3为蓄电池或超级电容。
所述的控制机构可以是单片机，也可以是DSP，如果选用单片机进行控制，单片机的型号为S3F9454，如果选用DSP控制，DSP的型号为TMS320DM6446。
该锁桩还包括人脸识别装置，人脸识别装置通过储能装置为其供电，且与控制机构连接。
本发明还保护一种小型交通工具管理站，该管理站应用上述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩。
多个锁桩并排放置，三个锁桩安装一个人脸识别装置，人脸识别装置通过储能装置为其供电，且与控制机构连接，所述人脸识别装置(参见图8)包括摄像头2-1、液晶显示屏2-2、语音模块2-3、按钮2-4和图像对比模块(图中未标出)，摄像头与液晶显示屏相连接，液晶显示屏2-2、语音模块均与图像对比模块相连，按钮2-4和图像对比模块均与上位机连接；所述按钮2-4的数量为四个，分别代表普通的自行车、山地自行车、电动自行车和报修；所述人脸识别装置和微型摄像头均与上位机电连接；人脸识别装置将液晶显示屏检测到的面像信息传输给图像对比模块，图像对比模块将接收到的面像信息与数据库中面像信息对比，然后给控制机构发出信号，控制相应的电机动作。摄像头安装在液晶显示屏上方3-4cm处，语音模块设置在人脸识别装置左下角，图像对比模块放置在锁柱人脸识别装置内部；锁桩可以并排放置多个，三个锁桩对应一个人脸识别装置，因为人脸识别装置上有三种车型的选择按钮，每两个锁桩可以共用一个立柱，也就是两个锁桩有三个立柱，锁桩上停放有不同类型的自行车，当有人取车时，摄像头进行人脸的捕捉和跟踪，在液晶显示屏上会出现本人的图像，图像对比模块将收集到的图像与数据库中的图像进行对比，如果图像为已注册的用户，语音模块发出对比成功的语音信号，人们根据自己的需求选择所述人脸识别装置右侧的按钮，然后人脸识别装置给控制机构发出信号，安装在锁桩上的前叉锁向两侧运动，自行车解锁，用户将车取走。
本发明中所述小型交通工具是指普通的自行车、山地自行车和电动自行车，普通自行车主要针对普通的上班一族，山地车主要针对有特殊需求的锻炼人士和年轻人，而电动自行车主要针对老年人和时间仓促的上班族，从而很大程度上解决不同人群的需求；本发明中的小型交通工具均是根据本锁桩结构制作的，由公共自行车公司统一调配。自行车公司根据本申请的锁桩在小型交通工具(自行车)把立与把横的连接处安装一插头，该插头可以插入本申请锁桩的插座内，且插头上还设有二维码。电动自行车的插头为铜质插头，当与插座4-2的金属接触头4-2-2接触后，储能装置3会为电动自行车充电，电动自行车上有相应的防过冲装置，普通自行车与山地自行车的插头为塑料制成的，与插座4-2接触后只起到启动锁车命令的作用，不会进行充电动作。
本发明中太阳能板的形状可以为圆形，也可以为矩形等其他形状，保证中间能够安装所述的检测机构即可。
本发明中所述的人脸识别装置、控制机构均可采用现有技术。
图1所示的实施例表明，本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩包括光伏发电装置1、人脸识别装置2、储能装置3、锁桩本体4和控制机构(图中未标出)，所述光伏发电装置1安装在锁桩本体4上部的平板上，所述光伏发电装置1的检测机构1-1-2根据检测到的太阳位置调整太阳能板1-1-1的倾斜角和水平方位角，确保太阳在所述太阳能板1-1-1上的辐射量达到最大，所述人脸识别装置2安装在锁桩本体4的上平板上，用户取车时，所述人脸识别装置2中的摄像头2-1进行面像信息的采集和捕捉，然后将采集到的面像信息与数据库中的面像信息进行对比，对比成功后所述控制机构发出命令，所述锁桩本体4中的前叉锁4-4进行运动完成取车或还车动作，所述锁桩本体4的立柱4-3固定在底板上，立柱4-3上的把定位孔和底板上的前轮定位槽4-5可以保证自行车沿预定路线存入锁桩内，所述储能装置3放置在立柱4-3之间的横梁4-1内，方便为横梁4-1上的插座4-2供电，所述立柱4-3之间的底板上安装有前叉锁4-4，控制机构发出指令后前叉锁4-4中的半圆形锁车槽4-4-1会向左或向右运动完成取车或锁车动作，本发明锁桩可以停放的自行车包括普通的自行车、山地自行车和电动自行车。
