CN107578318A - 一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法，涉及物联网应用技术领域。所述系统包括自行车锁读卡器、LoRa网关、互联网路由器或交换机、数据服务器、管理服务器和手持移动终端。实现方法是通过在公共自行车上安装自行车锁读卡器，使用者插入公交卡后，用户信息通过LoRa无线网络传到附近的LoRa网关，再经过互联网路由器或交换机上传到数据服务器验证后，自行车锁自动打开，开始计费骑行，结束骑行只需拔掉公交卡，后台服务器自动结束计费划扣，自行车锁自动锁上，结束骑行。本公共自行车管理系统建设运营较低，系统建成后覆盖的地区广，并且使公共自行车方便年轻人同时，也方便老人小孩出行，有利于公共交通系统的完善和绿色环保出行理念的进一步推广。

Description

一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法

技术领域

一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法，涉及物联网应用技术领域，尤其涉及一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法。

背景技术

随着公共自行车的发展，公共自行车，特别是自行车，作为解决城市交通最后一公里的热门解决方案之一，现已越来越受到人们的欢迎，因为它不仅方便了市民的出行,同时也降低了交通成本。市民在使用公共自行车时，只需要使用终端APP扫描单车上的二维码，即可完成开锁功能，使用完单车之后，将公共自行车上锁，通过网上完成付费；整个过程不需要人工参与，方便、廉价。在该过程中，也存在不少问题，公共自行车上安装有移动通信模块和GPS等模块，与后台服务器进行通信，而移动通信模块价格高、功耗高、覆盖面窄，从而导致公共自行车造价高、维护成本高等问题，而且有时信号不好，无法完成开锁或锁车功能。

LoRa主要面向物联网应用，其接收灵敏度可达-148 dBm，最高的接收灵敏度20 dB以上，确保了网络连接的可靠性。LoRa功耗极低，一节五号电池理论上可供终端设备工作10年以上。同时，LoRa使用线性调频扩频调制技术，即可保持像频移键控调制相同的低功耗特性，又明显增加了通信距离，提高了网络效率并消除了干扰，在此基础上研发的集中器和网关能够并行接收并处理多个节点的数据。

发明内容

本发明将lora应用到自行车管理领域，发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法。

一种基于LoRa的公共自行车管理系统包括自行车锁读卡器、LoRa网关、互联网路由器或交换机、数据服务器、管理服务器和手持移动终端。

本系统通过在公共自行车上安装带有公交车读卡功能的自行车锁读卡器，使用者租用公共自行车时只需刷一下普通的公交卡，读卡器就能将卡的用户信息和当前自行车的编号加密后，通过LoRa无线网络发送到LoRa网关。所述的LoRa网关每隔5~10kM安装一个，优选地安装在公交地铁站附近，用于与周围的自行车锁读卡器内部的LoRa无线节点之间进行联络通信。LoRa网关再通过有线或者无线的方式接入互联网路由器或者交换机，将数据通过网络上传到云端的数据服务器进行处理，数据服务器根据上传的用户信息跟十几块的信息比对进行认证后，通过互联网路由器或者交换机和LoRa网关向对应的自行车锁读卡器下发开锁指令，车锁自动打开用户就可以开始骑行了，同时后台就开始计费。

使用者在骑行结束后，使用者将自行车停好后，只需将公交卡从自行车锁读卡器中拔出，自行车锁读卡器就会将骑行的记录通过LoRa无线网络发送到附近的LoRa网关，LoRa网关将数据通过互联网路由器或交换机将数据上传到数据服务器，后台结束计费，并自动完成扣款。数据服务器通过联网路由器或者交换机和LoRa网关向对应的自行车锁读卡器下发上锁指令，车锁自动锁上，用户结束骑行。

所述的管理服务器用于监控管理整个系统的运行，以及对数据服务器的更新维护，同时用户还可以通过手持移动终端登录用户管理网址进行充值缴费，查询用户骑行信息等。

本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特点在于公共自行车采用普通的公交车卡即可骑行，手续简单，只需刷一下公交卡就可以骑行。而且还车也很方便只需将自行车锁的公交卡拔出就结束骑行，而且后台服务器自动根据行程或者时间进行计算划扣，无需用户人为操作，整个系统用车还车都非常方便简单。而且由于本系统能够刷公交卡骑公共自行车的特点，能够很好的解决公交地铁最后一公里人们出行的问题，人们出行只要带公交卡，地铁公交自行车都可以刷，方便年轻人同时也方便老人小孩出行，有利于公共交通系统的完善和绿色环保出行理念的进一步推广。

