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STM32單片機和IC卡應用下智能儲物柜系統的設計研究
發布時間:2019-11-11

  摘    要: 共享時代到來,科技的發展讓人們對公共儲物柜的便捷、美觀性提出了更高要求。本文所介紹的儲物柜主要針對有著固定人員機構的特殊需求所設計開發的,并且比對現有的各種類型儲物柜,對存在問題進行分析解決,旨在給使用者帶來更佳的服務體驗。針對儲物柜智能、便捷的特點,本文采用模塊化思想設計了一款以STM32單片機、RFID系統、八路繼電器為核心的儲物柜控制系統。通過實際測驗,驗證了系統的智能性、便捷性、安全性,且靈敏度較高。本系統在高校的科研機構、保密公司等場合中有著廣泛的應用前景。

  關鍵詞: 儲物柜; RFID系統; IC射頻卡; STM32;

  1、 引言

  人們生活中隨處可見的儲物柜的確帶來了極大的便利。儲物柜的使用雖然帶來了很多便利,但也需要將它們安排在一個合適的應用場合,找到適用對象,充分發揮其所具有的優勢。

  本系統針對一些人員固定的場所,例如高校科研機構、保密公司等,不允許人員攜帶手機等一些私人物品進入;或者一些外出人員在進入辦公室時,不免帶入一些塵土,給保潔員帶來很大的工作量;或者攜帶了工作中不需要的物品,但又找不到一個合適的地方安放等問題。要想解決這些問題,則需要一個安全性高、使用方便的私人空間來存放這些物品。這類儲物柜應具有以下特點:(1)使用人員相對固定;(2)儲物柜的分配可以是專人專柜形式,方便存放位置的記憶;(3)由于可以存放個人貴重物品,儲物柜的安全性要高、私密性要好;(4)儲物柜的設計要注重實用性,充分發揮最大利用價值,提高服務質量。因此,針對這類特殊場合的需求,本文提出了解決方案,即為每一個工作人員提供一個專有儲物柜,用來放置工作期間禁止帶入或無需攜帶的私人用品。

  2、 研究背景

  隨著科技的進步,儲物方式不斷翻新,安全性不斷提升,儲物柜種類多樣化以適應不同場所的使用需求,也都有各自的優缺點。

  最初是人工寄存,該種儲物的方式效率低,耗費時間和精力,存取過程中易出現差錯,費人力資源,逐漸被機械式儲物柜所取代。雖然比人工寄存多了自主性,但是操作繁瑣,柜體相互獨立不便管理,安全性較差。后來出現了電子式儲物柜,它們便利了我們的生活,但也存在一些問題。輸入密碼型儲物柜在使用過程中存在密碼易被遺忘等問題,且操作較為繁瑣。掃碼式儲物柜在取物時操作便捷,但若條碼紙丟失,物品丟失的風險會大大提高。射頻卡識別型儲物柜操作簡單,且卡片可以重復利用,具有一定的經濟效益。但是現有的儲物柜大多僅有儲物功能,柜體間相互獨立,管理不便。生物識別型儲物柜主要有人臉、指紋和虹膜識別等,安全性較高,生物識別系統成本高昂、維護麻煩,且識別率易被干擾。

  考慮到安全性、便捷性和經濟性等問題,綜合考慮以上各種寄存方式不難看出,密碼紙使用一次即失效,更適用于人流量較大、流動性強的場所,對于有著固定人員的場所優勢會變成劣勢,而射頻卡可以被重復利用可以彌補這一不足。且射頻卡內的信息不易被復制,安全性較高,成本較低,這對于一個機構或者公司來說是一個非常好的選擇,因為它既可以減少資金投入,又能為工作人員提供一個安全舒適的儲物環境,以及對出入人員進行身份核實。
 