图2所示的实施例表明，本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的光伏发电装置1包括太阳能电池板模块1-1、太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2、水平旋转机构1-3。所述太阳能电池板模块1-1与圆形齿轮1-2-1固定在一起，当圆形齿轮1-2-1转动时，太阳能电池板模块1-1也随之在竖直空间内转动，所述太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2放置在水平连杆1-3-2上，旋转圆盘1-2-3与水平步进电机轴1-3-6的输出轴固定在一起，当水平步进电机转动时，旋转圆盘1-2-3也随之转动，从而带动锯齿板1-2-2在水平方向内运动，锯齿板1-2-2在水平方向的运动会带动圆形齿轮1-2-1顺时针或逆时针转动，以此来调节太阳能电池板模块1-1的倾斜角度，所述水平旋转机构1-3安装在立柱4-3之间的平板上，中心主动齿轮1-3-4的转动会驱动两个从动齿轮1-3-5在圆形齿轮轨道1-3-1内转动，固定在两个从动齿轮1-3-5上的支撑柱1-3-3也会随之转动，从而调整太阳能电池板模块1-1在水平空间内的位置。
图3所示的实施例表明，本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩光伏发电装置的太阳能电池板模块1-1包括太阳能板1-1-1、检测机构1-1-2、长方形凸台1-1-3和卡柱1-1-4；所述太阳能板1-1-1为圆形，包括中间部分和两边的弓形部分，两边的弓形部分通过卡柱1-1-4与中间部分连成一个整体，所述卡柱1-1-4的两端有磁铁，当两个卡柱1-1-4有磁铁的一端相互碰撞后可以吸合在一起，确保太阳能板1-1-1的整体性，如此的结构可以方便两边弓形部分自由拆卸，更加方便太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2的安装与光伏发电装置的后期维护。靠近中心的两侧有两个长方形凸台1-1-3，用于与圆形齿轮1-2-1上的长方形孔固定在一起。
图4所示的实施例是本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩光伏发电装置的太阳光检测部分的原理图，图4(a)是太阳光照射到检测机构1-1-2的示意图，图4(b)是太阳光照射进检测机构内部的示意图，图4(c)是太阳光在检测装置底部形成亮斑的示意图；图4(a)和图4(b)中的虚线表示太阳光，图4(c)中的长方形条表示亮斑。由于光具有波动性，在光的传播过程中当一束光通过有狭缝的屏障以后，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播，当缝的宽度很窄，可以跟光波相比拟时，光通过狭缝后就明显偏离了直线的传播方向，照射到屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的衍射条纹，狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，当狭缝很宽时，缝的宽度远远大于光的波长，衍射现象极不明显，光沿直线传播，在屏上产生一条跟缝宽度相当的亮线。所述检测机构1-1-2上表面为遮光材料，所开凿十字形孔的宽度为2-3mm，十字形孔水平方向为X轴方向，垂直于水平方向为Y轴方向，当太阳光透过检测机构1-1-2时，在检测机构的底部会形成两条宽度为2-3mm的亮斑，Y轴方向的亮斑用于检测太阳的高度角，X轴方向的亮斑用于检测太阳的方位角；根据光的衍射原理，在底部会形成两条亮斑，光传感器可以检测两条亮斑距离中心点的距离，光传感器将检测到的距离转换为电信号传输给控制机构，控制机构根据下面的公式进行分析，确定太阳的垂直高度和二维空间的方位，
Figure BDA0001176763230000091
(α为水平方位角，M为X轴方向上的光斑与底部光传感器中心之间的距离，L为检测机构的深度)
Figure BDA0001176763230000092
(β为高度角，H为Y轴方向上的光斑与底部传感器中心之间的距离，L为检测机构的深度)；