本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特点还在于在系统采用的是超长距低功耗数据传输技术LoRa，使得本系统中的自行车锁读卡器能够长时间待机，并且对网络信号要求不高，并且信号穿透能力强，在城市或者偏僻郊区、底下车库，农村地区都可以覆盖的到，都可以完成自动的开锁上锁功能。这样只需架设很少的LoRa网关就可以完成对一个地区的公共自行车的LoRa网路覆盖和推广，使得本系统的建设运营成本大大降低。

本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特点还在于自行车锁读卡器基于终端和集中器/网关的系统能够支持测距和定位。这样无需在公共自行车上安装GPS定位系统也能够通过LoRa网关基站进行车辆的定位，方便对公共自行车进行运营和管理。

附图说明

图1是本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法的拓扑网络结构图；图2是本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法的用车流程图，图3是本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统及方法的还车流程图。

图中，11-自行车锁读卡器，12-LoRa网关，13-互联网路由器或交换机，14-数据服务器，15-管理服务器，16-手持移动终端。

具体实施方式

现结合附图1~3对本发明加以具体说明：一种基于LoRa的公共自行车管理系统主要由自行车锁读卡器11、LoRa网关12、LoRa网关互联网路由器或交换机13、数据服务器14、管理服务器15和手持移动终端16组成

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：

结合图2所示，取车流程如下：

1、用户将公交卡插入到自行车锁读卡器11，

2、读卡器将公交卡信息通过LoRa无线网络发送到LoRa网关12，包括车辆信息和公交卡的账户信息等，同时所发送的信息已经经过加密和打包处理。

3、LoRa网关12将数据通过互联网路由器或交换机13将数据上传到数据服务器14，对应的账户开始计费。

4、数据服务器14认证通过后通过互联网和LoRa网关向对应的自行车锁下发开锁指令，车锁自动打开用户就可以开始骑行了。

结合图3所示，还车流程如下：

1、骑行结束后，使用者将车停好后，只需将公交卡从自行车锁读卡器11中拔出。

2、读卡器将骑行的记录通过LoRa无线网络发送到LoRa网关12。

3、LoRa网关12将数据通过互联网路由器或交换机13将数据上传到数据服务器，后台结束计费，并自动扣款。

4、服务器通过互联网和LoRa网关对自行车锁读卡器11终端下发上锁指令，车锁自动锁上，用户结束骑行。

本系统通过在公共自行车上安装带有公交车读卡功能的自行车锁读卡器11，使用者租用公共自行车时只需刷一下普通的公交卡，读卡器就能将卡的用户信息和当前自行车的编号加密后，通过LoRa无线网络发送到LoRa网关12。所述的LoRa网关12每隔5~10kM安装一个，优选地安装在公交地铁站附近，用于与周围的自行车锁读卡器11内部的LoRa无线节点之间进行联络通信。LoRa网关12再通过有线或者无线的方式接入互联网路由器或者交换机13，将数据通过网络上传到云端的数据服务器14进行处理，数据服务器14根据上传的用户信息跟十几块的信息比对进行认证后，通过互联网路由器或者交换机13和LoRa网关12向对应的自行车锁读卡器11下发开锁指令，车锁自动打开用户就可以开始骑行了，同时后台就开始计费。

使用者在骑行结束后，使用者将自行车停好后，只需将公交卡从自行车锁读卡器11中拔出，自行车锁读卡器11就会将骑行的记录通过LoRa无线网络发送到附近的LoRa网关12，LoRa网关12将数据通过互联网路由器或交换机13将数据上传到数据服务器14，后台结束计费，并自动完成扣款。数据服务器通过联网路由器或者交换机13和LoRa网关12向对应的自行车锁读卡器11下发上锁指令，车锁自动锁上，用户结束骑行。

所述的管理服务器15用于监控管理整个系统的运行，以及对数据服务器14的更新维护，同时用户还可以通过手持移动终端16登录用户管理网址进行充值缴费，查询用户骑行信息等。