STM32單片機和IC卡應用下智能儲物柜系統的設計研究
 

  3、 本系統的原理及整體設計方案

  3.1、 系統原理

  儲物柜的基本外形不變,將柜鎖進行改造。將員工信息預先錄入到設備當中,當員工需要開柜存取物品時,進行刷卡操作,讀卡器讀入信息與預先錄入信息進行對比,識別成功后驅動繼電器工作,電磁鎖打開。由于單片機處理信息速度非常快,該智能控制過程時間極短,效率高。該系統預留通信接口,在有需要的前提下可連接上位機,不僅可供管理員方便地管理柜體,還可以同時完成員工的打卡任務,將卡內個人信息讀出后上傳至上位機進行統計匯總,實現一卡多用。

  RFID技術簡介:射頻卡(RFID)技術主要由三部分組成,分別為:電子標簽、讀寫器及數據處理與傳輸系統。其中非接觸式IC卡可實現無線傳輸數據的功能。讀寫器讀出該信息,傳到單片機進行處理。圖1為RFID系統原理圖。

  圖1 RFID系統組成框圖
圖1 RFID系統組成框圖

  圖2 系統整體設計框圖
圖2 系統整體設計框圖

  圖3 繼電器驅動電路圖
圖3 繼電器驅動電路圖
圖4 儲存模
圖4 儲存模

  圖5 供電模塊電路圖
圖5 供電模塊電路圖

  3.2、 整體設計方案

  本系統的設計分別由軟件、硬件設計兩部分構成。主要由STM32F103C8T6芯片為主控芯片,以及IC卡識別模塊、AT24C02信息儲存模塊、繼電器模塊和上位機通訊模塊五部分構成。圖2為系統整體設計框圖。

  4、 實踐過程

  4.1、 硬件設計

  (1)射頻卡模塊。首先系統預存員工信息,并將該信息寫入非接觸式IC卡中,當用戶開鎖時,將卡片靠近讀卡器,讀卡器將讀入信息傳至單片機中經處理后,與預先儲存的信息進行比對,比對成功即可使繼電器驅動電路工作,柜鎖打開,即可開柜取物。(2)通信模塊。本系統預留了RS232及485通信接口,單片機可通過該模塊發送信號與上位機進行通訊,來拓展儲物柜的簽到打卡功能。(3)繼電器模塊。該模塊主要通過繼電器線圈產生磁力使得開關觸點的吸合與斷開來控制柜門的開合。繼電器驅動電路通過三極管驅動柜鎖工作,并接入限流電阻來對電路進行保護。繼電器驅動電路圖如下圖3所示。(4)儲存模塊。儲存模塊主要用來儲存IC卡擁有者基本身份信息,當機構人員發生變動時,可以新增或者刪除卡內原有信息。所存信息用于與刷卡者身份信息進行比對。該部分電路使用的芯片為AT24C02。圖4為存儲模塊電路圖。(5)供電電路。該穩壓模塊可將輸入5.5V電平轉為3.3V電平輸出,為開鎖系統供電。所用的TPS5430芯片可以精確調節電壓,其內含有慢啟動電路,可限制浪涌電流。供電模塊電路圖如圖5所示。

  4.2、 軟件設計

  軟件設計依照于總體設計方案以及基于硬件設備條件,在keil5編譯環境中使用C語言進行編寫。軟件開發主要分為兩部分,即卡內信息預處理和使用過程中存取物品及簽到打卡的程序設計。系統程序流程圖如圖6所示。

  若是簡單的儲物需求,只需將持卡者信息寫入到一張空閑IC卡中,并在儲存器中備份身份信息;或將離退人員的身份信息刪除,即使他們失去使用儲物柜的權利。單片機通過對輸入信號的處理來控制是否打開儲物柜。若是有簽到打卡的需要,可通過預留的串行通信接口連接到上位機,再由系統將信息匯總處理。系統管理員負責IC卡及儲物柜的分配與信息變動處理,以及意外事故的處理。

  5、 結束語

  射頻卡刷卡開鎖便捷,其中IC卡可以對內部信息進行讀和寫操作,重復利用率極高,還可以通過對射頻卡內預存信息的識別核對,來確定刷卡者的身份信息。而且射頻卡內信息不易被復制,安全性較高,外形設計具有多樣化,攜帶性能易于優化。將已有工作作為一個平臺,還有更多的可以加入其中的新思路。

  圖6 系統程序流程圖
圖6 系統程序流程圖

  參考文獻

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