如果太阳光垂直照射太阳能板1-1-1，Y轴方向和X轴方向的亮斑则会出现在检测机构1-1-2底部的中心位置，此时太阳能板1-1-1的输出功率达到最大；如果Y轴方向的亮斑在检测机构1-1-2底部中心，而X轴方向的亮斑没有出现在检测机构1-1-2底部中心，这表明此时整个装置的高度角合适，而方位角出现偏差，底部的光传感器可以根据X轴方向的亮斑与检测机构1-1-2底部中心的距离给控制机构发出指令，水平旋转机构1-3进行动作，最终使得X轴方向和Y轴方向的亮斑出现在检测机构1-1-2底部中心，确保太阳能板1-1-1输出功率最大；如果X轴方向的亮斑出现在检测机构1-1-2底部中心，而Y轴方向的亮斑没有出现在检测机构1-1-2底部的中心，这表明此时太阳能板1-1-1的方位角合适，而高度角出现偏差，底部的光传感器可以根据Y轴方向的亮斑与检测机构1-1-2底部中心的距离给控制机构发出指令，太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2进行动作，最终使得X轴方向和Y轴方向的亮斑出现在检测机构1-1-2底部中心，使太阳能板1-1-1的输出功率达到最大；如果X轴方向和Y轴方向的亮斑均没有出现在检测机构1-1-2底部的中心，此时表明太阳能板1-1-1的高度角和方位角均出现较大偏差，检测机构1-1-2底部的光传感器根据X轴方向和Y轴方向亮斑与底部中心的距离给控制机构发出指令，使太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2和水平旋转机构1-3联合动作，确保太阳能板1-1-1的输出功率达到最大。
太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2由左右相同的两部分结构构成，图5所示为太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2一部分结构，包括圆形齿轮1-2-1、锯齿板1-2-2、与水平步进电机1-3-6相连的旋转圆盘1-2-3；圆形齿轮1-2-1上部的长方形孔用于和太阳能电池板模块1-1上的长方形凸台1-1-3固定，当所述检测机构1-1-2底部Y轴方向上的亮斑偏离中心时，检测机构1-1-2底部的光传感器给控制机构发出指令，旋转圆盘1-2-3安装在水平步进电机1-3-6上，水平步进电机1-3-6的转动会带动旋转圆盘1-2-3的转动，所述旋转圆盘1-2-3靠近边缘的地方有一圆柱形凸台，当旋转圆盘1-2-3转动时，其上圆柱形凸台在锯齿板1-2-2的中央限位孔内的运动会驱动锯齿板1-2-2在水平方向内运动，锯齿板1-2-2的水平运动带动圆形齿轮1-2-1顺时针或逆时针旋转，与圆形齿轮1-2-1相固定的太阳能板1-1-1则可以改变其高度角。
图6所示的实施例表明，本发明中的水平旋转机构1-3包括圆形齿轮轨道1-3-1、水平连杆1-3-2、支撑柱1-3-3、中心主动齿轮1-3-4、从动齿轮1-3-5和水平步进电机1-3-6；当太阳光在检测机构1-1-2底部X轴方向上的亮斑偏离中心时，所述检测机构1-1-2底部的光传感器给控制机构发出指令，水平旋转机构1-3会进行动作，中心主动齿轮1-3-4的转动将会带动两个从动齿轮1-3-5旋转，进而从动齿轮1-3-5上面的支撑柱1-3-3和水平步进电机1-3-6也会随着从动齿轮1-3-5旋转，安装在水平连杆1-3-2上的太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2和太阳能板1-1-1则会在水平空间内转动，从而使太阳能板1-1-1的输出功率达到最大。
图7所示的实施例表明，本发明中锯齿板1-2-2与水平连杆1-3-2的连接器件为‘工’形轨道1-3-2-1；水平旋转机构上的水平连杆1-3-2两侧有凹槽，所述‘工’形轨道1-3-2-1中心有凸槽，水平连杆1-3-2可以沿着‘工’形轨道1-3-2-1的凸槽插入，确保‘工’形轨道1-3-2-1不会随意转动，当旋转圆盘1-2-3转动时，其上圆柱形凸台在锯齿板1-2-2中央限位孔内的运动会驱动锯齿板1-2-2在水平方向上运动，锯齿板1-2-2两端连杆安装孔的下部安装有滑轮，当可以减小锯齿板1-2-2在水平方向运动时的摩擦力。
