華健雨 馬軍

(1.合肥第八中學(xué),安徽合肥 230043;2.美誠創(chuàng)新培訓(xùn)學(xué)校STEM中心,安徽合肥 230043)

一種基于STC12C2052AD和JR2010的鑰匙遺忘提醒裝置研究

華健雨1馬軍2

(1.合肥第八中學(xué),安徽合肥 230043;2.美誠創(chuàng)新培訓(xùn)學(xué)校STEM中心,安徽合肥 230043)

市場現(xiàn)行鑰匙遺忘提醒裝置有兩種,一種是機械反復(fù)式的,往往不夠智能。另外一類具有智能芯片與安裝在門上或附近的主機進行通訊。但這類通常需要電池作為電源供電。本文討論了一種使用RFID的鑰匙遺忘提醒裝置,由于采用RFID作為電磁激勵,因此屬于無源芯片。同時,由于RFID設(shè)備的可編程性,鑰匙遺忘提醒芯片可以同時作為智能家居的主控制鎖或控制設(shè)備,具有很強的可拓展性。

RFID 電磁感應(yīng) 物聯(lián)網(wǎng) 無源提醒 遺忘提醒

出門忘記帶鑰匙或不小心將鑰匙反鎖在家中的情況讓人苦惱和無奈，通常請開鎖公司更換門鎖，費時費力。而市場現(xiàn)有鑰匙防丟裝置分為兩類：

一類為機械式報警，即開門的同時觸發(fā)電路，進行提醒和報警。這一類裝置，由于不能智能提醒，通常每次開門都會進行忘帶操作的警示，對正常生活干擾較大，不能得到很好推廣和應(yīng)用。

另一類為智能芯片報警。與鑰匙串同時裝飾一枚智能芯片，開門時進行檢測。這一類具備智能提醒功能，甚至有些項目同時具備智能家居的部分功能，但此類設(shè)計通常需要在鑰匙串上的芯片中安裝電源，盡管現(xiàn)在已經(jīng)非常節(jié)省電能(通常3-5年更換一次電池)，但由于防丟提醒事件不會經(jīng)常發(fā)生，依然會存在芯片電量耗盡沒有及時發(fā)現(xiàn)的可能。因而需要一種無源的解決方案。

1 無源解決方案種類

(1)電磁感應(yīng)短程傳輸。電力發(fā)射源使用較大的線圈加以交變電流，在線圈的周圍會產(chǎn)生變化的磁場。在交變磁場的感應(yīng)范圍內(nèi)放置另一接收線圈，接收線圈在交變磁場感應(yīng)下會產(chǎn)生感應(yīng)電流。系統(tǒng)的傳輸效率取決于發(fā)射和接收線圈之間的耦合系數(shù)和晶質(zhì)因素。[1]

(2)電磁耦合共振方法。這種方法傳輸?shù)木嚯x較遠(可達感應(yīng)線圈半徑8倍的距離[1])，傳輸?shù)碾娏β室草^大。現(xiàn)行的很多“無尾”電器均采用這種傳輸方式。

不管是第一種還是第二種均需要花費較高的成本，作者為一名在讀高中生，沒有高校實驗室環(huán)境作為支撐，并且此裝置還處于樣機階段無法找到合適企業(yè)進行小批量生產(chǎn)試用。固以上兩種方法經(jīng)過反復(fù)論證可行后被放棄。

圖1 系統(tǒng)邏輯示意

圖2 電路原理圖

2 基本原理思路

RFID技術(shù)廣泛運用在物流管理、防盜、家庭物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，較為適合本文中所描述的場景。因而，作者將注意力從無源供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)到RFID上。但是目前國內(nèi)市場上RFID識別產(chǎn)品互不兼容，作用距離也多用于桌面識別，距離較短。中長距離也均小于1米。[2]因此文中采用高頻RFID模塊獲得較遠的感應(yīng)距離，同時配以高增益天線。使用單片機作為RFID模塊的上位機系統(tǒng)，負責(zé)發(fā)送指令與處理。

3 實施過程

鑰匙串上芯片采用無源RFID芯片，并在進戶門處通過門的開合控制整個報警電路的開關(guān)。同時，依據(jù)大量抽樣調(diào)查，在門把手位置設(shè)置紅外感應(yīng)，排除送客時未帶鑰匙同樣報警的尷尬，提高報警的準(zhǔn)確度。安裝在進戶門上的報警裝置同時作為鑰匙串上智能芯片的無源充電裝置，為鑰匙串上的芯片無線提供電能。整個裝置的邏輯控制如圖1所示。

整個裝置安裝于靠近進戶門把手附近位置。門的轉(zhuǎn)軸部分使用常開型輕觸開關(guān)作為整個系統(tǒng)的總電源控制，使得整個裝置只在門被打開時起作用，有效節(jié)約電能，延長發(fā)射裝置的電池使用壽命。

系統(tǒng)總電源接通后，單片機通過串口向RFID發(fā)出檢測指令，并開始一段延時，以防止對串口數(shù)據(jù)接收造成干擾。而RFID在接收到單片機發(fā)出的檢測指令后開始執(zhí)行檢測過程，并將結(jié)果通過串口反饋單片機。單片機啟用串口中斷程序，將RFID芯片的反饋數(shù)據(jù)輸入單片機，并以十六進制數(shù)組形式存儲。

單片機主程序等待語句結(jié)束完成后，對RFID芯片反饋的數(shù)據(jù)數(shù)組進行判斷，與預(yù)置的數(shù)據(jù)進行對比。并檢測紅外檢測輸入針腳的狀態(tài)。若紅外檢測針腳反饋為真，并且數(shù)據(jù)對比得出的結(jié)果為假(即在有效作用范圍內(nèi)未檢測到RFID標(biāo)簽)，則單片機對外輸出報警音。若單片機接收的數(shù)據(jù)在預(yù)置數(shù)據(jù)中無匹配對象，則輸出異常警報。

整個檢測系統(tǒng)的電路原理如圖2所示。

由于本裝置采取提高報警精度的方式進行設(shè)計，所以在實際使用驗證過程中，本裝置的遺忘提醒成功率為100%。但誤報率為接近10%，這與使用者的身高、習(xí)慣掛包位置等有密切關(guān)系。若進行推廣使用，在安裝過程中注意調(diào)試合適位置，應(yīng)該可以達到較為理想的預(yù)警效果。后期可在此基礎(chǔ)上增加電量不足提醒和外部檢測到信號自動開啟鎖孔燈等功能，使其更人性化。

本例中的程序代碼基于篇幅所限沒有列出，若對本文中涉及代碼有興趣的讀者可聯(lián)系作者索取。

[1]曾翔.無線電力傳輸技術(shù)研究[J].硅谷,2010(10)：162.

[2]趙陽,魯順昌,任遠林.電子標(biāo)簽銷碼器的設(shè)計[J].寧波大學(xué)學(xué)報,2007-3(20卷第1期)：38-41.