一种共享自行车智能车锁及其计费方法与流程

本发明涉及共享租赁领域，尤其涉及一种共享自行车智能车锁及其计费方法。

背景技术：

共享自行车是一种通过给普通自行车安装智能车锁后，用户可以随借随停的租赁公共自行车，其中关键设备为智能车锁。目前的公共自行车智能车锁为接收系统指令式开关锁，即用户通过特定手机应用程序扫描车辆身份信息的二维码或者输入车辆编号，向系统发起请求使用车辆，如果车辆处于可用状态，则通过gprs/gsm通信网络下发指令到车辆智能车锁设备，打开锁并开始按时计费，用户使用完车辆后，关闭车锁，设备向系统发出指令，系统结束用户收费。智能车锁设备在接受系统指令过程中，受通信方式影响严重，在gprs/gsm信号微弱地区，造成开锁缓慢和结束计费延迟等问题，影响用户体验。受约于人力物力等调度管理资源，共享自行车一般划定使用范围，较少允许用户骑往郊区或者市外，但目前设备没有提示功能，用户可能盲目骑出使用范围，造成运营公司车辆管理困难。用户在路况良好道路或者下坡路段，可能会以较高速度骑行，造成一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种共享自行车智能车锁及其计费方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种共享自行车智能车锁，包括锁体、车锁柱、驱动车锁柱转动的电机模块，还包括：

太阳能供电模块，用于将太阳能转化为电能进行供电；

rgb流水灯模块，与信息处理模块有线连接，包括led灯和显示控制板，用于获取车辆使用状态信息，并通过不同颜色分别显示自行车当前使用状态信息；

gps模块，用于利用全球定位系统实现设备的经纬度实时坐标数据采集，数据包括经纬度、海拔、移动速度和标准时间，并通过有线连接，将数据传输到信息处理模块；

移动通信模块，利用无线通信网络实现信息处理模块与系统服务器之间的数据传输，传输的数据包括来自gps模块的定位数据、nfc通信模块或者蓝牙通信模块的开关锁和用户身份信息数据、太阳能供电模块的电量检测数据和来自系统服务器的车辆预约数据、超出使用范围和超速提醒数据；

nfc通信模块，用于实现与手机用户的信息交互，采用被动模式，用户手机作为通信发起者负责提供整个通信的rf射频场，将数据传送给车锁设备的nfc通信模块，nfc通信模块用负载调制技术实现应答，将个人身份信息和开关锁信息传送给信息处理模块和电机模块，开关车锁；

蓝牙通信模块，用于实现与手机用户的信息交互，当用户手机在蓝牙通信模块可以被检测到的范围内时，手机上的蓝牙设备就会向蓝牙通信模块发送配对密码进行连接，配对成功后，进入开关锁准备模式；当手机应用程序检测到用户触发开/关锁操作，就会通过蓝牙模块向蓝牙通信模块发送开、关锁码，校验无误后开、关锁；

语音模块，提供导航语音信息、以及当信息处理模块对车辆设备的经纬度和速度进行判断时，若车辆超出使用范围和/或速度超出阈值，则播放范围提醒和/或超速提醒语音；

信息处理模块，所述信息处理模块分别与rgb流水灯模块、gps模块、移动通信模块、太阳能供电模块、nfc通信模块、蓝牙通信模块、语音模块、电机模块电路连接，用于进行数据的接收、处理、发送和给各模块协调供电。

进一步地，所述的电机模块主由pwm直流电机调速器和pwm直流电机连接构成，所述信息处理模块给予pwm直流电机调速器指令，驱动pwm直流电机转动，给予车锁柱转动力实现车锁打开或者闭合。

进一步地，所述的太阳能供电模块包括电路连接的太阳能电池板、太阳能智能控制器和蓄电池，所述太阳能电池板通过半导体的光电效应将太阳能转化为电能，所述太阳能智能控制器对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和蓄电池对负载的电能输出；所述太阳能电池板位于车锁设备外壳。

进一步地，所述rgb流水灯模块通过红、绿、蓝三种颜色显示自行车使用状态信息，当车辆为故障状态、可用状态、预约状态时，led灯分别显示为红色、绿色、蓝色。

进一步地，所述gps模块每间隔3-8秒采集一次数据。

进一步地，所述的信息处理模块采用stm32f103zet6芯片；所述的蓝牙通信模块采用7cc2541芯片。

进一步地，所述语音模块采用max9812语音模块。

进一步地，所述的移动通信模块包括gprs通信模块、3g通信模块、4g通信模块或wifi通信模块，所述的无线通信网络包括gprs网络、3g网络、4g网络或wifi网络。

一种基于所述共享自行车智能车锁的计费方法，包括步骤：

(1)通过gps模块获取当前自行车的使用时间段、使用时长t和使用范围；

(2)根据公式计算使用费用p:

