摘要：随着我国大力推进生态文明建设，绿色出行成为了一种时尚潮流，近年来各级政府推行公共自行车，公共自行车数量增长迅速，成为了城市解决“最后一公里”重要的交通工具。但公共自行车使用量的激增给市政工程的建设带来了巨大挑战，究其根本，是由于自行车停车位的数量难以满足停放需求。现如今，公共自行车在使用过程中存在占地面积大、常年风吹雨淋、损坏平率高等特点，使用者在使用过程中常常遇到质量不佳自行车，从而选择打车等方式出行，不但降低了公共自行车的使用人数，还不断提高自行车维修保养的成本。特别是像公交站，地铁站等人流量大的地方，公共自行车需求更为广泛，而目前并没有有效的专门针对自行车的停车库。为克服现有技术的不足，本项目就是为了解决这个技术问题而提供一种公共自行车停取仓。

关键词：生态文明；使用；成本；技术

随着经济的发展，小车的数量越来越多，在早晚高峰时 段经常出现“最后一公里”的拥堵，往往是半个小时甚至一个小时。现在市面上投放了越来越多的自行车，“最后一公里”的问题得以解决，然而自行车的停放却产生了另一个无地停放、随意摆放的难题。现实中也有一些固定的停放站点，但这些固定的停放站点都是露天站点，没有完整的车库，没有便捷的取车方式。同时公交车站、地铁站等是人流量较大的一个地点，本项目考虑了公交站、地铁站等自行车过多，停放不合理的问题，并且其是在公交站台的基础上进行改造，充分利用已有资 源，对社会中自行车的停放问题进行了深入探讨，且良好地 解决了“最后一公里”的交通问题，在保证人们出行交通快速 换乘的基础上，解决了大城市公交站点自行车停车混乱的问题。

中国绿色低碳发展道路中的“碳达峰”、“碳中和”双碳战略目标的大方向下，目前倡导的绿色出行广受推崇。国内公共自行车的保有量近几年呈快速上升趋势，车辆猛增和与之配套停车设施滞后的矛盾由此产生，现在城市公共自行车在使用过程中发现占地面积大、常年风吹雨淋、损坏频率高等特点，使用者在使用过程中常常遇到已损自行车，从而选择打车等出行方式，不但减低了公共自行车的使用人数，还不断提高自行车维修保养成本。城市里公共自行车脏乱差的现象越来越严重，使用量不高，维护成本却急剧攀升。

一、公共自行车停车设施存在的问题

目前市面上存在的公共自行车停车设施种类繁多，也有针对各种用途和要求设计的设施，但在自行车停放设施的使用过程中，仍存在着各种问题。常见的停车仓类型有立体式停放设施、格栅式停放设施、复合式停放设施等，在使用的过程中主要表现在以下几个方面：

（1）维修成本高、使用寿命短

公共自行车停车点多数以露天停放形式存在，也有停车棚等防雨设施，但在常年暴晒、风吹、雨淋等因素促使下，大部分公共自行车存在车桩无电状态、显示屏无显示、锁在桩内的车辆无法取出、车辆锈迹斑斑、塑料老化严重等问题。维护成本大大提高，自行车在无维护状态下寿命较短，无法满足客户用车需求，形成了一个恶性循环状态。

（2）占地面积大，投入成本高。

公共自行车作为政府主导改善民生，解决交通“最后一公里”，推行低碳出行的重要举措，各地政府都大力推进，在建设公共自行车站点上下足功夫，投入大量的成本建设和维护。由于公共自行车大量存在市区街道，对于本就狭小的街道又添加了不少负担，占地面积大成为共同面临的问题。

（3）停取车站点少，用户体验感差。

公共自行车主要集中于人流量大的地方，对于城市整体出行还是偏少，很多小区门口没有听取车站点，一部分也是受限于街道场地问题，另一部分是因为使用的人偏少，主要原因在于公共自行车维护保养差，车况不好，目的地无法满足车辆停放等问题，所以用户体验感差。

二、智能公共自行车停取仓的优点

针对现在城市公共自行车在使用过程中发现占地面积大、常年风吹雨淋、损坏频率高等特点，使用者在使用过程中常常遇到已损自行车，从而选择打车等出行方式，不但减低了公共自行车的使用人数，还不断提高自行车维修保养成本。由此我们设计了本款智能公共自行车停取仓，不仅可以减少占地面积，而且减少了维修保养成本，使用者的舒适感也会提高很多，达到减少维修保养成本，节约占地面积，便利市民出行的效果。此智能公共自行车停取仓的设计将会对环境保护、身心健康、综合治理各个方面带来深远的影响。

（1）从环境保护方面；政府力推公共自行车目的在于使用，低碳出行，降低碳排放，该设计将存取自行车通过扫码等方式进行，高效、便捷，解决城市出行最后一公里，促进公共自行车使用量，环境保护做出贡献；

（2）从经济效益方面；公共自行车目前接受程度不高的主要原因在于脏乱差，该设计做到了封闭式存储，自行车的完好率高、干净程度好、设备使用时间长。降低维护成本，提高客户使用感，增加使用人群于频次；

（3）从城市治理方面；目前公共自行车停车占地面积大，外观敞开，对于小、窄街道无法安装，该设计将整合占地资源减半，封闭式存放，外观设计时尚且可配广告标语，消除城市里脏乱差现象，提高城市美观程度，助力城市综合治理；

三、停取仓的硬件设计

智能自行车立体停取仓的硬件部分主要包括机械结构和电气元件两方面，其中机械结构通过Solidworks三维软件进行造型设计，解决机械传动过程中的一些干扰问题，优化停取仓的主体结构。电气元件是保障停取仓实现控制的载体，优化电气元件，有利于保障停取仓运行平稳。主要硬件包括以下几个部分：

