基于超声波的共享单车规范停车系统

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种基于超声波的共享单车规范停车系统，可实现共享单车在规定区域内单向整齐停放。

背景技术

运用共享单车出行已经成为现代社会的一种常见现象。共享单车以其低价、便捷、简单的使用优势以及能够较为有效缓解交通拥堵问题的长处，迅速赢得广大消费者的青睐。然而，共享单车给消费者带来全新消费体验的同时，也逐步暴露出其由于共享意识缺乏而导致的管理、停放、服务、配套等方面的问题，共享单车停放乱象随之而来。且现有的共享单车停放的管理措施比较少。其中用得最多的规范措施就是设置电子围栏，划分出整个城市共享单车可运营的范围和区域，将城市绿地、封闭小区、机动车道等不适宜停车的路段设置为禁停区，用户在该区域不能落锁还车。该技术结合GPS定位技术，引导用户到指定区域停车，但依旧无法解决在停车区域内用户随意停放车辆，停放不整齐而影响市容市貌，空间利用率大大下降的问题。现有的并运用的技术无法实现让每辆共享单车都整齐摆放的效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有共享单车停放模式的不足，提供一种新的能够督促人们更好的停放共享单车的停车系统。

本发明系统包括设置在共享单车上的超声波发生装置和固定设置在规范停车区域两端的超声波接收装置。

所述的超声波发生装置包括控制盒，控制盒相对的两侧分别设置有两个超声波发生器、控制盒上设置有红色发光二极管和绿色发光二极管，控制盒内设置有发送控制电路。

所述的发送控制电路包括发送端控制主板U1、发送端无线电收发模块U2和控制开关K；发送端控制主板U1和发送端无线电收发模块U2的电源引脚接3.3V电源，两个超声波发生器的电源脚VCC接发送端控制主板U1的+5V电压输出脚；发送端控制主板U1、发送端无线电收发模块U2和两个超声波发生器的接地脚GND连接控制开关K的一端，以及两个发光二极管的负极；控制开关K的另一端、发送端无线电收发模块U2的RX或TX模式选择输入脚CE、SPI时钟脚SCK、SPI数据输入脚MOSI、SPI数据输出脚MISO、SPI片选引脚CSN、两个发光二极管的正极，以及两个超声波发生器的触发引脚TRIG分别接发送端控制主板U1的十个数字IO脚。

所述的超声波接收装置包括扬声器、设置在停车区域两侧的两个超声波接收器以及接收控制电路。

所述的接收控制电路包括接收端控制主板U3、接收端无线电收发模块U4和语音播放模块U5；接收端控制主板U3和接收端无线电收发模块U4的电源引脚接3.3V电源，两个超声波接收器的电源脚VCC以及语音播放模块U5的+5V电源脚接接收端控制主板U3的+5V电压输出脚，接收端无线电收发模块U4和两个超声波接收器的接地脚，以及语音播放模块U5的-5V电源脚接接收端控制主板U3的接地脚；接收端无线电收发模块U4的RX或TX模式选择输入脚CE、SPI时钟脚SCK、SPI数据输入脚MOSI、SPI数据输出脚MISO、SPI片选引脚CSN、语音播放模块U5的两个数字IO脚，以及两个超声波发生器的回应引脚ECHO分别接发送端控制主板U1的九个数字IO脚；语音播放模块U5的两个控制信号输出脚连接扬声器的两个输入引脚。

进一步，所述的发送端控制主板U1和接收端控制主板U3均采用Arduino Nano开发板，通过USB接口读取代码。

进一步，所述的发送端无线电收发模块U2和接收端无线电收发模块U4均采用NRF24L01无线模块，用于实现人们与停车系统之间想要停车，及停车成功与否信息的交互。

进一步，两个超声波发生器以及两个超声波接收器均采用HC-SR04超声波模块，用于发送和接收超声波；其中超声波发生器利用到超声波模块的触发引脚TRIG，超声波接收器利用到超声波模块的回应引脚ECHO。

