徐帥，韓穎，沈宇杰

杭州蕭山技師學(xué)院，浙江杭州，311200

0 引言

手機已成為現(xiàn)代生活中不可或缺的工具之一，尤其對于中高職學(xué)生而言，其手機依賴程度更高。然而，學(xué)校禁止攜帶手機進(jìn)入教室或?qū)W習(xí)區(qū)域，學(xué)生離校或聯(lián)系家長無法取得有效的信息溝通。為了解決這一問題，需要提供便捷的手機存取服務(wù)，本研究設(shè)計實現(xiàn)了一種基于STM32單片機的智能手機柜，為學(xué)校和教育機構(gòu)提供了一種解決方案。智能手機柜有望在學(xué)校和其他場所發(fā)揮重要作用，為學(xué)生提供便捷的手機存取服務(wù)，同時培養(yǎng)學(xué)生合理使用手機的意識和習(xí)慣。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該設(shè)計由電源管理、ESP8266WIFI模塊、指紋模塊、觸摸屏模塊、檢測電路、電磁鎖模塊等部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.1 檢測電路

手機檢測電路通過紅外傳感器，對箱體內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋到顯示屏上，并反饋到教師端APP上。

1.2 指紋模塊

當(dāng)學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)領(lǐng)取手機時，通過在學(xué)生端刷自己的指紋，打開自己的柜子，將手機拿出。

1.3 觸摸屏模塊

觸摸屏進(jìn)行界面顯示，顯示手機柜中手機存在與否及相應(yīng)位置，同時作為密碼輸入的顯示界面、指紋錄入的顯示界面、電子時鐘顯示界面、手機柜的實時狀態(tài)顯示等。

1.4 ESP8266WIFI模塊

ESP8266是一款低功耗的UART-WIFI透傳控制模塊，可把用戶的物理地址傳送到WIFI網(wǎng)絡(luò)上，開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或局域網(wǎng)絡(luò)通信，完成連接網(wǎng)絡(luò)作用，完成手機柜的學(xué)生端與教師端間的聯(lián)網(wǎng)。

1.5 電磁鎖模塊

本產(chǎn)品的門鎖采用電磁鎖，使用便捷。

1.6 電源管理

考慮到產(chǎn)品的便捷性，電源管理部分采用3.3V直流電源供電，同時為了滿足更多的教室設(shè)計要求，也提供交流220V電源，經(jīng)過小型變壓器后，再通過直流穩(wěn)壓模塊最終將交流電轉(zhuǎn)化成直流電。

2 電路與程序設(shè)計

2.1 檢測電路的分析

手機檢測原理圖如圖2所示。紅外傳感器的發(fā)射端不斷向外發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線沒有碰到物品或者沒有接收到返回來的紅外線的時候，在輸出端就會輸出一個高電平，開關(guān)顯示燈此時處于熄滅狀態(tài)[1-2]。當(dāng)被測手機在被測范圍之內(nèi)時，發(fā)射端發(fā)出的紅外線碰到手機時，就會將紅外線返送回傳感器的接收端，此時，在輸出端就會輸出一個低電平，開關(guān)顯示燈此時處于點亮狀態(tài)。

圖2 手機檢測原理圖

2.2 ESP8266WIFI模塊

此模塊以ESP8266模組為核心，配合穩(wěn)壓電路、USB-TTL電路、串口下載電路，實現(xiàn)ESP8266的SDK開發(fā)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能。配合以O(shè)LED、DHT11模塊，實現(xiàn)溫度上報到云端、顯示云端下發(fā)的消息等。其實物圖如圖3所示。在本設(shè)計中，采用ESP8266WIFI模塊實現(xiàn)學(xué)生端與教師端之間的通信，通過通信協(xié)議將兩者進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

圖3 ESP8266WIFI 模塊實物圖

2.3 STM32單片機

在設(shè)計初，考慮到模塊的復(fù)雜和多樣性，傳統(tǒng)的STC芯片恐難勝任，所以選擇了相對更高級的STM芯片，STM相比STC的優(yōu)勢在于：模塊化接口相對更加簡單、工作速度快、高性能、低成本、時鐘頻率快、外設(shè)多、有三個串口和多個定時器I/O口等[3-4]。當(dāng)然，這也與芯片的使用息息相關(guān)，如：指紋、觸摸屏、WIFI模塊剛好用完三個串口、在切換時間時定時器有一定的精度等。

2.4 指紋模塊

處理芯片內(nèi)嵌DSP運算單元，搭載了指紋驗證優(yōu)化算法，能有效迅速收集圖像并識別指紋特點。模塊配置了串口通信、USB通信接口，客戶不用研究繁雜的數(shù)字圖像處理及指紋驗證優(yōu)化算法，僅需通過串口通信、USB通信依照通信協(xié)議便能操縱模塊[5-6]。系統(tǒng)可錄入指紋數(shù)量達(dá)300枚，實物圖如圖4所示。

圖4 指紋模塊實物圖

2.5 程序流程圖

控制程序流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

3 硬件可實現(xiàn)功能

功能界面如圖6所示。

圖6 功能界面

（1）上電時初始化，并對指紋模塊進(jìn)行檢測。

（2）時鐘顯示，可隨意更改時間，精準(zhǔn)誤差值在0.0001。

（3）管理員界面：①有密碼鎖，可用密碼進(jìn)入管理員界面；②有指紋鎖，可以精確比對、添加和刪除指定的指紋；③可在觸摸屏界面進(jìn)入管理員界面，并進(jìn)行對柜子的開關(guān)（全開單開）；④可重置密碼，方便快捷，支持多位。

（4）學(xué)生界面：①設(shè)定的時間為7:30～16:30，在這段時間內(nèi)學(xué)生指紋是無效的；②如果在7:30～16:30之外，學(xué)生可以進(jìn)行放入手機和拿出手機等操作。

（5）WIFI界面：①可使用微信小程序進(jìn)行遠(yuǎn)程操控；②可以對端口進(jìn)行PWM輸出，為后續(xù)的開發(fā)做鋪墊；③可以進(jìn)行登錄操作，確認(rèn)柜子的身份信息。

4 總結(jié)

基于STM32單片機的智能手機柜設(shè)計面向?qū)ο蠓浅V泛，尤其對于技工院校班級手機管理，通過傳感器的集成，形成一個有效的手機閉環(huán)管理系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)地把控班級手機上交情況，更好地服務(wù)于班主任班級手機管理。本款基于STM32單片機的智能手機柜，相比市面上的智能手機柜，在功能上更加全面，在使用體驗上更加方便，易操作，因此具有推廣應(yīng)用的價值。