陳娜　阮晟懿　薛珂磊　諸夢瑤　何毅辛　劉亞林　趙哲韜　尉鵬飛

摘 要：本文簡要介紹了目前雨傘寄存時(shí)存在的易丟失、錯(cuò)拿等問題，結(jié)合電磁學(xué)、無線技術(shù)、電路原理、自動(dòng)控制原理等方面知識(shí)，在普通傘架的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了一種可以記錄個(gè)人信息與通過電子控制開鎖的多選擇解鎖的雨傘存放裝置，并對(duì)其原理與多選擇解鎖帶來的便捷使用方式進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，最后我們對(duì)此裝置在共享模式和便民服務(wù)方面的應(yīng)用與推廣進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：雨傘存放 多選擇解鎖 共享模式 便民服務(wù)

中圖分類號(hào)：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（a）-0151-03

1 研究背景

雨天出行時(shí)，雨傘作為一種不可或缺的攜帶品，其隨意放置導(dǎo)致的丟傘現(xiàn)象成為一個(gè)值得引起重視的問題。通過校內(nèi)問卷調(diào)查（70.99%調(diào)研對(duì)象為大一、大二學(xué)生），我們發(fā)現(xiàn)大學(xué)在校期間，58.2%的學(xué)生存在丟失過雨傘的情況，其中，雨傘丟失數(shù)量達(dá)到三把及三把以上的占總調(diào)查人數(shù)16%，這表明大學(xué)生丟傘問題或者丟傘問題，是一種普遍現(xiàn)象。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，53.69%的學(xué)生在教室丟失過雨傘，39.6%的學(xué)生在圖書館、商場丟失過雨傘，錯(cuò)拿、忘拿雨傘是雨傘丟失的主要原因。因此，教室、圖書館、商場等公共場所都急需一種便捷安全的雨傘放置裝置。此外，調(diào)查顯示，95.31%的大學(xué)生認(rèn)為，刷卡開鎖方式放置雨傘優(yōu)于鑰匙開鎖方式。而我們?cè)O(shè)計(jì)的多選擇解鎖的雨傘放置器利用不同類型磁卡進(jìn)行刷卡開鎖和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄，在刷卡放傘時(shí)自動(dòng)開啟雨傘鎖環(huán)，防止雨傘錯(cuò)拿現(xiàn)象。若此裝置效果良好，在后續(xù)的開發(fā)中，即可進(jìn)一步建設(shè)提供刷卡借傘服務(wù)的平臺(tái)，以建立一種安全有效的“共享雨傘”新模式，成為一項(xiàng)有利的便民新舉措。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元

傘架示意圖如圖1所示，其中1是磁卡刷卡器；2是單片機(jī)；3是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊；4是穩(wěn)壓模塊；5是蜂鳴器；6、7、8、9、10、11是電控鎖；12是整個(gè)裝置的外金屬框架；13是鎖環(huán)；14、15是萬向輪；16是電源線；17是信號(hào)線；18、19、20、21、22、23是指示燈。

2.1 磁卡模塊

磁卡刷卡器1用于接收磁卡信號(hào)，將持卡人磁卡信息儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊3，并將該信號(hào)傳輸至單片機(jī)模塊2。

2.2 單片機(jī)模塊

單片機(jī)2用于分析處理磁卡信號(hào)，并根據(jù)情況打開電控鎖6、7、8、9、10、11中指定電控鎖，控制蜂鳴器5發(fā)出一段短提示音。

2.3 電控鎖組

電控鎖6、7、8、9、10、11用于在單片機(jī)2的控制下開啟，使用戶能夠存取雨傘。

2.4 指示燈組

指示燈18、19、20、21、22、23用于在單片機(jī)2的控制下通過閃爍提示用戶電控鎖已打開。

2.5 蜂鳴器

蜂鳴器5用于在單片機(jī)2的控制下通過鳴叫提示用戶電控鎖已打開。

2.6 供電模塊

穩(wěn)壓模塊4和電源線16配合工作，組成供電模塊，用于給控制模塊供電，以確?？刂颇K正常工作。

2.7 外殼及底座

整個(gè)裝置的外金屬框架12作為支架，萬向輪14、15方便裝置移動(dòng)。

3 工作原理及邏輯流程

3.1 工作原理

（1）電源開啟，系統(tǒng)參數(shù)初始化。

（2）判斷磁卡刷卡器是否檢測到磁卡信息同時(shí)判斷是否有按鍵輸入，若檢測到磁卡，則讀取持卡人磁卡信息并進(jìn)入流程a，若檢測到有按鍵輸入，則進(jìn)入到流程c。

①流程a。

1）判斷磁卡信息對(duì)應(yīng)電控鎖編號(hào)是否為第一個(gè)電控鎖編號(hào)，若是，直接進(jìn)行步驟3），若否，則進(jìn)行步驟2）；

2）判斷磁卡信息對(duì)應(yīng)電控鎖編號(hào)是否為下一個(gè)電控鎖編號(hào)，若是，進(jìn)行步驟3），若否，則繼續(xù)重復(fù)步驟2），若無下一電控鎖，進(jìn)入流程b；

3）打開此編號(hào)對(duì)應(yīng)電控鎖并把當(dāng)前電磁鎖次數(shù)清零，蜂鳴器發(fā)出一段短提示音、指示燈閃爍一次，結(jié)束流程。