进一步，所述的语音播放模块U5采用DY-SV5W语音播放模块。

超声波发生器和超声波接收器用于计算判断人们发送出停车意愿信号时，共享单车的摆放是否符合允许停车的规范。

红、绿色发光二极管用于显示停车成功与否，红色为失败，绿色为成功。

语音播放模块用于根据接受到的信息实时播放停车成功与否的不同语音，更为显著的告知使用者是否停车成功。

扬声器用于放大语音播放模块所播放的语音音量。

通电状态下，红色发光二极管会亮起。当人们将车摆放到相应位置，按下锁车按钮，超声波接到锁车信号，共享单车上的Trig传感器发出超声波。若停车系统中Echo传感器能够接受到信号并计算出距离，且距离小于人为规定的距离，将会返回停车成功信号，此时绿色二极管亮起，语音系统播报停车成功。否则，将会返回停车失败信号，此时红色发光二极管亮起，语音系统播报停车失败。

本发明通过限制超声波发送及接收的范围，更好的规范了人们停车摆放的前后位置以及左右斜向角度，更好的调节了共享单车停发乱象，从而提高各地的市容市貌。本发明系统易于实现，所采用的器件均为市场成熟产品，成本较低。

附图说明

图1为本发明装置位置示意图；

图2为本发明中超声波发生装置示意图；

图3为本发明中超声波发生装置电路图；

图4为本发明中超声波接收装置电路图；

图5为本发明系统的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

如图1所示，基于超声波的共享单车规范停车系统，包括设置在共享单车上的超声波发生装置A和固定设置在规范停车区域两端的超声波接收装置B，图中虚线框即为规范停车区域。

如图2所示，超声波发生装置包括控制盒1，控制盒1相对的两侧分别设置有两个超声波发生器S1和S2、控制盒上设置有红色发光二极管L1和绿色发光二极管L2，控制盒1内设置有发送控制电路。

如图3所示，发送控制电路包括发送端控制主板U1、发送端无线电收发模块U2和控制开关K。

发送端控制主板U1和发送端无线电收发模块U2的电源引脚接3.3V电源，两个超声波发生器的电源脚VCC接发送端控制主板U1的+5V电压输出脚；发送端控制主板U1、发送端无线电收发模块U2和两个超声波发生器的接地脚GND连接控制开关K的一端，以及两个发光二极管的负极。

控制开关K的另一端、发送端无线电收发模块U2的RX或TX模式选择输入脚CE、SPI时钟脚SCK、SPI数据输入脚MOSI、SPI数据输出脚MISO、SPI片选引脚CSN、红色发光二极管L1和绿色发光二极管L2的正极，以及两个超声波发生器的触发引脚TRIG分别接发送端控制主板U1的十个数字IO脚。

超声波接收装置包括扬声器T、设置在停车区域两侧的两个超声波接收器S3和S4以及接收控制电路。

超声波接收装置内置接收控制电路，如图4所示，接收控制电路包括接收端控制主板U3、接收端无线电收发模块U4和语音播放模块U5。语音播放模块U5采用DY-SV5W语音播放模块。

接收端控制主板U3和接收端无线电收发模块U4的电源引脚接3.3V电源，两个超声波接收器的电源脚VCC以及语音播放模块U5的+5V电源脚接接收端控制主板U3的+5V电压输出脚，接收端无线电收发模块U4和两个超声波接收器的接地脚，以及语音播放模块U5的-5V电源脚接接收端控制主板U3的接地脚。

接收端无线电收发模块U4的RX或TX模式选择输入脚CE、SPI时钟脚SCK、SPI数据输入脚MOSI、SPI数据输出脚MISO、SPI片选引脚CSN、语音播放模块U5的两个数字IO脚，以及两个超声波发生器的回应引脚ECHO分别接发送端控制主板U1的九个数字IO脚；语音播放模块U5的两个控制信号输出脚连接扬声器T两个输入引脚。

发送端控制主板U1和接收端控制主板U3均采用Arduino Nano开发板，通过USB接口读取编写好的代码。

发送端无线电收发模块U2和接收端无线电收发模块U4均采用NRF24L01无线模块，用于实现人们与停车系统之间想要停车，及停车成功与否信息的交互。

两个超声波发生器S1和S2以及两个超声波接收器S3和S4，均采用HC-SR04超声波模块，用于发送和接收超声波。其中超声波发生器利用到超声波模块的触发引脚TRIG，超声波接收器利用到超声波模块的回应引脚ECHO。

