藍(lán)國(guó)財(cái)，黃梅春，吳樹(shù)添，黃駟基，歐城輝

(廣西民族師范學(xué)院，廣西 崇左 532200)

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不斷發(fā)展[1-2]，目前儲(chǔ)物柜已經(jīng)被應(yīng)用于更多的公共場(chǎng)合下，以適應(yīng)人們對(duì)物品存儲(chǔ)的需求。但是目前儲(chǔ)物柜大多數(shù)采用的都是獨(dú)立存儲(chǔ)、自動(dòng)存儲(chǔ)或者紙質(zhì)條形碼存儲(chǔ)，這類存儲(chǔ)方式只會(huì)越來(lái)越費(fèi)時(shí)費(fèi)力，盡管條形碼儲(chǔ)物柜識(shí)別速度快、精度高、但折疊，搓揉后的條形碼稍有損壞，這種儲(chǔ)物柜識(shí)別率會(huì)大大降低，甚至?xí)o(wú)法識(shí)別。并且條形碼儲(chǔ)物柜的打印紙是一次性的，用完后需要源源不斷地加入打印紙才能使其正常工作，這樣就大大增加了使用的成本，并且部分用戶使用完條形碼后會(huì)有將條形碼亂丟、亂放的現(xiàn)象，這對(duì)環(huán)境造成極大的影響。這一系列問(wèn)題表明條形碼儲(chǔ)物柜已經(jīng)不能完全滿足當(dāng)前社會(huì)需求。于是本文提出一款語(yǔ)音播報(bào)的智能儲(chǔ)物柜，該設(shè)計(jì)可以通過(guò)手機(jī)App掃碼或者輸入取件碼即可完成取件操作，無(wú)需操作儲(chǔ)物柜。通過(guò)藍(lán)牙模塊把儲(chǔ)物柜的數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)App，管理員可以通過(guò)進(jìn)入儲(chǔ)物柜后臺(tái)查看儲(chǔ)物柜存儲(chǔ)情況，與其他類型儲(chǔ)物柜對(duì)比本設(shè)計(jì)具有管理方便、操作便捷、成本低、保密性更好的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)涵蓋硬件與軟件兩大方面，系統(tǒng)總體由主控芯片、消殺模塊、SIM800A短信模塊、人機(jī)交互系統(tǒng)、門(mén)鎖驅(qū)動(dòng)和客戶端App 6個(gè)部分組成。其中硬件方面包括STM32微控制器、LM2596S電源模塊、消殺模塊、SIM800A短信模塊、電磁鎖模塊、HC-05藍(lán)牙模塊、HMI串口觸摸屏，軟件方面包含單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)、手機(jī)App客戶端開(kāi)發(fā)、HMI串口屏界面設(shè)計(jì)三方面相融合。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STM32F103C8T6單片機(jī)

采用STM32F103C8T6單片機(jī)作為該系統(tǒng)的主控芯片，主要負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收工作，通過(guò)自身的3個(gè)串口分別與HMI串口屏、SIM800A短信模塊、HC-05藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信。STM32F103C8T6單片機(jī) 是基于 Cortex-M3 內(nèi)核的 32 位高性能控制器[3]；具有兩個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器、7通道DMA控制器、有64k的閃存存儲(chǔ)器、20KB SRAM、多達(dá)80路快速I(mǎi)/O端口以及7路定時(shí)器和3路UASRT串口，最高頻率高達(dá)72 MHz。與傳統(tǒng) 8 位的 51 系列單片機(jī)相比，具有功耗低、處理速度快和硬件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，其性能參數(shù)符合本設(shè)計(jì)的要求。語(yǔ)音播報(bào)儲(chǔ)物柜主控系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。

圖2 語(yǔ)音播報(bào)儲(chǔ)物柜主控系統(tǒng)電路原理

2.2 HMI串口屏

HMI串口屏的分辨率高達(dá)800×480，屏幕顯示清晰并且自帶CPU處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、可編程口、FLASH存儲(chǔ)、音視頻解碼芯片、SD卡槽等外設(shè)。并且HMI串口屏具有觸屏輸入、按鈕控件、音頻控件、圖片控件和定時(shí)器控件等多種組態(tài)控件，使得這款串口屏操作簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)方便、功能性強(qiáng)、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 SIM800A模塊

本設(shè)計(jì)采用SIM800A短信模塊實(shí)現(xiàn)取件碼的發(fā)送，主控芯片通過(guò)串口2發(fā)送的AT指令給SIM800A短信模塊，短信模塊通過(guò)解析指令后給指定電話號(hào)碼發(fā)送一個(gè)由主控芯片隨機(jī)生成的6位數(shù)取件碼。

SIM800A的工作頻率是GSM/GPRS(900/1 800 MHz)，能夠低功耗地實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音[3],SMS以及數(shù)據(jù)信息等多種功能。該模塊使用SMT封裝雙頻GSM/GPRS模塊方案，有處理器運(yùn)行速度快、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，符合本設(shè)計(jì)需求。

2.4 消殺模塊與電源模塊

消毒模塊通過(guò)超聲波換能，使液態(tài)水分子經(jīng)陶瓷霧化板高頻共振分解為天然流動(dòng)水霧，超聲波可使水溶性藥物在常溫下霧化為1 μm～5 μm微霧顆粒作為消毒水介質(zhì)，利用超聲波的定向壓力作用，將消毒水噴灑到物體表面，起到殺菌消毒的作用。

