專利名稱：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著我國大學(xué)辦學(xué)規(guī)模及校園面積的不斷擴大，學(xué)生人數(shù)及學(xué)校占地面積也不斷的上升。部分學(xué)校為了方便師生在校園內(nèi)部的活動，引入了免費的校園自行車租借系統(tǒng)。但是因為一些如師生嫌還車點太遠而直接就近扔掉自行車等原因，導(dǎo)致了每天都有部分自行車無法正常入庫，并且工作人員每天夜晚都需要在校園里尋找自行車，也給這項工作增添了更大的工作量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)及方法，本發(fā)明是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和校園自行車管理系統(tǒng)相結(jié)合，通過在校園自行車上放置RFID電子標(biāo)簽，校園道理兩旁及各主要建筑上安置有低成本、低功耗的RFID讀卡器節(jié)點，以實現(xiàn)校園自行車管理的智能化和無人化管理。本發(fā)明的目的可通過以下方式來實現(xiàn):一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，包括智能RFID讀寫設(shè)備、RFID網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、中心服務(wù)器；
所述智能RFID讀寫設(shè)備包括RFID電子標(biāo)簽、RFID讀卡器節(jié)點，RFID電子標(biāo)簽貼于校園自行車車座底部，RFID讀卡器節(jié)點均勻安放于道路兩旁，當(dāng)校園自行車在道路上行駛時，放置在道路兩旁的RFID讀卡器節(jié)點接收貼于車座底部RFID電子標(biāo)簽返回的相關(guān)信息并將其傳輸?shù)街行姆?wù)器；
所述RFID網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備為RFID網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點負責(zé)建立RFID監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，同時各RFID讀卡器節(jié)點將監(jiān)測到的自行車信息，通過簇頭節(jié)點發(fā)送出去；
所述網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備包括3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備、WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備、路由器，完成各數(shù)據(jù)到中心服務(wù)器的傳輸；
所述中心服務(wù)器包括多臺PC機，PC機上運行著相應(yīng)監(jiān)測軟件可以實時觀測到校園自行車的位置信息，同時用戶也可通過手機方便地聯(lián)入數(shù)據(jù)庫，輕松找到校園自行車的位置。一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)的工作方法，所述方法如下:
S-1:系統(tǒng)開始運行時，簇頭節(jié)點廣播建立網(wǎng)絡(luò)信息，各讀卡器節(jié)點根據(jù)到簇頭節(jié)點
(2)的距離分別加入到不同的簇；
S-2:簇內(nèi)各各讀卡器節(jié)點將自己的地址信息發(fā)送給簇頭節(jié)點；
S-3:當(dāng)有自行車從自行車借還點借出或歸還時，自行車借還點通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備或WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備將相關(guān)借還信息發(fā)送給監(jiān)測中心PC機；
S-4:當(dāng)有自行車通過時，監(jiān)測到自行車RFID標(biāo)簽的讀卡器節(jié)點根據(jù)RSSI值計算自行車到自己的距離，然后將自己的地址、監(jiān)測到的自行車ID和自行車到自己的距離發(fā)送給簇頭節(jié)點；
S-5:簇頭節(jié)點計算自行車的位置后通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備或WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送到監(jiān)測中心PC機；
S-6:遠程用戶和移動手機用戶可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)訪問監(jiān)測中心PC機查詢自行車借還點自行車數(shù)量、自行車位置和個人借還車等信息。本發(fā)明的有益效果在于:利用低成本、低功耗的RFID電子標(biāo)簽，代替了高成本的GPS設(shè)備來實現(xiàn)定位，并且采用電子化的數(shù)據(jù)處理模塊，來對RFID電子標(biāo)簽信息進行讀寫，從而省去了人工登記校園自行車的借還過程，實現(xiàn)了智能化、無人化管理，最后利用手機接入中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，來幫忙工作人員尋找沒有及時歸還的校園自行車，減少了工作人員尋找校園自行車的工作量。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的建筑物定位示意圖。圖4是本發(fā)明的路面定位示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。參見圖1，本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，包括智能RFID讀寫設(shè)備、RFID網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、中心服務(wù)器。所述智能RFID讀寫設(shè)備包括RFID電子標(biāo)簽、RFID讀卡器節(jié)點(3)，RFID電子標(biāo)簽貼于校園自行車車座底部，RFID讀卡器節(jié)點(3)均勻安放于道路兩旁，當(dāng)校園自行車在道路上行駛時，放置在道路兩旁的RFID讀卡器節(jié)點接收貼于車座底部RFID電子標(biāo)簽返回的相關(guān)信息并將其傳輸?shù)街行姆?wù)器。所述RFID網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備為RFID網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點(2)，簇頭節(jié)點(2)負責(zé)建立RFID監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，同時各RFID讀卡器節(jié)點(3)將監(jiān)測到的自行車信息通過簇頭節(jié)點(2)發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備是由3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(4)、WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備(5)及路由器構(gòu)成,完成各數(shù)據(jù)到中心服務(wù)器的傳輸。中心服務(wù)器包括多臺PC機，監(jiān)測中心PC機(6)上運行著相應(yīng)監(jiān)測軟件可以實時觀測到校園自行車的位置信息，用戶可通過手機和以太網(wǎng)方便地聯(lián)入數(shù)據(jù)庫，輕松找到校園自行車的位置。本發(fā)明涉及的基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，其具體工作過程如下:
當(dāng)貼有RFID電子標(biāo)簽的校園自行車在校園里行駛時，放置在道路兩旁的RFID讀卡器
節(jié)點(3)可以接收到其返回的相關(guān)信息并傳輸給監(jiān)測中心PC機(6)，工作人員在監(jiān)測中心PC機(6)上借助相應(yīng)監(jiān)測軟件可以實時觀測到校園自行車的位置信息。當(dāng)校園自行車需要歸還與借用時，只需在自行車借還點(I)進行個人身份的電子認證即可進行歸還與借用操作，無需人工登記過程。并且當(dāng)校園自行車沒有及時歸還時，工作人員借助手機接入中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，可以更快地找到校園自行車，減少了工作人員尋找校園自行車的工作量。本發(fā)明實施例還提供了基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)的工作方法，其主要思想是當(dāng)有自行車借出或歸還時，自行車借還點(I)將自行車ID號及操作者的信息通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(4)或WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備(5)發(fā)送到監(jiān)測中心PC機(6)。當(dāng)讀卡器節(jié)點(3)檢測到自行車時，將自己的地址及自行車的ID號和與自行車的距離發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)。簇頭節(jié)點
(2)處沒有無線局域網(wǎng)絡(luò)覆蓋則通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(4)發(fā)送到監(jiān)測中心PC機(6)，如果有無線局域網(wǎng)覆蓋則通過WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備(5)發(fā)送到監(jiān)測中心PC機(6)。遠程客戶(7)可通過以太網(wǎng)訪問監(jiān)測中心PC機(6)查詢各自行車借還點(I)自行車數(shù)量、個人借還車情況以及自行車的位置。手機客戶(8)可通過GPRS Modem (9)訪問監(jiān)測中心PC機(6)查詢相關(guān)信息。具體實施過程如圖2所示，包括如下步驟內(nèi)容:
S-1:系統(tǒng)開始運行時，簇頭節(jié)點(2)廣播建立網(wǎng)絡(luò)信息，各讀卡器節(jié)點(3)根據(jù)到簇頭節(jié)點(2)的距離分別加入到不同的簇；
S-2:簇內(nèi)各各讀卡器節(jié)點(3)將自己的地址信息發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)；
S-3:當(dāng)有自行車從自行車借還點(I)借出或歸還時，自行車借還點(I)通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(4)或WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備(5)將相關(guān)借還信息發(fā)送給監(jiān)測中心PC機(6)；
S-4:當(dāng)有自行車通過時，監(jiān)測到自行車RFID標(biāo)簽的讀卡器節(jié)點(3)根據(jù)RSSI值計算自行車到自己的距離，然后將自己的地址、監(jiān)測到的自行車ID和自行車到自己的距離發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)；
S-5:簇頭節(jié)點(2)計算自行車的位置后通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(4)或WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備(5)發(fā)送到監(jiān)測中心PC機(6)； S-6:遠程用戶(7)和移動手機用戶(8)可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)訪問監(jiān)測中心PC機(6 )查詢自行車借還點(I)自行車數(shù)量、自行車位置和個人借還車等信息。參照圖3、圖4，本發(fā)明還提供了基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)的定位方法，具體步驟如下:
步驟一:為了提高精度，保證路面滿足三度覆蓋條件，系統(tǒng)采用如圖4所示拓撲結(jié)構(gòu)，乂，S2, 為讀卡器節(jié)點(3)，^2= ^3= S2SvDs為路面寬度，所以讀卡器節(jié)點(3)之間的間距，將讀卡器節(jié)點(3)的通訊半徑d_n。按Dn_n布置好讀卡器節(jié)點(3)后人工測定各節(jié)點的位置，并儲存在讀卡器節(jié)點(3)中；
步驟二:根據(jù)建筑物周邊自行車停放點的寬度從，保證其三度覆蓋，如圖3所示，與路面定位類似，間隔沿建筑物周邊布置讀卡器節(jié)點(3)，并測定讀卡器節(jié)點(3)位置儲存在節(jié)占中.1
步驟三:根據(jù)路面長度和建筑物的規(guī)模，每隔一定的距離布置一個簇頭節(jié)點(2)，系統(tǒng)開始運行后簇頭節(jié)點(2)廣播組網(wǎng)消息，各讀卡器節(jié)點(3)收到該廣播后根據(jù)RSSI值計算到簇頭節(jié)點的距離，選擇CKdies的簇頭節(jié)點加入，并將自己坐標(biāo)、到簇頭的距離和地址發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)；
