張容娟

（陽光學(xué)院，福建福州，350015）

智慧校園中基于校園卡的智能儲(chǔ)物柜設(shè)計(jì)

張容娟

（陽光學(xué)院，福建福州，350015）

儲(chǔ)物柜被廣泛的應(yīng)用于高校的圖書館、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合中。針對(duì)傳統(tǒng)的儲(chǔ)物柜的不足之處，開發(fā)了以STM32為控制核心，校園卡為開柜憑據(jù)的RFID智能儲(chǔ)物柜，具有操作簡(jiǎn)便，信息化、智能化程度高等特點(diǎn)。

STM32；校園卡；智能儲(chǔ)物柜

0 引言

伴隨微電子和RFID技術(shù)的發(fā)展,儲(chǔ)物柜有了較大的發(fā)展空間。高校圖書館、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合對(duì)儲(chǔ)物柜的質(zhì)量和數(shù)量要求慢慢增加。目前絕大多數(shù)的儲(chǔ)物柜還是條碼掃描儲(chǔ)物柜或者是投幣式儲(chǔ)物柜,這兩種儲(chǔ)物柜不僅操作麻煩而且不安全，同時(shí)信息化水平不高，當(dāng)密碼憑條丟失時(shí)由于缺乏上位機(jī)管理系統(tǒng)，不能及時(shí)為用戶打開柜門，為管理帶來了一系列不便[1]。本設(shè)計(jì)結(jié)合智慧校園中對(duì)儲(chǔ)物柜的實(shí)際需求，鑒于校園內(nèi)每位師生都有一張非接觸式IC卡（校園卡），擬采用“校園卡”作為儲(chǔ)物柜的開柜憑據(jù)，開發(fā)了基于STM32的智能儲(chǔ)物柜，同時(shí)增加上位機(jī)管理部分，能夠檢測(cè)儲(chǔ)物柜的實(shí)時(shí)使用情況，并能自動(dòng)記錄所有存取記錄，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)開柜等功能。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)由硬件部分與軟件部分構(gòu)成。其中STM32F103單片機(jī)、MF-RC522讀寫模塊、12864液晶顯示模塊、柜門模塊、串口通信模塊、聲光模塊等構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件部分，對(duì)應(yīng)的主程序、初始化程序、液晶顯示程序、MF-RC522讀寫程序、上位機(jī)程序等構(gòu)成了系統(tǒng)的軟件部分。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 最小系統(tǒng)電路

本系統(tǒng)使用的主控芯片為STM32F103ZET6，采用ARM 32位的Cortex M3 CPU內(nèi)核，最高支持主頻72MH,內(nèi)部有從256K至512K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器和高達(dá)64K字節(jié)的SRAM，擁有112個(gè)快速I/O端口、13個(gè)通信接口、和11個(gè)定時(shí)器[2]。圖2為STM32最小系統(tǒng)電路圖。

在復(fù)位重啟電路中，STM32低電平復(fù)位，高電平下開始工作，開始最小系統(tǒng)啟動(dòng)的動(dòng)作和運(yùn)行方式，該功能由BOOT0和BOOT1兩個(gè)引腳的電平主導(dǎo)。STM32最小系統(tǒng)的時(shí)鐘由晶振產(chǎn)生，為單片機(jī)和RTC提供兩組不同頻率的時(shí)鐘，主時(shí)鐘需要32.768KHz，RTC通常是8MHz。

2.2 刷卡模塊

利用校園中校園卡(一卡通)作為存取包的憑證，完成存包和取包的過程。刷卡模塊采用RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)。一卡通是射頻識(shí)別技術(shù)的典型應(yīng)用案例，可完成購(gòu)物、就餐、借閱書籍等活動(dòng)，極大的方便了同學(xué)們的生活，本課題是基于校園卡一卡通在另外一個(gè)新的服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用，在圖書館、實(shí)驗(yàn)室等區(qū)域?qū)崿F(xiàn)物品的寄存。

設(shè)計(jì)使用非接觸式MF-RC522，它是高集成度的非接觸式通信讀寫卡芯片里面的一種，是一種具有價(jià)格便宜、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式讀寫芯片[3]。MF-RC522采取調(diào)制和解調(diào)的概念，把調(diào)制和解調(diào)集成到了13.56Mhz下各種非接觸式通信方法和協(xié)議中。產(chǎn)品完全兼容ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可支持SPI、I2C、UART接口。