图8所示的实施例表明，本发明中的人脸识别装置包括摄像头2-1、液晶显示屏2-2、语音模块2-3、按钮2-4和图像对比模块；摄像头2-1安装在液晶显示屏2-2上方3-4cm处，语音模块2-3放置在所属人脸识别装置2左下角，图像对比模块放置在锁柱人脸识别装置2内部，摄像头2-1与液晶显示屏2-2相连接，液晶显示屏2-2、语音模块2-3均与图像对比模块相连，当用户取车时，所述摄像头2-1会对用户的面像信息进行捕捉和追踪并在所述液晶显示屏2-2上显示，图像对比模块将获取到的面像信息与档案库中的面像信息进行对比，如果对比成功，所述语音模块2-3会发出对比成功的提示，所述按钮2-4有4个，分别表示3种不同的车型和1个报修按钮，用户可以根据自己的需求选择不同的车型，当用户发现所选自行车出现故障后按下报修按钮，公共自行车公司会对自行车所在的位置进行定位然后尽快修理，确保自行车的数量，当用户根据自己的需求按下所述按钮2-4后会给控制机构发出指令，控制机构使锁桩本体4上的前叉锁4-4完成解锁动作，用户取走自行车；当用户还车时，只需将自行车把立与把横连接处的插头插入横梁4-1上的插座4-2内，控制机构控制锁桩本体4上的前叉锁4-4完成锁车动作。
图9所示的实施例表明，本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的锁桩本体4包括横梁4-1、插座4-2、立柱4-3、前叉锁4-4和前轮定位槽4-5；立柱4-3有两个分别固定在地面上，所述立柱4-3之间的距离与待锁小型交通工具的宽度相适配，保证自行车可以顺利地放入，所述立柱4-3在自行车车把高度位置有两个车把定位孔，使自行车可以准确地放入，所述横梁4-1内放置储能装置3，方便给所述横梁4-1上的插座4-2供电，该插座4-2不仅可以为电动自行车充电而且可以在用户还车时起到卡位和触发前叉锁4-4动作的作用，当用户还车时，自行车把立与把横连接处的插头插入到横梁4-1上的插座4-2内后，所述控制机构会给前叉锁4-4发出指令，前叉锁4-4运动完成锁车动作，前轮定位槽4-5安装在地面上，当用户还车时前轮定位槽4-5起到定位的作用，确保自行车沿预定路线准确放入锁桩内；
图10所示的实施例表明，本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的前叉锁4-4包括半圆形锁车槽4-4-1、连接杆4-4-2、轨道4-4-3、螺纹杆4-4-4、齿轮4-4-5和竖直电机4-4-6，当用户取车时，所述人脸识别装置2对用户的面像信息进行识别后给控制机构发出解锁的命令，所述齿轮4-4-5会逆时针旋转带动螺纹杆4-4-4沿轨道4-4-3向外运动，前叉锁4-4的半圆形锁车槽4-4-1会脱离自行车的前叉，螺纹杆4-4-4的上表面、下表面和后表面均设有滑轮，减小运动过程中的摩擦，螺纹杆4-4-4运动到一定位置后轨道4-4-3会限制所述螺纹杆4-4-4的运动(由于轨道一端是封闭的，当螺纹杆碰到轨道的封闭端后，轨道就会限制螺纹杆的运动)，控制机构发出停止运动的指令，完成解锁动作；当用户还车时，用户将自行车前轮沿前轮定位槽4-5推入锁桩内，自行车把立与把横连接处的插头插入横梁4-1上的插座4-2内后，控制机构发出锁车的指令，齿轮4-4-5顺时针旋转带动螺纹杆4-4-4沿轨道4-4-3向右运动，半圆形锁车槽4-4-1由铁磁材料构成，当半圆形锁车槽4-4-1接触到自行车的前叉时会吸合到前叉上，确保接触的严密性和可靠性，控制机构发出停止运动的指令，完成锁车动作，上位机根据用户租车的时间完成扣费，如果自行车为电动自行车，当用户还车时，自行车把立与把横连接处的插头插入所述横梁4-1上的插座4-2内后，储能装置3会为电动自行车进行快速充电确保下一位租车的用户可以使用电量充足的电动自行车。
图11所示的实施例表明，本发明中的插座4-2包括压缩弹簧4-2-1、金属接触头4-2-2和微型摄像头4-2-3；当用户还车时，将所骑自行车沿前轮定位槽4-5推入锁桩，把立与把横连接处的插头会插入插座4-2内，插座4-2底部有一压力传感器，插头会挤压压力传感器上的压缩弹簧4-2-1从而给底部的压力传感器施加压力，当压力传感器接受到压力后会给控制机构发出信号，控制机构控制锁桩本体4上的竖直电机4-4-6转动，与齿轮4-4-5啮合的螺纹杆4-4-4会在水平方向上向内侧运动，与自行车前叉吸合的半圆形锁车槽4-4-1会向内侧运动一段距离，由于半圆形锁车槽4-4-1为磁性材料，当半圆形锁车槽4-4-1接触到自行车的前叉时会吸合到前叉上，确保接触的严密性和可靠性，吸合后，控制机构发出停止运动的指令，完成锁车动作，上位机根据用户租车的时间完成扣费，如果自行车为电动自行车，当用户还车时，自行车把立与把横连接处的插头插入所述横梁4-1上的插座4-2内后，所述储能装置3会为电动自行车进行快速充电，确保下一位租车的用户可以使用电量充足的电动自行车，普通自行车与山地车的插头为塑料制成的，与插座4-2接触后只起到启动锁车命令的作用，不会进行充电动作。
