◆廣東省江門(mén)市棠下中學(xué) 張錦昆

一、創(chuàng)作背景

我所在的城市，絕大多數(shù)學(xué)校對(duì)功能室的管理依然使用傳統(tǒng)的門(mén)鎖，而非智能門(mén)禁系統(tǒng)，致使學(xué)生使用功能室不規(guī)范、經(jīng)常找不到功能室鑰匙等問(wèn)題無(wú)法得到很好的解決。

我校高三年級(jí)組長(zhǎng)帶著以上需求來(lái)找我，希望我能開(kāi)發(fā)一套功能室鑰匙管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，要求能使用飯卡對(duì)使用功能室的學(xué)生進(jìn)行身份認(rèn)證與權(quán)限劃分。

二、設(shè)計(jì)原理

在我看來(lái)，這套系統(tǒng)更偏向于產(chǎn)品，由于甲方（我校高三年級(jí)組長(zhǎng)）需求緊迫，要求在4天時(shí)間內(nèi)完成“電路+軟件”的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。為實(shí)現(xiàn)快速上線，我將MY SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Node-red物聯(lián)網(wǎng)消息隊(duì)列、siot MQTT服務(wù)器等均部署在同一臺(tái)物理服務(wù)器上。管理App采用App inventor進(jìn)行圖形化編程。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

鑰匙柜采用ESP32主控，ESP32的GPIO與繼電器相連，實(shí)現(xiàn)電磁鎖開(kāi)關(guān)控制。箱體的屏幕采用HMI串口屏，可使用廠家提供的上位機(jī)軟件進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)。

三、工作流程

當(dāng)RFID模塊檢測(cè)到卡片時(shí)，將卡號(hào)發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器查詢后返回Json至ESP32，ESP32對(duì)Json信 息 進(jìn)行解碼后，通過(guò)串口控制串口屏顯示不同內(nèi)容。用戶選擇柜號(hào)后，ESP32控制繼電器開(kāi)啟對(duì)應(yīng)柜門(mén)的電磁鎖，并上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器保留記錄。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

四、制作過(guò)程

該項(xiàng)目的外形設(shè)計(jì)是在2021年8月進(jìn)行的，在完成外形設(shè)計(jì)后因?yàn)槠渌蛭視和Ａ嗽擁?xiàng)目。我在設(shè)計(jì)之初就考慮到，重啟該項(xiàng)目后，可用于裝配的時(shí)間非常緊張，因此選用激光切割5 mm木板完成作品搭建，木板與木板之間的固定采用2020鋁型材及m4沉頭螺絲進(jìn)行固定，最終實(shí)現(xiàn)快速加工與裝配。

考慮到使用該存儲(chǔ)柜的區(qū)域已實(shí)現(xiàn)校園Wi-Fi的覆蓋，因此主控選用ESP32。我在學(xué)校的一臺(tái)舊電腦上安裝了Windows server2008，部署MQTT服務(wù)器、MY SQL數(shù)據(jù)庫(kù)及Node-red，將其作為服務(wù)器，置于實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行。

圖3 繪制電路圖

圖4 作品實(shí)物圖

該項(xiàng)目能在4天時(shí)間內(nèi)快速上線，得益于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)神器Nodered。Node-red通過(guò)“圖形化+低代碼”將硬件設(shè)備、api接口與數(shù)據(jù)庫(kù)等在線服務(wù)器連接，上手門(mén)檻低且開(kāi)發(fā)速度快，而且Node的軟件包存儲(chǔ)庫(kù)中含有大量拓展模塊，可以輕松實(shí)現(xiàn)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

作者心聲

在我看來(lái)，該作品的制作更像一次完整的“產(chǎn)品研發(fā)”過(guò)程：甲方提出需求，我為甲方分析需求，確定具體功能，產(chǎn)品研發(fā)、裝配、調(diào)試，產(chǎn)品上線，收集用戶痛點(diǎn)，推送OTA更新。

雖然該項(xiàng)目還存在諸多不足，但在短時(shí)間內(nèi)體驗(yàn)一輪近乎完整的產(chǎn)品研發(fā)流程，讓我提前感受了未來(lái)的工作。這項(xiàng)作品的開(kāi)發(fā)不僅拓展了我的編程思維、提升了我的動(dòng)手能力，而且讓我的抗壓能力也經(jīng)受住了一次不小的考驗(yàn)。

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

張錦昆同學(xué)完成的基于Node-red的物聯(lián)網(wǎng)鑰匙管理系統(tǒng)，是一件富有技術(shù)支撐的創(chuàng)新實(shí)踐作品。這項(xiàng)作品的完成，體現(xiàn)了張錦昆同學(xué)具有以下三個(gè)方面的素養(yǎng)。

第一，具有良好的創(chuàng)新意識(shí)。即在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的同時(shí)，還具有積極主動(dòng)想運(yùn)用新的手段或方法等加以解決的決心。

第二，富有開(kāi)拓與實(shí)踐精神。他找到這個(gè)課題以后，雖然要花的時(shí)間長(zhǎng)，耗費(fèi)的精力大，但他一直堅(jiān)持利用課余時(shí)間把項(xiàng)目做好。青少年的科創(chuàng)能力只有在不斷的實(shí)踐中才能養(yǎng)成。

第三，技術(shù)應(yīng)用能力突出。這個(gè)作品需運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、激光切割技術(shù)和智能電子編程等才能實(shí)現(xiàn)。

有一點(diǎn)建議：我們不能滿足于創(chuàng)新實(shí)踐，還要在選取項(xiàng)目時(shí)進(jìn)行查新，使項(xiàng)目具有原創(chuàng)性，讓我們的創(chuàng)新成長(zhǎng)更具突破性。這是因?yàn)閯?chuàng)新實(shí)踐作品雖然有一定的實(shí)用價(jià)值，但創(chuàng)新性不夠。這種類(lèi)型的儲(chǔ)物柜已經(jīng)投入使用多年，如豐巢快遞柜等。