其中：

t为使用时长；

a为半个小时内固定使用费用；

b为超过半个小时外的每小时使用费用；

c为超出使用范围的处罚费用；

m为闲时折扣，优惠时段为0:00-7:30、9:30-17:00、19:00-24:00；

n为个人优惠券折扣；

s为范围标识，当超出使用范围时s＝1，未超出使用范围时s＝0。

进一步地，步骤(2)中，当使用时长超过8h时，通过电话咨询用户是否正常使用，若是，则根据步骤(2)中所述公式计算费用p，若否，则进行异常情况处理；当使用时长超过24h时，同样进行异常情况处理。

相比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明为公共自行车的新型智能车锁，通过配套的手机应用程序可以快速开关车锁，免去ic卡、钥匙开锁等繁琐过程，方便用户借还车辆；车锁提示灯告知用户车辆使用状态，车锁gps定位记录用户使用时长和使用范围，实现自动计费，语音模块提醒用户车辆的使用范围和超速提醒，方便运营公司管理车辆和保障用户骑行安全。

附图说明

图1为本发明实施例的智能车锁的各模块布置示意图。

图2为本发明实施例的智能车锁与外部系统通信示意图。

图3为本发明实施例的智能车锁框架示意图。

图4为本发明实施例的计费流程示意图。

图中：1-rgb流水灯模块；2-gps模块；3-信息处理模块；4-gprs通信模块；5-太阳能智能控制器；6-nfc通信模块；7-蓝牙通信模块；8-语音模块；9-蓄电池；10-太阳能电池板；11-电机模块；12-车锁柱；13-锁体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1至图3所示，一种共享自行车智能车锁，包括锁体13、车锁柱12、驱动车锁柱12转动的电机模块11，还包括：

太阳能供电模块，用于将太阳能转化为电能进行供电，所述的太阳能供电模块5包括电路连接的太阳能电池板10、太阳能智能控制器5和蓄电池9，所述太阳能电池板10通过半导体的光电效应将太阳能转化为电能，所述太阳能智能控制器5对蓄电池9的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池板10和蓄电池9对负载的电能输出；所述太阳能电池板10位于车锁设备外壳。

rgb流水灯模块1，与信息处理模块有线连接，包括led灯和显示控制板，用于获取车辆使用状态信息，并通过不同颜色分别显示自行车当前使用状态信息，本实施例的所述rgb流水灯模块1通过红、绿、蓝三种颜色显示自行车使用状态信息，当车辆为故障状态、可用状态、预约状态时，led灯分别显示为红色、绿色、蓝色。

gps模块2，用于利用全球定位系统实现设备的经纬度实时坐标数据采集，间隔5秒采集一次数据，数据包括经纬度、海拔、移动速度和标准时间，并通过有线连接，将数据传输到信息处理模块3。

移动通信模块，利用无线通信网络实现信息处理模块3与系统服务器之间的数据传输，传输的数据包括来自gps模块2的定位数据、nfc通信模块6或者蓝牙通信模块7的开关锁和用户身份信息数据、太阳能供电模块5的电量检测数据和来自系统服务器的车辆预约数据、超出使用范围和超速提醒数据，本实施例的移动通信模块采用gprs通信模块4，利用gprs无线网络实现信息处理模块与系统服务器之间的数据传输，此外，所述的移动通信模块也可以采用3g通信模块、4g通信模块或wifi通信模块，对应地，所述的无线通信网络可以采用3g网络、4g网络或wifi网络。

nfc通信模块6，用于实现与手机用户的信息交互及支付通信使用，采用被动模式，用户手机作为通信发起者负责提供整个通信的rf射频场，将数据传送给车锁设备的nfc通信模块6，nfc通信模块6用负载调制技术实现应答，将个人身份信息和开关锁信息传送给信息处理模块3和电机模块11，开关车锁。

蓝牙通信模块7，采用7cc2541芯片，用于实现与手机用户的信息交互，cc2541是一款针对蓝牙低能耗以及私有2.4ghz应用的功率优化的真正片载系统(soc)解决方案；当用户手机在蓝牙通信模块7可以被检测到的10米范围内时，手机上的蓝牙设备就会向蓝牙通信模块7发送配对密码进行连接，配对成功后，进入开关锁准备模式；当手机应用程序检测到用户触发开/关锁操作，就会通过蓝牙模块向蓝牙通信模块7发送开、关锁码，校验无误后开、关锁。

语音模块8，采用max9812语音模块，提供导航语音信息、以及当信息处理模块3对车辆设备的经纬度和速度进行判断时，若车辆超出使用范围和/或速度超出阈值，则播放范围提醒和/或超速提醒语音，如语音内容为“请注意，你已经超出自行车使用范围”、“你已经高速骑行，请注意安全骑行”，所述max9812语音模块是单/双输入、20db固定增益的麦克风放大器，具有输出噪音低，体积小，灵敏度高特点。