步驟四:當(dāng)有自行車通過時或停放時，檢測到自行車的讀卡器節(jié)點(3)將自己的地址及監(jiān)測到的自行車ID和自行車到自己的距離發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)，簇頭節(jié)點(2)選擇3個相鄰讀卡器節(jié)點采用三邊定位法計算自行車的坐標(biāo)，并將該坐標(biāo)及自行車ID發(fā)送給檢測中心PC機(5)。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出各種變化和改進，這些改進和變化也視為要求保護的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括智能RFID讀寫設(shè)備、RFID網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、中心服務(wù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，其特征在于:所述智能RFID讀寫設(shè)備包括RFID電子標(biāo)簽、RFID讀卡器節(jié)點，RFID電子標(biāo)簽貼于校園自行車車座底部，RFID讀卡器節(jié)點均勻安放于道路兩旁，當(dāng)校園自行車在道路上行駛時，放置在道路兩旁的RFID讀卡器節(jié)點接收貼于車座底部RFID電子標(biāo)簽返回的相關(guān)信息并將其傳輸?shù)街行姆?wù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，其特征在于:所述RFID網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備為RFID網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點負責(zé)建立RFID監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，同時各RFID讀卡器節(jié)點將監(jiān)測到的自行車信息，通過簇頭節(jié)點發(fā)送出去。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備包括3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備、WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備、路由器，完成各數(shù)據(jù)到中心服務(wù)器的傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)，其特征在于:所述中心服務(wù)器包括多臺PC機，PC機上運行著相應(yīng)監(jiān)測軟件可以實時觀測到校園自行車的位置信息，同時用戶也可通過手機方便地聯(lián)入數(shù)據(jù)庫，輕松找到校園自行車的位置。
6.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:所述方法的具體步驟如下: S-1:系統(tǒng)開始運行時，簇頭節(jié)點(2)廣播建立網(wǎng)絡(luò)信息，各讀卡器節(jié)點(3)根據(jù)到簇頭節(jié)點(2)的距離分別加入到不同的簇； S-2:簇內(nèi)各各讀卡器節(jié)點(3)將自己的地址信息發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)； S-3:當(dāng)有自行車從自行車借還`點(I)借出或歸還時，自行車借還點(I)通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(4)或WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備(5)將相關(guān)借還信息發(fā)送給監(jiān)測中心PC機(6); S-4:當(dāng)有自行車通過時，監(jiān)測到自行車RFID標(biāo)簽的讀卡器節(jié)點(3)根據(jù)RSSI值計算自行車到自己的距離，然后將自己的地址、監(jiān)測到的自行車ID和自行車到自己的距離發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)； S-5:簇頭節(jié)點(2)計算自行車的位置后通過3G網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(4)或WLAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備(5)發(fā)送到監(jiān)測中心PC機(6)； S-6:遠程用戶(7)和移動手機用戶(8)可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)訪問監(jiān)測中心PC機(6 )查詢自行車借還點(I)自行車數(shù)量、自行車位置和個人借還車等信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:所述方法包括路面定位及建筑物定位； 步驟一:為了提高精度，保證路面滿足三度覆蓋條件，&，&，&為讀卡器節(jié)點(3)，S1S2=乂S3= S2Sz, Ds為路面寬度，所以讀卡器節(jié)點(3)之間的間距，將讀卡器節(jié)點(3)的通訊半徑Rc=Ws^n,按jn_n布置好讀卡器節(jié)點(3)后人工測定各節(jié)點的位置，并儲存在讀卡器節(jié)點(3)中； 步驟二:根據(jù)建筑物周邊自行車停放點的寬度從，保證其三度覆蓋，與路面定位類似，間隔沿建筑物周邊布置讀卡器節(jié)點(3)，并測定讀卡器節(jié)點(3)位置儲存在節(jié)點中； 步驟三:根據(jù)路面長度和建筑物的規(guī)模，每隔一定的距離布置一個簇頭節(jié)點(2)，系統(tǒng)開始運行后簇頭節(jié)點(2)廣播組網(wǎng)消息，各讀卡器節(jié)點(3)收到該廣播后根據(jù)RSSI值計算到簇頭節(jié)點的距離，選擇cKd挪的簇頭節(jié)點加入，并將自己坐標(biāo)、到簇頭的距離和地址發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)； 步驟四:當(dāng)有自行車通過時或停放時，監(jiān)測到自行車的讀卡器節(jié)點(3)將自己的地址及監(jiān)測到自行車ID和自行車到自己的距離發(fā)送給簇頭節(jié)點(2)，簇頭節(jié)點(2)選擇3個相鄰讀卡器節(jié)點采用三邊定位法計算自行車的坐標(biāo)，并將該坐標(biāo)及自行車ID發(fā)送給檢測中心PC機(5) 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的校園自行車管理系統(tǒng)及方法，利用低成本、低功耗的RFID電子標(biāo)簽，代替了高成本的GPS設(shè)備來實現(xiàn)定位，并且采用電子化的數(shù)據(jù)處理模塊，來對RFID電子標(biāo)簽信息進行讀寫，從而省去了人工登記校園自行車的借還過程，實現(xiàn)了智能化、無人化管理，最后利用手機接入中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，來幫忙工作人員尋找沒有及時歸還的校園自行車，減少了工作人員尋找校園自行車的工作量。
文檔編號H04W84/18GK103106557SQ20131000848
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者關(guān)明, 李輝, 李立軍, 趙志科 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)