图12所示的实施例表明，本发明小型交通工具管理站的系统联网图，将所有的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩相互联系成为一个系统，方便上位机122对每一个锁桩121进行监控；当用户完成‘扫脸’过程后，由于每个锁桩都与上位机122通过互联网相连，上位机122数据库中的用户信息会实时更新，可以保证用户及时享受公共服务，人脸识别装置2中的图像对比模块通过提取用户的面部特征并分析处理后与数据库中的信息对比，同时上位机122会检查用户账户余额，如果余额不足，语音模块2-3发出‘余额不足无法取车’的提示，提醒用户及时充值，如果用户余额充足，对比成功后语音模块2-3会发出‘对比成功’的提示，然后用户根据自己的需求选择不同的车型，如果选择普通自行车就按按钮2-4的第一个按钮，如选择山地车则选择第二个按钮，如选择电动自行车则选择第三个按钮，每一辆自行车插头上会有自己的二维码，插座4-2上的微型摄像头4-2-3会扫描二维码确定本锁桩上的自行车类型并将数据传入上位机122，用户选择按钮2-4后上位机122会给相应锁桩的控制机构发出一个信号，控制机构根据接收到的信号控制锁桩本体4底座上的竖直电机逆时针运动，与竖直电机固定的齿轮4-4-5随着竖直电机逆时针的转动而转动，与齿轮4-4-5啮合的螺纹杆4-4-4会在水平方向上向两侧运动，与自行车前叉吸合的半圆形锁车槽4-4-1会脱离前叉向两侧运动一段距离完成解锁动作，上位机开始记时；当用户还车时，将所骑自行车沿前轮定位槽4-5推入锁桩，把立与把横连接处的插头会插入插座4-2内，插座4-2底部有一压力传感器，插头会挤压压力传感器上的压缩弹簧4-2-1从而给底部的压力传感器施加压力，当压力传感器接受到压力后会给控制机构发出信号，控制机构控制锁桩本体4上的竖直电机顺时针转动，与齿轮4-4-5啮合的螺纹杆4-4-4会在水平方向上向内侧运动，与自行车前叉吸合的半圆形锁车槽4-4-1会向内侧运动一段距离，由于半圆形锁车槽4-4-1为磁性材料，当非常接近自行车前叉时会吸合在前叉上，完成锁车动作，插座4-2上的微型摄像头4-2-3会扫描插头上的二维码，将数据传入上位机122，上位机122根据用户的骑行时间完成扣费。电动自行车的插头为铜质插头，当与插座4-2中的金属接触头4-4-2接触后，储能装置3会为电动自行车充电，电动自行车上有相应的防过冲器件，普通自行车与山地车的插头为塑料制成的，与插座4-2接触后只起到启动锁车命令的作用，不会进行充电动作。
本发明以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩的工作原理是：早上太阳升起后，当太阳光透过检测机构1-1-2时，在所述检测机构1-1-2的底部会形成两条亮斑，Y轴方向的亮斑用于检测太阳的高度角，X轴方向的亮斑用于检测太阳的方位角；如果太阳光垂直照射太阳能板1-1-1，Y轴方向和X轴方向的亮斑则会出现在检测机构1-1-2底部的中心位置，此时太阳能板1-1-1的输出功率达到最大；如果Y轴方向的亮斑在检测机构1-1-2底部中心，而X轴方向的亮斑没有出现在检测机构1-1-2底部中心，这表明此时太阳能板1-1-1的高度角合适，而水平方位角出现偏差，所述检测机构1-1-2底部的光传感器可以根据X轴方向的亮斑与所述检测机构1-1-2底部中心的距离给所述控制机构发出指令，安装在所述锁桩本体4上的水平旋转机构1-3进行动作，中心主动齿轮1-3-4的转动带动两个从动齿轮1-3-5转动，固定在两个从动齿轮1-3-5上的支撑柱1-3-3也会随之转动，从而使太阳能板1-1-1的水平方位角发生变化，最终使得X轴方向和Y轴方向的亮斑出现在检测机构1-1-2底部中心，确保太阳能板1-1-1输出功率最大；如果X轴方向的亮斑出现在所述检测机构1-1-2底部