馬國超 陳志超 唐鈺璇 杜銳 李明

摘 要：該文研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)來電提醒智能儲(chǔ)物柜系統(tǒng)，其不僅具備安全以及密封兩大特點(diǎn)，還能智能提示用戶柜內(nèi)手機(jī)是否來電，解決了因密封性導(dǎo)致的信息傳遞不暢的問題。該系統(tǒng)主要由信號(hào)檢測傳輸模塊、信號(hào)處理模塊、主控模塊、通信模塊、射頻鎖模塊、顯示和提示模塊六部分組成，利用ZigBee技術(shù)將儲(chǔ)物柜以及服務(wù)臺(tái)組合成局域網(wǎng)，用屏幕顯示文字及語音提醒用戶手機(jī)來電狀態(tài)以及儲(chǔ)物柜門的開關(guān)狀態(tài)，并且利用射頻鎖代替機(jī)械鎖，進(jìn)一步提高儲(chǔ)物柜的安全性以及開鎖的便捷性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能提醒 ZigBee技術(shù) 安全

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（c）-0016-02

目前，在人們的生活中，普通的浴室專用儲(chǔ)物柜均具有安全和密封兩大特點(diǎn)，但其厚重的板材或密封性極佳的柜門，常常會(huì)導(dǎo)致用戶聽不到柜中手機(jī)的來電提示音，出現(xiàn)漏接電話的情況，造成不必要的損失.此外，儲(chǔ)物柜上普通的機(jī)械鎖，在浴室的潮濕的環(huán)境下，大大降低了鎖的使用壽命和儲(chǔ)物柜的安全性。該設(shè)計(jì)不僅具備安全、密封的基本特點(diǎn)，而且具備智能提示用戶柜內(nèi)手機(jī)是否來電，屏幕顯示并語音提醒用戶手機(jī)來電狀態(tài)以及儲(chǔ)物柜門的開關(guān)狀態(tài)的創(chuàng)新特點(diǎn)。同時(shí)還利用射頻鎖代替機(jī)械鎖，提高了儲(chǔ)物柜的安全性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能型儲(chǔ)物柜的系統(tǒng)主要由檢測裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置、計(jì)費(fèi)裝置、顯示播報(bào)裝置以及通訊裝置等構(gòu)成。其中檢測裝置包括射頻讀卡器和信號(hào)采集數(shù)據(jù)線，其檢測到信號(hào)后將其傳送至控制裝置?？刂蒲b置由單片機(jī)以及舵機(jī)構(gòu)成，接收到檢測裝置傳送的信號(hào)后，單片機(jī)進(jìn)行處理并發(fā)送信號(hào)至其他裝置，舵機(jī)根據(jù)相應(yīng)指令進(jìn)行動(dòng)作。執(zhí)行裝置由RFID卡構(gòu)成，配合檢測裝置射頻讀卡器進(jìn)行使用，執(zhí)行開關(guān)鎖動(dòng)作。計(jì)費(fèi)裝置包括單片機(jī)以及射頻讀卡器，該裝置可以對RFID卡進(jìn)行充值。顯示播報(bào)裝置由液晶顯示屏和語音播報(bào)模塊構(gòu)成，在不同情況下對用戶進(jìn)行相應(yīng)的語音提示。通訊裝置由ZigBee模塊構(gòu)成，方便多個(gè)儲(chǔ)物柜與服務(wù)臺(tái)進(jìn)行組網(wǎng)，方便管理。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 檢測裝置和控制裝置

檢測裝置：讀卡器替代傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜的檢測裝置——鑰匙插孔。其配合用戶所持RFID卡對儲(chǔ)物柜進(jìn)行開鎖，大大簡化了開鎖的過程。其檢測用戶是否使用RFID卡進(jìn)行開關(guān)門操作并傳輸信號(hào)至單片機(jī)進(jìn)行下一步的處理。通過手機(jī)3.5 mm耳機(jī)插孔采集手機(jī)來電信號(hào)，并將信號(hào)傳送至單片機(jī)中進(jìn)行處理，此方式傳輸信號(hào)穩(wěn)定，避免了利用震動(dòng)傳感器等其它方式引起來電誤報(bào)情況的發(fā)生，從而穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)智能來電提醒的功能。

控制裝置：各模塊都需要通過單片機(jī)進(jìn)行控制。單片機(jī)負(fù)責(zé)處理檢測模塊檢測到的信號(hào)并發(fā)送指令至其它模塊從而執(zhí)行相應(yīng)指令。該系統(tǒng)選用MSP430單片機(jī)，它是一種超低功耗、高性能的16位單片機(jī)。具有強(qiáng)大的處理能力、集成度高、可靠性強(qiáng)，具有極高的性價(jià)比[1]。

射頻鎖替代傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。其主要功能是根據(jù)單片機(jī)送出的信號(hào)，執(zhí)行開關(guān)門操作。其增強(qiáng)了儲(chǔ)物柜的安全性，延長了鎖具的壽命。

2.2 執(zhí)行裝置和信號(hào)處理裝置

該系統(tǒng)執(zhí)行裝置為RFID卡。由于其固有的信息安全、便于攜帶、比較完善的標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，射頻鎖替代傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜的機(jī)械鎖，避免了金屬鑰匙遇水長時(shí)間使用后生銹的問題。利用RFID卡具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，進(jìn)行扣費(fèi)，方便用戶使用。相對于普通鑰匙而言，射頻鎖更具有安全保密性，提高了儲(chǔ)物柜的安全性能。