HMI串口屏、SIM800A短信模塊、消殺模塊都是需要5 V大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)的，主控芯片驅(qū)動(dòng)電流是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，故本設(shè)計(jì)采用LM2596S電源模塊可以更好地為本系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

2.5 藍(lán)牙模塊

本設(shè)計(jì)使用主控芯片的串口3和藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，藍(lán)牙模塊是主從一體的藍(lán)牙串口模塊所以藍(lán)牙模塊既可作為主機(jī)也可作為從機(jī)[4]。當(dāng)我們需要藍(lán)牙從主控芯片中獲取數(shù)據(jù)時(shí)，藍(lán)牙就作為從機(jī)接收數(shù)據(jù)，然后再作為主機(jī)給手機(jī)App傳送數(shù)據(jù)由此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)包含硬件程序設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。硬件是基于主控芯片STM32F103C8T6單片機(jī)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、HMI串口屏的界面設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)則是采用App Inventor在線網(wǎng)站圖形化編程的方式實(shí)現(xiàn)。

3.1 STM32單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用的編譯平臺(tái)是Keil5 MDK編譯器，這款編譯器功能非常強(qiáng)大，并且支持在線調(diào)試、仿真等功能。首先將主控芯片的3個(gè)串口分別與HMI串口屏、SIM800A短信模塊和HC-05藍(lán)牙模塊用導(dǎo)線連接好。其電磁鎖及消殺模塊按照電路圖分別用導(dǎo)線與主控芯片對(duì)應(yīng)的IO口連接好即可，硬件連接完成后，即可對(duì)其程序進(jìn)行編寫(xiě)，其主要程序就是如何處理串口接收和發(fā)送的大量數(shù)據(jù)，為解決這類問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組的方式進(jìn)行處理。將接收到HMI串口屏的數(shù)據(jù)存入數(shù)組中，經(jīng)過(guò)主控芯片處理后隨機(jī)生成一個(gè)6位數(shù)的取件碼，通過(guò)SIM800A給對(duì)應(yīng)用戶發(fā)送取件碼，同時(shí)主控芯片通過(guò)藍(lán)牙模塊給手機(jī)App云端發(fā)送數(shù)據(jù)以便管理員查看后臺(tái)數(shù)據(jù)。單片機(jī)程序流程如圖3所示。

圖3 單片機(jī)程序流程

3.2 手機(jī)App的程序設(shè)計(jì)

App Inventor是一款完全在線圖形化的手機(jī)App開(kāi)發(fā)網(wǎng)站，這款在線手機(jī)App開(kāi)發(fā)網(wǎng)站非常適合編程基礎(chǔ)比較薄弱的人去使用，開(kāi)發(fā)環(huán)境的大部分組件只需要在使用時(shí)去看一眼數(shù)據(jù)手冊(cè)即可，使用時(shí)首先要對(duì)手機(jī)App的頁(yè)面進(jìn)行布局，這個(gè)布局的方式比較人性化，完全可以按照用戶自己的想法，去進(jìn)行布局，其布局就是將用戶需要的按鈕、圖片、標(biāo)簽、文本輸入框、密碼輸入框、各類傳感器、多媒體等組件拖拽到對(duì)應(yīng)的屏幕位置中即可，最后一步就是編寫(xiě)程序了，與其說(shuō)是編寫(xiě)程序，不如說(shuō)是玩俄羅斯方塊，這個(gè)程序的編寫(xiě)只需要把對(duì)應(yīng)的代碼塊拼接到一起即可完成程序的編寫(xiě)，不需要花太多的時(shí)間去學(xué)習(xí)和鉆研這個(gè)程序如何編寫(xiě)，極大程度地方便了開(kāi)發(fā)人員和初學(xué)者。

3.3 HMI串口屏的界面設(shè)計(jì)

USART HMI編程軟件是一款完全基于C語(yǔ)言的編程環(huán)境，并且HMI串口屏是支持觸屏的，不僅如此，HMI串口屏還可以通過(guò)插入視頻控件，來(lái)播放廣告或者宣傳其他產(chǎn)品。所以本設(shè)計(jì)采用其代替按鍵和其他顯示屏的顯示工作。首先第一步是界面的布局，打開(kāi)USART HMI軟件通過(guò)在工具欄添加對(duì)應(yīng)的文本框、按鈕、圖片、二維碼、音頻和視頻等多種組態(tài)控件，該系統(tǒng)總共制作了3個(gè)頁(yè)面，分別是選擇存取件頁(yè)面、取件頁(yè)面、存件頁(yè)面。第二步是對(duì)HMI串口屏的程序編寫(xiě)，主控芯片可以通過(guò)串口1發(fā)送指令來(lái)更改HMI串口屏的顯示內(nèi)容和切換音頻。第三步使用串口下載工具連接到電腦把程序下載到屏幕即可。用戶取件頁(yè)面設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 用戶取件頁(yè)面設(shè)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)介紹了結(jié)合手機(jī)App對(duì)儲(chǔ)物柜進(jìn)行物品的存取操作，在取件和存件時(shí)采用智能語(yǔ)音播報(bào)的方式提醒用戶，以便在柜門(mén)較多的場(chǎng)合下，用戶打開(kāi)柜門(mén)后找不到自己所打開(kāi)的是那個(gè)柜門(mén)的問(wèn)題。經(jīng)實(shí)踐證明該設(shè)計(jì)可行性高、操作簡(jiǎn)單、安全性好、運(yùn)營(yíng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，符合目前社會(huì)的需求。