中心，而Y轴方向的亮斑没有出现在所述检测机构1-1-2底部的中心，这表明此时太阳能板1-1-1的水平方位角合适，而高度角出现偏差，所述检测机构1-1-2底部的光传感器可以根据Y轴方向的亮斑与所述检测机构1-1-2底部中心的距离给控制机构发出指令，太阳能电池板竖直方旋转机构1-2进行动作，水平步进电机1-3-6转动，与水平步进电机固定的旋转圆盘1-2-3也随之转动，旋转圆盘1-2-3的转动使锯齿板1-2-2水平运动，与锯齿板1-2-2啮合的圆形齿轮1-2-1进行顺时针或逆时针的转动，与圆形齿轮1-2-1固定的太阳能板1-1-1的倾斜角改变，最终使得X轴方向和Y轴方向的亮斑出现在所述检测机构1-1-2底部中心，使所述太阳能板1-1-1的输出功率达到最大；如果X轴方向和Y轴方向的亮斑均没有出现在所述检测机构1-1-2底部的中心，此时表明太阳能板1-1-1的水平方位角和高度角出现较大偏差，所述检测机构1-1-2底部的光传感器根据X轴方向和Y轴方向亮斑与所述检测机构1-1-2底部中心的距离给控制机构发出指令，使所述太阳能电池板竖直方向旋转机构1-2和水平旋转机构1-3联合动作，水平步进电机1-3-6转动，与水平步进电机1-3-6固定的旋转圆盘1-2-3也随之转动，旋转圆盘1-2-3的转动使锯齿板1-2-2左右运动，与锯齿板1-2-2啮合的圆形齿轮1-2-1进行顺时针或逆时针转动，与圆形齿轮1-2-1固定的太阳能板1-1-1会在竖直方向上运动，所述水平旋转机构1-3进行动作，中心主动齿轮1-3-4转动带动两个从动齿轮1-3-5转动，固定在两个从动齿轮1-3-5上的支撑柱1-3-3也会随之转动，从而使太阳能板1-1-1的水平方位角发生变化，最终使X轴方向的亮斑和Y轴方向的亮斑出现在所述检测机构1-1-2底部光传感器的中心位置，确保太阳能板1-1-1的输出功率达到最大。储能装置3将光伏发电装置1发出的电能储存起来，一小部分供本身装置消耗，其余部分用于给电动自行车充电，当有用户取车时，人脸识别装置2中的摄像头2-1会对用户的面像进行捕捉和追踪并在液晶显示屏2-2上显示，图像对比模块将获取到的面像与数据库中的面像进行对比，如果对比成功，所述语音模块2-3会发出对比成功的提示，用户可以根据自己的需求选择人脸识别装置2上不同按钮2-4来选择不同的车型，如果用户发现所选自行车出现故障则可以按下报修按钮，公共自行车公司会对自行车所在的位置进行定位然后尽快处理，用户可以重新选择其他自行车，当用户根据自己的需求按下人脸识别装置2上的按钮2-4后会给相应锁桩的控制机构发出指令，所述控制机构根据用户选择的车型给相应的锁桩发出指令，前叉锁4-4上的齿轮4-4-5向外侧运动带动螺纹杆4-4-4沿轨道4-4-3向外运动，所述前叉锁4-4的半圆形锁车槽4-4-1离开自行车前叉完成解锁动作，用户取走自行车；当用户还车时，将自行车的前轮沿所述锁桩本体4上的前轮定位槽4-5推入锁桩内，自行车把相应的插入到所述立柱4-3的车把定位孔内，自行车把立与把横连接处的插头插入所述锁桩本体4横梁4-1上的插座4-2内，所述插座4-2给控制机构发出锁车指令，所述前叉锁4-4中的齿轮4-4-5向内运动带动螺纹杆4-4-4沿轨道4-4-3向内运动，所述前叉锁4-4上的半圆形锁车槽4-4-1靠近自行车前叉时会吸合在自行车前叉上，完成锁车动作，上位机122根据用户的骑行时间完成扣费。
本发明中所用的元器件和零部件均是本技术领域的技术人员所熟知的，可以通过购买得到，所有元器件之间的连接方式和零部件的安装方式等也是本技术领域的技术人员所熟知的。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本申请权利要求保护的范围。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于该锁桩包括光伏发电装置、储能装置、锁桩本体和控制机构；锁桩本体的上表面固定安装光伏发电装置；储能装置与光发电装置相连，为锁桩本体供电，并储存光发电装置的电能，控制机构控制光伏发电装置、储能装置和锁桩本体执行相应的动作；
