摘 要

近年来，城市交通站点附近出现了许多公共租赁自行车，在方便人们出行的同时，还缓解了交通压力，减少了碳排放，并且缓解了燃油的紧张。

自行车租车控制系统主要由节点机控制系统、桩机控制系统等组成，节点机安装在是租车站，主要通过CPU控制模块与自行车桩机通讯及与上位机通讯，并在显示屏上显示租车还车记录、扣费等信息的查询显示。本文就实现节点机不同功能的不同模块进行了研究。并对系统的总体方案，硬件电路，控制程序框图进行了设计。本文中桩机和节点机之间的通讯选择了CAN总线通讯方式，是一种国际上最常用的现场总线，具有很强的实时性跟可靠性，同时价格更低廉的特点；节点机与上位机之间的通选选择了GPRS无线通讯方式，这是一种2.5G通信技术，并且可以满足远程通讯的条件。对用户卡的识别选用RFID射频识别技术，由于其具有防冲撞机制，可以有序的完成用户刷卡取车服务，除此之外还应设计一个显示屏，显示用户租车还车，用户余额等信息。

关键词：CAN总线；GPRS无线通讯；RFID射频识别

Abstract

In recent years, our city bus station, near the subway station and other traffic sites, there are a lot of public bicycles, is what we usually said "small yellow car", "red car" and a series of new vehicles, the news from time to time there is something about the public bicycle news, now public bike officially came into our life.

The bike control system of bicycle is mainly composed of node machine control system, machine control system etc. the machine is installed in the node is the rental station, mainly through the CPU control module and bicycle pile machine communication and communication with the host computer, and displays the car rental records on the screen, chargeback information query and display. This node machine control system CPU control module, RFID module, communication module, keyboard and display module were studied. And the overall scheme of the hardware system, the circuit control program diagram are designed. This paper pile machine and machine communication between nodes select the CAN bus communication mode, is a kind of international the most commonly used field bus, with strong real-time, high reliability, low-cost characteristic; between node machine and host computer through select GPRS wireless communication mode, is a cross between 2G and 3G technology, also known as the 2.5G. To identify the user card using radio frequency identification technology, because of its anti collison mechanism, in order to complete the user credit card can take the car service, in addition to the design of a display screen, display the user with the balance of the bicycle rental, and other information.

Key words: Controller Area Network; GPRS wireless communication; radio frequency identification

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 研究主要内容及章节安排 3

1.3.1 基本内容 3

1.3.2 章节安排 4

第2章 系统总体方案设计及关键技术分析 5

2.1 系统硬件设计方案 5

2.2 元器件的选择 6

2.3 关键技术分析 7

2.3.1 CAN总线技术 7

2.3.2 GPRS技术 7

2.3.3 RFID射频识别技术 8

第3章 节点机硬件电路总体设计 9

3.1 整体电路设计 9

3.2 CPU主控制电路 9

3.2.1 STM32与射频识别模块接口电路设计 11

3.2.2 STM32与GPRS模块的连接设计 11

3.2.3 显示模块电路设计 12

3.3 RFID射频读写模块电路设计 12

3.4 GPRS无线通信模块电路设计 14

3.5 TFT显示模块电路设计 16

3.6 CAN总线电路设计 17

3.7 电源模块电路设计 19

第4章 系统软件设计 21

4.1 系统软件主主程序设计 21

4.2 RFID读写器的软件设计 22

4.2.1 MFRC522通信总体流程 22

4.2.2 MFRC522命令实现 22

4.2.3 MFRC522卡操作指令 24

4.2.4 射频识别MFRC522软件设计 24

4.3 GPRS无线传输模块软件设计 25

4.4 CAN总线的软件设计 28

4.4.1 发送程序的实现 28

4.4.2 接收程序实现 30

第5章 调试与仿真 31

第6章 总结与展望 33

6.1 全文总结 33

6.2 展望 33

致谢 35

参考文献 36

附录A 37

附录B 38

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

近年来，我们城市里的公交站，地铁站等交通站点附近，出现了很多公共自行车，也正是我们平时所说的“小黄车”、“小红车”等一系列新型交通工具，新闻报道中也不时有一些关于公共自行车的新闻出现，如今公共自行车正式走入了我们的生活，本课题的研究内容就是自行车租赁系统节点机的设计，目的是设计出操作简单便捷、程序运行稳定的自行车租赁节点机，进而推动自行车租赁项目的进步与发展，节点机主要承担与桩机之间的通讯，与上位机控制中心之间的通讯，用户卡的身份识别以及对用户信息的显示交互^[1]。

工业一天一天的发展了起来，流水线上每天生产出来很多汽车，很多家庭因此用上了私家车，但是因为排放问题，空气受到了污染，环境问题成为了我们每一个公民都必须共同面对的问题，这正是我们课题研究的大背景，空气问题浮出水面，需要我们大家共同面对，而除了工业排放我们群众们是难以掌控之外，生活排放是大气问题的另外一个重要污染源，每天数以万计的汽车堵在城市的街道上，可想而知会有很大的尾气污染排放，同时随着汽车的增多，一些由汽车衍生出来的问题逐渐浮出水面，比如交通堵塞的增多，在城市里因为堵车而爆发路怒症的人也越来越多，有的人会爆发肢体上的冲突，严重的甚至会故意驾车撞人等。在适当的出行距离中，改私家车为公共自行车，会减少不必要的拥堵，并且有一定程度会降低路怒症的发生，现在市面上主要分为有桩自行车和无桩公共自行车两种，有桩自行车有自身的缺点，比如说硬件设施后期维护比较困难，但是也有他的有点，有桩自行车的用户可以在固定的站点找到自行车来使用，不会像无桩自行车那样没有固定的存放地点，还有一个就是有桩自行车摆放相对整齐美观，车子安全性高，但是无桩自行车都是用户随意摆放，摆放杂乱，拥堵人行道，随意丢弃的现象时有发生，因此我选择了研究有桩自行车租赁系统的节点机控制系统，来完善这种租赁方式。

因此，公共自行车租赁项目的出现，一方面解决了公民在到达交通节点比如公交站、地铁站之后距离目的地仍有一定距离的交通问题，大大方便了市民的出行，同时也增加了市民出行的自由度，便捷了大家的生活。另一方面，就是降低了汽车尾气的排放量，给我们的城市多一些喘息的机会，让尾气进一步扩散，公共自行车的普及，绝对在很大程度上降低了汽车的不必要使用率，自行车这种绿色交通工具，本身就应该被大力提倡，因为将短途的汽车出行替换成自行车出行，即缓解了交通的压力，使我们的城市变得畅通，而且对城市的空气也起到了保护缓解的作用，降低了汽车尾气对大气的污染，减少了碳排放，还有一个重要意义就是，节约了我们不可再生能源的使用，众做周知目前绝大部分汽车依然是使用汽油柴油等不可再生能源，而公共自行车项目的普及与发展就将大大节约了石油等不可再生能能源，缓解了当前燃油紧张的局势。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

共享单车在我国最早起源于2005年的北京，随着近几年的发展，在北京，杭州，广州，深圳，武汉，苏州，台州等全国五十多个城市和地区实施了公共自行车项目，目前杭州市是我国公共自行车普及范围最广的城市，当前我国公共自行车项目发展的十分迅速，在全国各大城市出现了不同公司营运的共享单车如雨后春笋一般随处可见，但是自行车租赁项目仍有很多问题出现，等待着完善和解决，如自行车被损坏情况时常发生，租车站点覆盖率还不够完善，数量仍有待提高等问题^[2]。