②流程b。

1）檢測第一個(gè)電控鎖打開次數(shù)是否為1，若是，進(jìn)行步驟Ⅱ，若否，則直接進(jìn)行步驟3）；

2）檢測下一個(gè)電控鎖打開次數(shù)是否為0，若是，進(jìn)行步驟3），若否，則繼續(xù)重復(fù)步驟2），若后續(xù)無可檢測的電控鎖，則發(fā)出一段長提示音，回到流程2；

3）打開此時(shí)檢測的電控鎖，蜂鳴器發(fā)出一段短提示音、指示燈閃爍一次；

4）將此張磁卡信息寫入到單片機(jī)中與此電控鎖相對(duì)應(yīng)的位置，回到流程2。

③流程c。

1）檢測下一按鍵輸入，直到輸滿，等待用戶確認(rèn)，確認(rèn)完畢后進(jìn)行步驟2）；

2）檢測當(dāng)前輸入密碼是否正確，若是則進(jìn)入步驟3），若否則回到流程2；

3）打開此時(shí)檢測的電控鎖，蜂鳴器發(fā)出一段短提示音、指示燈閃爍一次；

4）若輸入需要打開的電控鎖編號(hào)，則打開相應(yīng)的電控鎖，若輸入退出，則回到流程2。

3.2 邏輯流程

本裝置的邏輯流程圖如圖2所示。

3.3 理想化模型的說明

傘架的電控鎖鎖只設(shè)置了自動(dòng)打開，無自動(dòng)關(guān)鎖功能，需要用戶自行關(guān)閉。根據(jù)實(shí)際情況，放傘時(shí)用戶必定會(huì)將鎖關(guān)閉（否則雨傘無法放在傘架上）；取傘后，根據(jù)用戶在生活中使用商場寄存柜的經(jīng)驗(yàn)，用戶一般會(huì)習(xí)慣性將鎖扣關(guān)閉，若用戶不慎忘記，后來的用戶也一般不會(huì)將傘直接放入。若真有不慎將雨傘放入未關(guān)閉的鎖中的情況出現(xiàn)，我們也有設(shè)置管理員解鎖模塊，用戶可聯(lián)系管理員取傘。

4 模塊參數(shù)及選擇考量

系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、穩(wěn)壓模塊、顯示模塊、射頻模塊4部分組成。

4.1 單片機(jī)模塊

本裝置使用STC89C52RC單片機(jī)，其是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。

主要特性如下：

（1）增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。

（2）工作電壓：5.5～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8～2.0V（3V單片機(jī)）。

（3）工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz 。

（4）用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)。

（5）片上集成 512 字節(jié) RAM。

（6）通用I/O口（32個(gè)）復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。

（7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。

（8）具有EEPROM功能。

（9）具有看門狗功能。

（10）共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器T0、T1、T2。

（11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。

（12）通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。

（13）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）。

（14）PDIP 封裝。

4.2 穩(wěn)壓模塊

本裝置使用LM1117線性穩(wěn)壓集成電路，LM1117是三端可調(diào)輸出的線性穩(wěn)壓器集成電路。LM1117的輸出電壓范圍是1.2～37V，負(fù)載電流最大為1.5A。

在本裝置中選用的是3.3V的規(guī)格，不需要調(diào)節(jié)電壓，所以不需要加電阻，但為了保證輸出電壓穩(wěn)定，加入了輸出電容和輸入電容。

4.3 顯示模塊

在本裝置中使用的是LED顯示屏，1602LCD主要技術(shù)參數(shù)為：顯示容量為16×2個(gè)字符，工作電流為2.0mA（5.0V），模塊最佳工作電壓為5.0V，字符尺寸2.95mm×4.35mm（W×H）。

4.4 射頻模塊

在本裝置中使用的是RFID-RC522射頻模塊，MF RC522 是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是NXP公司針對(duì)“三表”應(yīng)用推出的一款低 電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜 式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇 。

MF RC522利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。支持ISO14443A的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與ISO 14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號(hào)。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測（奇偶 &CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗(yàn)證MIFARE系列產(chǎn)品。MFRC522支持MIFARE？更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)424kbit/s。

作為13.56MHz高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，MF RC522與MF RC500和MF RC530有不少相似之處，同時(shí)也具備諸多特點(diǎn)和差異。它與主機(jī)間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)不同的用戶需求，選取SPI、I2C 或串行UART（類似RS232）模式之一，有利于減少連線，縮小PCB 板體積，降低成本。

5 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，國家大力提升發(fā)展質(zhì)量和效益，更好地滿足人民日益增長的美好生活需要。本組提出的模型以人流量大的場所為背景，使用磁卡識(shí)別技術(shù)以達(dá)到利用不同種類磁卡進(jìn)行多選擇解鎖，極大地提高了雨傘存取效率并增強(qiáng)了雨傘存取安全性，實(shí)現(xiàn)了更為便捷的人機(jī)交互，且該裝置具有多選擇的解鎖功能，能夠有效識(shí)別校園卡、圖書卡、銀行卡等磁卡，適用廣大人群與多種場合。若此裝置效果良好，在后續(xù)的開發(fā)中：第一，可以在不同場地進(jìn)行放置，有效防止雨傘丟失，解決生活中極其普遍卻讓人困擾的丟傘問題，以此作為一項(xiàng)便民措施；第二，可進(jìn)一步建設(shè)提供刷卡借傘服務(wù)的平臺(tái)，以建立一種安全有效的“共享雨傘”新模式；第三，可為其他寄存服務(wù)帶來多選擇解鎖的新思路。

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