所述锁桩本体固定在地面上，包括横梁、插座、立柱、前叉锁和前轮定位槽，所述立柱的数量为两个，两个立柱均固定在地面上，两个立柱之间的距离与待锁小型交通工具的宽度相匹配，每个立柱在待锁小型交通工具的车把高度位置上均设有车把定位孔，两个立柱的上部通过上平板连接，下部通过底板连接；在两个立柱的内侧设置前叉锁，前叉锁与控制机构连接，在前叉锁的下方设置前轮定位槽；两个立柱中部设置横梁，横梁与车把等高，所述横梁内放置储能装置，横梁表面设有插座，通过储能装置为插座供电；
所述前叉锁包括结构对称的两部分，每部分均包括半圆形锁车槽、连接杆、轨道、螺纹杆、齿轮和竖直电机，轨道固定在立柱之间的底板上，齿轮与竖直电机相连，所述齿轮与螺纹杆相啮合，螺纹杆与连接杆的下部连接，连接杆的下部能在轨道上左右滑动，连接杆的上部连接半圆形锁车槽，两个半圆形锁车槽的圆弧开口方向相对，半圆形锁车槽由铁磁材料构成；
所述插座包括压缩弹簧、金属接触头和微型摄像头，插座底部安装有压力传感器，压力传感器与压缩弹簧连接，压力传感器同时与控制机构连接；所述微型摄像头用来扫描小型交通工具上的二维码；金属接触头与储能装置连接，储能装置为电动自行车充电；
所述光伏发电装置安装在两个立柱之间的上平板上，包括太阳能电池板模块、太阳能电池板竖直方向旋转机构和水平旋转机构，太阳能电池板模块通过太阳能电池板竖直方向旋转机构与水平旋转机构连接，水平旋转机构的下表面固定在两个立柱之间的上平板上；
所述水平旋转机构包括圆形齿轮轨道、水平连杆、支撑柱、中心主动齿轮、两个从动齿轮和两个水平步进电机；圆形齿轮轨道的下部安装在两个立柱之间的上平板上，两个从动齿轮以中心主动齿轮为中心对称安装在圆形齿轮轨道上，两个从动齿轮和中心主动齿轮相互啮合，两个从动齿轮上分别安装支撑柱，在每个支撑柱上均安装有水平步进电机；
所述太阳能电池板竖直方向旋转机构由左右相同的两部分结构构成，每部分结构包括圆形齿轮、锯齿板和与水平步进电机相连的旋转圆盘；圆形齿轮上部设有长方形孔；所述锯齿板上部设有锯齿的一端与圆形齿轮的齿相啮合，锯齿板的中心设有中央限位孔和连杆安装孔，通过连杆安装孔将锯齿板与水平旋转机构的水平连杆连接在一起；所述旋转圆盘一端与相应侧水平旋转机构中的水平步进电机的输出轴连接，另一端固定在锯齿板的中央限位孔中；
所述太阳能电池板模块包括太阳能板、检测机构和长方形凸台；太阳能板中心安装检测机构，在检测机构的两侧的太阳能电池板上分别设有一个长方形凸台，用于与太阳能电池板竖直方向旋转机构的圆形齿轮上的长方形孔固定；所述检测机构顶部开有十字形孔，底部安装有光传感器，顶部的十字形孔能使太阳光照射到底部的光传感器上；根据光的衍射原理，在底部会形成两条亮斑，光传感器可以检测两条亮斑距离中心点的距离，光传感器将检测到的距离转换为电信号传输给控制机构，控制机构根据下面的公式进行分析，确定太阳的垂直高度和二维空间的方位，
Figure FDA0003533736980000021
α为水平方位角，M为X轴方向上的光斑与底部传感器中心之间的距离，L为检测机构的深度；
Figure FDA0003533736980000022
β为高度角，H为Y轴方向上的光斑与底部传感器中心之间的距离，L为检测机构的深度；
当用户取车时，对用户的信息进行识别后，控制机构发出解锁的命令，电机驱动齿轮逆时针旋转带动螺纹杆沿轨道向外运动，半圆形锁车槽会脱离自行车的前叉，螺纹杆呈长方体状，在螺纹杆的上表面、下表面和后表面均设有滑轮，减小运动过程中的摩擦，所述螺纹杆运动到一定位置后所述轨道会限制所述螺纹杆的运动，控制机构发出停止运动的指令，完成解锁动作；当用户还车时，用户将自行车前轮沿前轮定位槽推入锁桩内，自行车把立与把横连接处的插头插入横梁上的插座内后，控制机构发出锁车的指令，齿轮顺时针旋转带动螺纹杆沿轨道向右运动，所述半圆形锁车槽由铁磁材料构成，当半圆形锁车槽接触到自行车的前叉时会吸合到前叉上，确保接触的严密性和可靠性，吸合后，控制机构发出停止运动的指令，完成锁车动作，上位机根据用户租车的时间完成扣费，如果自行车为电动自行车，当用户还车时，自行车把立与把横连接处的插头插入所述横梁上的插座内后，所述储能装置会为电动自行车进行快速充电，确保下一位租车的用户可以使用电量充足的电动自行车；
该插座不仅可以为电动自行车充电而且可以在用户还车时起到卡位和触发前叉锁动作的作用，当用户还车时，自行车把立与把横连接处的插头插入到横梁上的插座内后，控制机构会给前叉锁发出指令，所述前叉锁运动完成锁车动作；