MF-RC522工作時(shí)是讓天線發(fā)射一組固定頻率的電磁波，當(dāng)射頻卡進(jìn)入MF-RC522天線的工作范圍內(nèi)，射頻卡會(huì)獲得一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，讓卡片內(nèi)部產(chǎn)生能量滿足工作的需求。單片機(jī)通過控制讀卡器進(jìn)行讀卡或者是寫卡的操作，當(dāng)單片機(jī)完成以上步驟之后，通過串口將射頻卡的信息傳到上位機(jī)，由上位機(jī)對(duì)射頻卡的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理。MF-RC522電路圖如圖3所示。

圖2 STM32最小系統(tǒng)電路圖

圖3 MF-RC522電路圖

圖4 12864顯示屏電路圖

2.3 液晶顯示模塊

本模塊主要用于顯示操作步驟信息以及儲(chǔ)物柜狀態(tài)顯示，是實(shí)現(xiàn)可視化輸入輸出的重要部分。12864中文顯示屏模塊是一種能夠顯示漢字也可完成圖形的顯示[4]。它的分辨率為128*64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)陣的漢字、128個(gè)ASCII字符（8*16點(diǎn)陣）以及64*256點(diǎn)陣顯示RAM。電路圖如圖4所示。

2.4 電磁鎖模塊

電磁鎖電路都是使用一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)電磁鎖工作并且連接了一個(gè)電阻來防止電流過大起到了對(duì)這個(gè)電路的保護(hù)作用。電磁鎖電路圖如下圖5所示。

圖5 電磁鎖電路圖

2.5 通信模塊

通信模塊采用USB轉(zhuǎn)串口模塊。CH340G芯片作為雙向轉(zhuǎn)換器，能夠從STM32接受數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為RS232信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，也能夠從上位機(jī)接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為USB數(shù)據(jù)傳輸回STM32。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)使用C和C#分別實(shí)現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)的程序編程。下位機(jī)主要包括液晶顯示、射頻卡信息讀入、單片機(jī)與上位機(jī)的通信、電磁鎖控制輸出等幾部分，上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)主要包括射頻卡的注冊(cè)與注銷程序、管理員緊急開柜設(shè)計(jì)、信息的導(dǎo)出設(shè)計(jì)等幾方面功能。系統(tǒng)程序主流程圖如下圖6所示。

每個(gè)儲(chǔ)物柜通過射頻讀卡器讀取校園卡存/取信息，STM32控制器再將信息通過串口傳給上位機(jī)管理系統(tǒng)。上位機(jī)可以對(duì)數(shù)據(jù)以及相關(guān)操作信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并能根據(jù)管理人員需求進(jìn)行歷史記錄查詢。

圖6 系統(tǒng)程序主流程圖

4 結(jié)論

通過對(duì)傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜的不足之處進(jìn)行研究，系統(tǒng)使用校園卡結(jié)合上位機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)了智能儲(chǔ)物柜的設(shè)計(jì)。具有操作簡(jiǎn)便，安全性高，抗干擾能力強(qiáng)，能夠更加好的滿足高校對(duì)智能儲(chǔ)物柜的各種需要。

[1] 唐瑞東.基于射頻卡的物聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)物柜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,2014.

[2] 劉一.基于STM32的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2015:10-15.

[3] 孫鐸,佟維妍,張佳楠,等.基于MSP430和Zigbee的RFID讀寫設(shè)備[J].電子世界,2015,(16):21-23.

[4] 周震.點(diǎn)陣式液晶顯示模塊12864T及其應(yīng)用編程[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2005,(09):124-126.

Smart Lockers Design Based on Campus Cards in Smart Campus

Zhang Rongjuan
(Sunshine College, Fuzhou Fujian,350015)

Lockers are widely used in university libraries, laboratories and other occasions. In view of the shortcomings of traditional lockers, We design RFID intelligent lockers, which take STM32 as the core of control and campus cards as opening cabinets. They are easy to operate, information-based and intelligent.

STM32; campus card; intelligent locker

張容娟（1983-），女,講師，碩士，研究方向嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。

福建省教育廳中青年教師教育科研項(xiàng)目/科技A類項(xiàng)目（JA14359）。