信號(hào)處理裝置由運(yùn)算放大電路和比較電路兩部分組成。由于手機(jī)來電時(shí)檢測信號(hào)較為微弱，需要經(jīng)過相應(yīng)的放大電路對其進(jìn)行處理。采用同向比例運(yùn)算電路對信號(hào)放大，并將放大的信號(hào)送入比較器處理。利用該裝置的特性，將連續(xù)不規(guī)則的信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波，送入單片機(jī)進(jìn)行檢測處理。

2.3 顯示裝置和通訊裝置

顯示裝置包括LCD液晶以及語音播報(bào)裝置。其使儲(chǔ)物柜具有人機(jī)交互功能，智能提醒用戶卡內(nèi)余額以及儲(chǔ)物柜門的開關(guān)狀態(tài)。語音播報(bào)裝置主要功能是通過聲音提示手機(jī)來電和用戶柜門的開關(guān)狀態(tài)。

通訊裝置由ZigBee模塊構(gòu)成，ZigBee是一種短距離、低功耗、可自組網(wǎng)的無線通信技術(shù)。由于其網(wǎng)絡(luò)可以便捷地為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的可應(yīng)用性[2]。該系統(tǒng)采用ZigBee組成無線局網(wǎng)，通過Zigbee構(gòu)建的無線平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無線語音來電提醒功能，同時(shí)避免了大量走線帶來的浪費(fèi)和安全問題。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)字濾波

在微型控制系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，一般均含有各種噪聲和干擾，他們來自被測信號(hào)源本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測量和控制，必須消除被測信號(hào)中的噪聲和干擾。該作品采樣手機(jī)信號(hào)有隨機(jī)干擾信號(hào)的輸入引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，可采用程序判斷濾波。程序判斷濾波就是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定出相鄰兩次采樣信號(hào)之間可能出現(xiàn)的最大偏差ΔY，若小于此偏差值，則表明該輸入信號(hào)是干擾信號(hào)，應(yīng)該去掉；若大于偏差值，可將信號(hào)作為該次采樣值。

限速濾波是程序判斷濾波其中的一種方法，限速濾波最多可用3次采樣值來決定采樣結(jié)果，設(shè)順序采樣時(shí)刻t1，t2，t3的采樣值分別為Y（1），Y（2），Y（3），則：

為兩次采集值可能出現(xiàn)的最大偏差，其大小取決于來電信號(hào)的強(qiáng)弱，由具體情況決定。關(guān)于值的選定，值太小，干擾無法濾除，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)亂提醒現(xiàn)象。太大，有用信號(hào)被濾除，系統(tǒng)無法提醒用戶手機(jī)來電。因此選擇一個(gè)合適值至關(guān)重要。

3.2 模糊控制

由于該系統(tǒng)復(fù)雜，變量太多，難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，正確作出判斷，因此模糊控制算法來處理這些控制問題，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。模糊控制是采用由模糊數(shù)學(xué)語言描述的控制律來操作系統(tǒng)工作的控制方式。模糊控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)輸出的誤差和誤差變化率來決定控制對象的輸入量。模糊算法實(shí)現(xiàn)方法有很多種，常用用：查表法、解析公式法和關(guān)系矩陣法等[4]。該系統(tǒng)采用查表法，將查詢表存入單片機(jī)內(nèi)部ROM中，單片機(jī)將采樣值與論域元素對比，根據(jù)對比值在控制表中得出控制量，以達(dá)到期望要求。圖2為模糊控制系統(tǒng)框圖。

該系統(tǒng)將采集信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，得到采樣值。根據(jù)采樣值與控制表對比，決定是否語音提醒用戶手機(jī)來電。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全可靠，實(shí)用性強(qiáng)，針對人們?nèi)粘Ｉ钪幸蛳丛瓒l(fā)的一系列問題，不僅適用于個(gè)人浴室，而且適用于公共浴室，成本不高，推廣性強(qiáng)。具有以下功能特點(diǎn)。

（1）智能提醒。該系統(tǒng)可接收并傳遞手機(jī)的來電信息，一旦手機(jī)來電，便通過無線局域網(wǎng)和顯示提示模塊提示用戶來電信息，避免了人們因洗浴漏接電話而造成的損失。

（2）安全方便。該系統(tǒng)應(yīng)用射頻鎖代替機(jī)械鎖，并用屏幕顯示并語音提醒用戶手機(jī)來電狀態(tài)以及儲(chǔ)物柜門的開關(guān)狀態(tài)，極大地方便了人們的生活，提高安全系數(shù)。

（3）使用壽命長。普通儲(chǔ)物柜損壞，主要是因?yàn)槠滏i的損壞，該系統(tǒng)應(yīng)用射頻鎖代替機(jī)械鎖，是浴室潮濕的環(huán)境對它的影響大大降低，提高了它的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 任保宏，徐克軍.MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2] 金純，羅祖秋，羅鳳.ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)及案例分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[3] 張翼飛，楊輝，鄧方林.二階系統(tǒng)模糊變結(jié)控制器設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2005.