该锁桩还包括人脸识别装置，所述人脸识别装置包括摄像头、液晶显示屏、语音模块、按钮和图像对比模块，摄像头与液晶显示屏相连接，液晶显示屏、语音模块均与图像对比模块相连，按钮和图像对比模块均与上位机连接；所述按钮的数量为四个，分别代表普通的自行车、山地自行车、电动自行车和报修；
所述按钮有4个，分别表示3种不同的车型和1个报修按钮，用户可以根据自己的需求选择不同的车型，当用户发现所选自行车出现故障后按下报修按钮，公共自行车公司会对自行车所在的位置进行定位然后尽快修理，确保自行车的数量，当用户根据自己的需求按下所述按钮后会给控制机构发出指令，控制机构使锁桩本体上的前叉锁完成解锁动作，用户取走自行车；当用户还车时，只需将自行车把立与把横连接处的插头插入横梁上的插座内，控制机构控制锁桩本体上的前叉锁完成锁车动作；
用户根据自己的需求选择不同的车型，每一辆自行车插头上会有自己的二维码，插座上的微型摄像头会扫描二维码确定本锁桩上的自行车类型并将数据传入上位机，用户选择按钮后上位机会给相应锁桩的控制机构发出一个信号，控制机构根据接收到的信号控制锁桩本体底座上的竖直电机逆时针运动，与竖直电机固定的齿轮随着竖直电机逆时针的转动而转动，与齿轮啮合的螺纹杆会在水平方向上向两侧运动，与自行车前叉吸合的半圆形锁车槽会脱离前叉向两侧运动一段距离完成解锁动作，上位机开始记时；当用户还车时，将所骑自行车沿前轮定位槽推入锁桩，把立与把横连接处的插头会插入插座内，插座底部有一压力传感器，插头会挤压压力传感器上的压缩弹簧从而给底部的压力传感器施加压力，当压力传感器接受到压力后会给控制机构发出信号，控制机构控制锁桩本体上的竖直电机顺时针转动，与齿轮啮合的螺纹杆会在水平方向上向内侧运动，与自行车前叉吸合的半圆形锁车槽会向内侧运动一段距离，由于半圆形锁车槽为磁性材料，当非常接近自行车前叉时会吸合在前叉上，完成锁车动作，插座上的微型摄像头会扫描插头上的二维码，将数据传入上位机，上位机根据用户的骑行时间完成扣费；电动自行车的插头为铜质插头，当与插座中的金属接触头接触后，储能装置会为电动自行车充电，电动自行车上有相应的防过冲器件，普通自行车与山地车的插头为塑料制成的，与插座接触后只起到启动锁车命令的作用，不会进行充电动作。
2.根据权利要求1所述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于所述太阳能板为圆形，包括中间部分和两边的弓形部分，两边的弓形部分通过卡柱与中间部分连成一个整体，所述卡柱的两端有磁铁，当两个卡柱有磁铁的一端相互碰撞后可以吸合在一起。
3.根据权利要求1所述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于锯齿板与水平连杆的连接器件为‘工’形轨道，‘工’形轨道中心有凸槽，水平连杆沿着‘工’形轨道的凸槽插入，确保‘工’形轨道不会随意转动；‘工’形轨道固定在锯齿板的连杆安装孔上，‘工’形轨道能在锯齿板的连杆安装孔内运动。
4.根据权利要求1所述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于所述储能装置为蓄电池或超级电容。
5.根据权利要求1所述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于所述的控制机构采用单片机或DSP。
6.根据权利要求1所述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩，其特征在于，人脸识别装置通过储能装置为其供电，且与控制机构连接。
7.一种小型交通工具管理站，其特征在于该管理站应用权利要求1-6任一所述的以太阳能为动力源的小型交通工具锁桩。
8.根据权利要求7所述的小型交通工具管理站，其特征在于多个锁桩并排放置，三个锁桩安装一个人脸识别装置，人脸识别装置通过储能装置为其供电，且与控制机构连接，所述人脸识别装置包括摄像头、液晶显示屏、语音模块、按钮和图像对比模块，摄像头与液晶显示屏相连接，液晶显示屏、语音模块均与图像对比模块相连，按钮和图像对比模块均与上位机连接；所述按钮的数量为四个，分别代表普通的自行车、山地自行车、电动自行车和报修；所述人脸识别装置和微型摄像头均与上位机电连接。
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