该共享单车规范停车系统可分为超声波测距定位系统、无线通讯系统、语音播放系统，灯光显示系统。

HC-SR04超声波模块和Arduino Nano开发板构成超声波测距定位系统。超声波发生装置A用于发出超声波信号(Trig)，超声波接收装置B用于接收反射回来的超声波信号(Echo)。将从超声波模块上拆下的Trig、Echo引脚分别安装在共享单车系统两侧和同等高度的共享单车规范停放系统上。使用者在锁车时按下按钮，通过nano开发板内部程序指令转化为电信号，与nano开发板相连的超声波模块就会通过Trig传感器发出一个10us以上的高电平，并在Echo接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,且可通过[测试距离＝(高电平时间×声速(340M/S))]算出距离，并反馈给nano开发板。由于共享单车系统两侧各有一个发射与接收装置，两端的Echo能够在有限时间内接收到信号，方可判断停车规范，nano开发板会将测得的距离与开发板内部程序人为预设的合理距离进行比较，如果两侧测得的距离小于开发板内部程序人为预设的合理距离，则nano开发板内部程序默认停车成功；如果没有在有限的时间内接收到信号，则单车未停放在规定区域内或停放角度过大，nano开发板内部程序默认停车失败。

NRF24L01无线模块和Arduino Nano开发板构成无线通讯系统。将两个NRF24L01无线模块分别安装在共享单车系统与共享单车规范停放系统上，以满足两系统之间无线通讯的需要。Arduino Nano开发板控制安装在共享单车系统上的Trig传感器输出信号的同时控制安装在共享单车系统上的NRF24L01无线模块向安装在共享单车规范停放系统上的NRF24L01无线模块发射信号，接收到相应信号后，共享单车规范停车系统中的nano开发板控制超声波系统中的定时器计时。在共享单车规范停车系统中的nano开发板运算结束，得出“停车成功”或“停车失败”的结论后，由安装在共享单车系统上的NRF24L01无线模块向共享单车系统上的NRF24L01无线模块传输信号，以控制安装在共享单车系统上的灯光显示系统。

Arduino Nano开发板、DY-SV5W语音播放模块、喇叭构成语音播放系统。首先将DY-SV5W语音播放模块调节到“I/O组合(独立)模式0”，当有信号触发引脚时，其会播放相应的整段音频。停车成功情况下，DY-SV5W语音播放模块在接收到Arduino Nano开发板发送的高电平时，会通过喇叭会播放声音音量适当的停车成功的语音。反之，停车失败的情况下语音播报停车失败。

绿色发光二极管、红色发光二极管和Arduino Nano开发板构成灯光显示系统。默认停车成功则Arduino Nano开发板会给绿色发光二极管的引脚发送一个高电平，绿色发光二极管亮起，若停车失败则Arduino Nano开发板会给红色发光二极管的引脚发送一个高电平，红色发光二极管亮起。

具体工作流程如图5所示：按下锁车按钮后，无线模块U2发射信号，超声波发生器S1、S2发射超声波。同时无线模块U4接收到U2发射的信号，准备接受超声波信号，计时开始。如超声波接收器S3、S4都接收到超声波，计时结束。通过声音在空气中的传播速度得出所花时间，判断所得的时间是否都合理。如都合理：无线模块U4发射停车成功信号，U2接收到信号；绿灯亮，语音播报“停车成功”。如超声波接收器有一个或两个未接收到超声波，所得时间有一个或两个不合理，无线模块U4发射停车失败信号，U2接收到信号，红灯亮，语音播报“停车失败”。如果停车失败，需要重新停车。

本发明中各个模块实现其功能的手段属于本领域的技术常识，本领域的普通技术人员能够在本说明书中给出的具体模块，结合所需的功能，自行编写相应的程序。本发明的核心在于基于超声波和无线通信实现的共享单车的规范停车。