1、2020型材：属于欧标工业铝型材，在20系列工业铝型材中，2020型材是使用比较广泛的一种，截面大小是20x20mm，外观性状和1515型材看起来一样，只是各部位尺寸不同，当然单位米重也不一样，2020工业铝型材单位米重是0.5kg/m2。主要用于立柱、横梁。

2、链条链轮：通过链条的滚子部与链轮的齿部啮合，传递动力作为张力的机械传动方式。可用于长距离动力传递；容许张力高，可用于重物传送，过载能力大；能在高温、多尘、潮湿等恶劣环境下工作；无弹性滑动和滑差，平均传动比准确。

3、滑道滑块：环形滑轨轨道结构设计，传输定位精确，载荷能力强，降噪耐磨性好，大大提升机械性能。环形设计有利于推动车辆的旋转，保证存取口定位精度。

4、主控核心板Arduino Mega2560：一套系统的核心部件，编写文本程序能读取来自不同传感器的模拟或数字输入信号并将其转换为输出和外部按钮急停信号做处理、控制电机启停运行优化电机内部参数、与WIFI模块建立连接通过串口接受外部信号做处理。

5、12V DC电源模块：直流电源给主控核心板、接近传感器、电机驱动器与编码器、蓝牙模块供电、按钮信号、触摸屏供电。

6、触摸屏：是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，仓门旁装有人机交互触摸屏，市民可以通过操控触摸屏实现自行车的存取，工作人员也可通过使用触摸屏实现设备控制可视化界面监控设备情况。

7、42步进电机套装：电机控制器与步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机控制器每发出一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，从而达到设备导轨的启动停止。

四、停取仓的软件设计

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，通过红外传感器来感知环境条件，通过控制电机实现转动。基于Arduino控制的智能公共自行车停取仓主要通过Arduino可编程控制器进行驱动程序的编写，工序流程主要通过触摸屏有线控制，通过组态软件232/485协议设定与主控板内的COM端、波特率、数据位、停止位、奇偶校验位重要参数匹配有线控制。

HMI设计：借助HMI组态软件ATF_UITOOL将设计好的图片、绑定按钮控件名称与地址，设定通讯参数需与Arduino里的波特率一致，下载到触摸屏当中。

单片机程序设计：#include调用电机驱动库，以整数类型定义红外传感器信号、定义电机驱动板正转信号setup方法上电初始化中调用PinMode方法引脚设定为OUTPUT输出方式，调用串口初始化方法Serial.begin波特率115200速率作为触摸屏通讯 Ioop循环方法中调用 in车位号=Serial.Read将获取到的数值赋值给车位号，以车位号来判断当前电机需要转到工位号。

程序流程 自主在触摸屏选择合适且显示空余的车位，以1.2.3.4数字形式选择后确认，如果当前车位红外传感器高电平检测有车辆时，触摸屏提示警告不转动电机。若传感器低电平未检测到当前工位有车，程序将当前数值作为驱动电机旋转角度，数值X固定角度=实际转动角度。

五、智能公共自行车停取仓的使用

智能公共自行车停取仓的设计主要改善城市公共自行车停放状态，提高自行车使用寿命，降低维护成本，在结构上进行了双层设计，在驱动上采取电机驱动，在支撑上采取滑道设计，在传动上采取链条传动。主要体现封闭、双层、安全等特点，其设计主要包括机械结构和电气控制，机械结构主要包括支撑结构、传动结构、封闭结构。电气部分主要包括利用Arduino进行控制，通过触摸屏进行车位选择。具体使用如下：

1、取车设计：操作人员在触摸屏上查看有车车位号，利用触摸屏技术将电信号传递到Arduino控制板，控制板发出信号驱动电机，通过电机旋转带动链轮转动，链轮上安装链条，是其传递更加稳定。链条上安装滑块，将滑块安装在滑道上，是其传递更加稳定。将车辆转递至取车口，取车口自动门打开，自行车安全锁扣解锁，操作者可以推出自行车，自动门关闭，取车完成。

2、停车设计：操作人员在触摸屏上查看无车车位号，利用触摸屏技术将电信号传递到Arduino控制板，控制板发出信号驱动电机，通过链条带动滑块在滑道上传动，将空车位移动至取车口，自动门打开，自行车推进自行车架，安全锁扣自动关闭，停取仓自动门关闭，还车完成。

六、结语

随着我国不断全面贯彻新发展理念，把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路，确保如期实现碳达峰、碳中和这样的大背景下，在国务院国务院印发《全民健身计划（2021-2025年）》中，全民健身国家战略深入实施，全民健身公共服务水平显著提升，全民健身场地设施逐步增多，公共自行车作为一种非常健康的出行方式，不经能解决城市拥堵问题，还能提高身体素质，最重要的是碳排放为零。我们所要解决的就是目前公共自行车存在的“脏、乱、差”现象，让公共自行车成为我们日常生活中不可缺少的一种交通工具。

参考文献：

[1]常青青． 自行车智能存取立体停车库建设可行性调查研究[J]． 科技视界，2019，29：12 ～ 13

[2]陈永辉，赵世英，李江浩，程诚，王逸腾．固定站点式公共自行车立体停车库设计[J]． 科技视界，2018，33：50 ～ 51

[3]张哲玮，赵世英，杨雅君，张玥，李江浩．固定桩式公共自 行车站点的立体停车库设计[J]． 科技视界，2017，31：20，34