本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特点在于公共自行车采用普通的公交车卡即可骑行，无需再通过APP应用登记注册，手续简单，只需插入公交卡就可以骑行，免去登录扫码的麻烦。而且还车也很方便只需将自行车锁的公交卡拔出就结束骑行，不需要再点开APP应用结束骑行计费付款，而且后台服务器自动根据行程或者时间进行计算划扣，无需用户人为操作，整个系统用车还车都非常方便简单，尤其适合一些年纪大不会用智能手机扫码租用自行车的人使用公共自行车。而且由于本系统能够刷公交卡骑公共自行车的特点，能够很好的解决公交地铁最后一公里人们出行的问题，人们出行只要带公交卡，地铁公交自行车都可以刷，方便年轻人同时也方便老人小孩出行，有利于公共交通系统的完善和绿色环保出行理念的进一步推广。

本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特点还在于在系统采用的是一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（Long Range，简称LoRa），其高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里，其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命，通过采用LoRa技术使得本系统中的自行车锁读卡器11能够长时间待机，并且对网络信号要求不高。采用的非授权频段433、868、915 MHz支持自动跳频，不受2G/3G/4G覆盖地区的影响，信号穿透能力强，在城市或者偏僻郊区、底下车库，农村地区都可以覆盖的到，都可以完成自动的开锁上锁功能。随着近年来中国LoRa网络覆盖区域的逐渐推广，并且该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信，如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm（100mW），那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里，这样只需架设很少的LoRa网关12就可以完成对一个地区的公共自行车的LoRa网路覆盖和推广，使得本系统的建设运营成本大大降低。

本发明一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特点还在于自行车锁读卡器11基于终端和集中器/网关的系统能够支持测距和定位。LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI（Received Signal Sterngth Ind-ication），而定位则基于多点（网关）对一点（节点）的空中传输时间差的测量，其定位精度可达5m（假设10km的范围），这样无需在公共自行车上安装GPS定位系统也能够通过LoRa网关12基站进行车辆的定位，无需再建设专门的公共自行车停放管理站，方便对公共自行车进行运营和管理。

Claims (6)

1.一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特征在于：包括自行车锁读卡器（11）、LoRa网关（12）、LoRa网关互联网路由器或交换机（13）、数据服务器（14）、管理服务器（15）和手持移动终端（16）。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特征在于：管理服务器（15）用于监控管理整个系统的运行，以及对数据服务器（14）的更新维护，同时用户还可以通过手持移动终端（16）登录用户管理网址进行充值缴费，查询用户骑行信息。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特征在于：公共自行车采用普通的公交车卡即可骑行，只需插入公交卡就可以骑行，免去登录扫码的麻烦，还车也很方便只需将自行车锁的公交卡拔出就结束骑行，不需要再点开APP应用结束骑行计费付款，而且后台服务器自动根据行程或者时间进行计算划扣，无需用户人为操作。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于LoRa的公共自行车管理系统，系统采用的是一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术LoRa，其高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里，其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，故公共自行车内置电池的使用寿命长，通过采用LoRa技术使得本系统中的自行车锁读卡器（11）能够长时间待机，并且对网络信号要求低；采用的非授权频段433、868、915 MHz支持自动跳频，不受2G/3G/4G覆盖地区的影响，信号穿透能力强，在城市或者偏僻郊区、底下车库，农村地区都可以覆盖的到，都能够完成自动的开锁上锁功能；LoRa网关（12）支持多信道多数据速率的并行处理，每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信，在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里，而在密度较低的郊区，覆盖范围达10公里。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于LoRa的公共自行车管理系统，其特征在于：自行车锁读卡器（11）基于终端和集中器/网关的系统能够支持测距和定位；其定位精度可达5m（10km的范围），这样无需在公共自行车上安装GPS定位系统也能够通过LoRa网关（12）与LoRa网关（12）基站通信进行车辆的定位，无需再建设专门的公共自行车停放管理站，方便对公共自行车进行运营和管理。

6.一种基于LoRa的公共自行车管理方法，其特征在于：

a．取车流程：

1、将公交卡插入到自行车锁读卡器；

2、读卡器将公交卡信息通过LoRa无线网络发送到LoRa网关；

3、LoRa网关将数据通过互联网路由器或交换机将数据上传到数据服务器开始计费；

4、服务器认证通过后通过互联网和LoRa网关下发开锁指令，车锁自动打开用户开始骑行；

b．还车流程：

1、骑行结束后，将公交卡从自行车锁读卡器拔出；

2、读卡器将骑行的记录通过LoRa无线网络发送到LoRa网关；

3、LoRa网关将数据通过互联网路由器或交换机将数据上传到数据服务器结束计费，并自动扣款；

4、服务器通过互联网和LoRa网关下发上锁指令，车锁自动锁上，用户结束骑行。