共享单车工业化管理系统设计探讨

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摘要:随着共享单车近年逐渐兴起，对现场总线工业管理系统的要求也在慢慢提升以满足社会大需求。从系统实现目标出发，分析了不同模块应具备的条件，提出了一种具有普适性的工业化管理系统设计理论。

关键词:工业现场总线;共享单车;系统设计

1概述

共享单车是一种近期发展起来并逐步成为一种时尚的短途出行交通工具，与之配套的管理系统也就显得日益重要。现场总线控制是一种局域网控制，它可以将分散的节点上的信息连接起来，并将所测信息汇入总线，并通过设备控制节点运行状况。而正是因为现场总线具有可逆方向性、数字信号串行传输的特点，使得现场总线可以运用到共享单车管理系统中，以实现对共享单车状态信息的宏观调控。共享单车的数据通信内容大致有以下几个方面。1)共享单车的占用/空闲状态。2)当前运行速度、行驶量阈值的工作范围。3)被盗报警状态。4)专业人员维护、调校信息。

2构建网络结构

共享单车控制系统要求数据传输量大，且实时性要求相对较高，需要用导线挂接多个传感器，其中占用/空闲状态拟采用力传感器进行实时监测，当前运行速度、位移量可以采用速度传感器，而被盗报警状态可以通过安全装置采用位置传感器进行检测。将上述传感器与总线相连，以实现设备的数字信号的传输，最终形成复杂规模的网络结构。即形成一条PLC、力传感器、速度传感器、位置传感器的串联网络，最终将所得到的信息传回控制端。而减少结构从站可以将力传感器、速度传感器两者进行简化融合，以增强系统的集成性、减少故障点。以下对于适合于应用在共享单车控制系统的传感器类型进行重点说明。尽管将微动开关置于车座，便可以实现共享单车是否处于占用状态的控制，但由于在使用过程中会出现颠簸等其他不确定因素，采用光电式位置传感器相比于微动开关更加稳定可靠，具体选型需要考虑成本因素。而对于检验轮胎等零部件是否处于正常运行状态的压力传感器材料的选择，可以采用相关的介电高分子材料，其具有价格便宜，且电量转换率高的特点。其次要构建数据通道，形成数据通信网络，EtherCAT开放架构的现场总线具有可以与以太网完全兼容的良好包容性，相比RS485等总线架构具有很高的优越性。EtherCAT通信对网卡要求没有要求，且网络规模足可以满足共享单车的数据统计量。考虑到性价比等条件，EtherCAT优势较为显著。

3选取合适的控制器

将控制计算机、各类微处理器、PLC对来自共享单车检测传感部分的电信号和外部输入命令进行处理、分析、存储并做出控制决策，指挥系统实现相应的控制目标。采用PCI进行控制网段控制，插槽可方便地置于相应的共享单车插槽上，适用范围宽。采用桥接电路对这一PCI层进行管理，而它也是CPU的供货商和原装系统的一级总线。PCI总线具有很多无可比拟的特点:1)信息在传输过程中效率高，这就可以大大缓解数据的输入/输出多造成的拥堵，有利于共享单车实时性信息的高效传输。2)PCI的包容互通性可以实现不同总线在同一个系统中运行，即使不同设备之间存在速度延迟，也不会对系统造成很大的影响，这种兼容性是其他诸多种类控制器所达不到的。3)即插即用型的使用方式可以应对不同处理器的发展和更新换代进程，这对共享单车使用的发展性和长期性提供了可能。

4远程抄表的运用

远程抄表已广泛应用于家庭的日常所取系统的统计以及时段控制等方面，而应用于基于工业化现场总线的共享单车管理系统同样会给系统带来很多便利。众所周知，自行车的行程量很大程度上可以用来判断一辆自行车还可使用的时间。作为共享单车而言，车辆的可使用预期会影响单车的使用安全性、可靠性，而远程抄表可以借助这种星型－线性的远程控制，使得每辆共享单车的行程信息纳入云数据中，这样车辆管理人员即可通过远程传输得到的数据实现对车辆的管理，以便适时更换新的共享单车。由于远程抄表内置光电传感器，与位置传感器进行集成，可以对车辆占用情况进行实时监测。但由于远程抄表要求的工作环境相对较高，过冷过热都会影响其精度，故远程抄表的维护将是一个很大的方面。对于远程抄表的控制器，可以选用PLC等工控设备实现信息的传输。

5共享单车系统网络化连接引发的问题

采用EtherCAT的共享单车管理系统可以使得管理人员的操作界面变宽，有利于实现被盗报警功能，且加强了系统之间的联系。但共享单车系统网络化同样会引发相关问题，并值得引起重视。首先，特殊结构的网络式连接使得可靠性网络的地位上升，一旦没有网络，控制系统将无法发挥作用，但网络通信本身具有无法预知性，这会加剧共享单车系统的不稳定性。其次，控制系统信号不能使控制时钟信号同时到达各节点，传输的不可靠可能导致数据包传输时间滞后。共享单车的速度数据经过控制器PCI进入控制通过现场总线系统，最终实现共享单车的数据监测与控制，拥有良好的市场应用前景。在传统控制系统设计中，被控对象不作为设计内容，设计任务只是采用控制器调节给定被控对象的状态，这种设计思路使所得到的系统趋于僵化。而EtherCAT、PCI、远程抄表的广泛应用，也赋予了这种系统合理的性价比以及良好的控制稳定性等诸多特点。

作者:刘云清 张家鑫 单位:山东大学 哈尔滨理工大学

参考文献:

［1］薛红霞．基于EtherCAT的工业以太网主站通信协议的实现［D］．哈尔滨:哈尔滨工业大学，2013．