信息处理模块3，所述信息处理模块3分别与rgb流水灯模块、gps模块、移动通信模块、太阳能供电模块、nfc通信模块、蓝牙通信模块、语音模块、电机模块电路连接，用于进行数据的接收、处理、发送和给各模块协调供电，本实施例的信息处理模块采用stm32f103zet6作为核心处理单元，该芯片是意法半导体(st)公司出品，用高性能的armcortex-m332位的risc内核，工作频率为72mhz，内置高速存储器(高达512k字节的闪存和64k字节的sram)。

所述的电机模块11主由pwm直流电机调速器和pwm直流电机连接构成，所述信息处理模块3给予pwm直流电机调速器指令，驱动pwm直流电机转动，给予车锁柱12转动力实现车锁打开或者闭合。

本实施例在使用过程包括：

用户通过手机应用程序登录系统服务器，查找附近共享自行车，用户可以预约自行车，系统服务器会通过gprs网络下发指令到车辆设备，rgb流水灯模块显示为蓝色，用户也可以直接使用rgb流水灯模块1为绿色的车辆，用户手机应用程序选择借车并用手机接近智能车锁设备，手机通过nfc技术或者蓝牙技术与智能车锁设备通信，信息处理模块3驱动电机模块11打开车锁，设备通过gprs网络上传使用信息给系统服务器，用户在使用车辆过程中，信息处理模块3实时上传gps数据到系统服务器并判断自行车所在范围和车速，如果超出使用范围或者超速骑行，则启动语音模块8播报提示信息；当用户用车完毕，用户在手机应用程序上选择还车，并接触智能车锁设备，车锁关闭，设备上传关闭信息，系统统计使用时间和骑行距离来计算使用费用。

综上所述，本实施例的智能车锁具有如下特点：

1.自行车使用状态显示灯

将led灯安装在智能车锁设备上，通过红、绿、蓝颜色表征共享自行车的使用状态，方便用户根据灯颜色判断是否使用车辆，而不需要尝试开锁后才知道自行车使用状态。rgb流水灯模块1的led灯显示变化来自系统服务器下发给信息处理模块3的指令。

2.自行车使用范围和超速语音提示

信息处理模块3对gps模块2采集的经纬度和速度数据，进行范围判断和超速判断，如果超出使用范围或者超速骑行，则驱动语音模块进行提示，提示语音播报完后10秒再次判断是否播报，如果同时超出使用范围和超速，则先播报超速提醒再播报超出范围提醒。语音提醒功能有效保障用户权益和方便运营公司管理车辆。

3.nfc/蓝牙通信开关锁方式

对于有nfc功能手机优先使用nfc通信，对于没有nfc功能的手机则使用蓝牙通信。手机nfc/蓝牙功能设备与智能车锁上nfc/蓝牙通信模块进行配对校对，交互指令，信息处理模块3对指令进行解析，驱动电机模块11进行车锁开关。nfc/蓝牙通信能安全、快速开锁，相比以前手机先向服务器发起请求、服务器再下发指令开锁方式，更加节省时间、方便用户。

本实施例可以安装在城市公共自行车上，用户可以随借随还，实现自行车共享；也可以安装在个人自行车上，通过手机应用程序开关锁，免去携带钥匙烦恼，利用gps定位追踪车辆，防盗防抢；车辆的太阳能供电模块和蓄电池9除了给车锁设备供电，多余电量可以配合车头led灯，提供照明；nfc通信模块作为开关锁的通信外，也可以作为支付通信使用，支付的处理在现场进行，并且在线下进行，不需要使用移动网络；语音模块8除了使用范围提醒和超速提醒，也可以提供导航语音信息。

实施例二

如图4所示，一种基于所述共享自行车智能车锁的计费方法，包括步骤：

(1)通过gps模块2获取当前自行车的使用时间段、使用时长t和使用范围；

(2)根据公式计算使用费用p:

其中：

t为使用时长；

a为半个小时内固定使用费用；

b为超过半个小时外的每小时使用费用；

c为超出使用范围的处罚费用；

m为闲时折扣，优惠时段为0:00-7:30、9:30-17:00、19:00-24:00；

n为个人优惠券折扣；

s为范围标识，当超出使用范围时s＝1，未超出使用范围时s＝0。

针对使用时长过长的情况，步骤(2)中，当使用时长超过8h时，通过电话咨询用户是否正常使用，若是，则根据步骤(2)中所述公式计算费用p，若否，则进行异常情况处理；而当使用时长超过24h时，同样进行异常情况处理，如不予计费等。

本实施例中，自行车使用费用分时段、分区域、分使用时长进行动态计费，充分考虑不同使用状态下的计费差异，在方便运营公司车辆调度管理的同时，还为用户提供多种有针对性的收费服务和模式，提高用户体验，提高共享自行车的流转频率和使用效率。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。