基于單片機STC89C52的雨傘借用機設計

劉 煜 金冬冬 畢 墨 金珍珍

（臺州職業技術學院，浙江 臺州 318000）

基于單片機STC89C52的雨傘借用機設計

劉 煜 金冬冬 畢 墨 金珍珍

（臺州職業技術學院，浙江 臺州 318000）

介紹了基于單片機STC89C52的雨傘借用機的設計，基于公共自行車的設計理念，避免了突降大雨忘帶傘的麻煩，為校園的教師、學生等出行提供了便利，也適用于其它的公共設施。設計以單片機STC89C52為控制核心，PN532非接觸式射頻讀寫卡芯片為信息采集單元，控制步進電機來實現傘鎖的開啟和閉合，設計簡單，為校園帶來人性化的學習和工作環境，具有一定的市場應用前景。

雨傘借用機；單片機STC89C52；PN532；步進電機

1 引言

日常生活中，天氣變化莫測，天氣預報往往不能準確預報天氣狀況，給人們的出行帶來極大的不便。現如今在很多超市、商場及一些公共設施也有雨傘借用等措施，但用完還得及時歸還原處或者有一定的使用條件，給人們的使用帶來了一定的麻煩。對管理者來說，遇到一些故意不還的借傘者，會給管理者帶來一定的經濟損失。如果能像公共自行車系統一樣，在各建筑群中建立雨傘借用設施，只要刷卡，人們就可以隨時借用雨傘來應付復雜的天氣，到家門口時可以在樓道及時歸還雨傘，那將會是極大的便利。基于上述理念，提出了基于單片機STC89C52的雨傘借用機的設計，小范圍地適用于校園區域，便于學生和老師上下課的使用，通過技術升級，同樣適用于各公共場所、企業和酒店等場所。

2 總體設計方案

根據雨傘借用機的功能，它必須具有刷卡識別功能、信息讀寫功能、鎖傘和解鎖功能、報警功能。因此在硬件設計中需包括電源模塊、刷卡模塊、智能鎖模塊、單片機核心模塊、報警模塊。組成框圖如圖1所示。

圖1 雨傘借用機的總體結構

系統選用STC89C52單片機作為主控制器，選用PN532芯片作為非接觸式讀寫芯片，通過刷卡模塊讀取卡主姓名、卡號、借還車等信息，并利用單片機STC89C52來更改借還信息，控制電機的正反轉來實現借傘還傘功能，對于借傘還傘成功或失敗等行為給以相應的聲音提示。電源模塊主要是為其他模塊提供所需電源電壓，產生12-24V電源以及5V電源。

3 硬件設計

3.1 讀卡模塊

讀卡模塊主要采用PN532芯片，該芯片是NXP公司推出的一款低電壓、體積小、成本低、高度集成的非接觸式讀/寫卡NFC芯片。它包含80C51微控制器內核，集成了13.56MHz下的各種主動/被動式非接觸通信方法和協議，最遠距離可達10cm。支持主機接口：SPI接口、I2C接口、串行UART，具有靈活的中斷模式。

PN532芯片采用40腳的HVQFN封裝。單片機STC89C52通過PN532芯片完成對卡片內存儲器的讀寫，完成卡內借還車信息的實時讀取。PN532復位后通過控制引腳上的邏輯電平識別微控制器指令，PN532芯片收到單片機發送的命令后，根據非接觸式射頻卡協議格式通過天線及其匹配電路向附近發出一組固定頻率的調制信號（13.56 MHz）進行讀寫卡片，有HUS（全雙工串行總線）、I2C（雙線式串行總線）和SPI（串行總線）三種通信方式可供選擇[1]。本系統設計選用STC89C52作為控制芯片,采用SPI通信方式。PN532模塊電路主要由PN532芯片及其匹配天線和總線接口電路組成。

它的功能框圖見圖2和圖3。

圖2 卡操作模式

圖3 讀寫器模式

該模塊主要實現讀取卡主的姓名、卡號、借還傘等信息，當有借還傘狀態時，實時對數據進行更新。

3.2 電子鎖模塊

電子鎖模塊主要通過步進電機的正反轉來控制鎖舌，從而實現電子鎖功能。

在工業控制系統中，通常要控制機械部件的平移和轉動，這些機械部件的驅動大都采用直流電機、交流電機和步進電機。其中，步進電機最適合數字控制。由于電子鎖模塊中需要靠電機轉動一定的角度來開啟機械鎖來取出雨傘或是轉動一定角度來關閉機械鎖達到鎖傘功能，因此在設計中在電機選擇上采用步進電機。當步進電機的驅動器收到一個驅動脈沖信號后，步進電機將會按照設定的方向轉動一個固定的角度，可通過控制脈沖的個數控制角位移量，實現準確角度定位。

設計中采用ULN2803來驅動單極步進電機運行，步進電機勵磁序列通過單片機STC89C52輸出。ULN2803是高電壓大電流達林頓晶體管陣列，該陣列中的8路達林頓晶體管是低邏輯電平數字電路與高電壓大電流設備（如繼電器、電機、燈泡等）接口的理想器件[2]。單片機與步進電機的連接圖見圖4所示。

3.3 報警模塊

模塊主要通過有源電磁蜂鳴器發聲來實現報警功能。當卡片故障或是無效卡時，發出長報警聲，當正常借出或歸還時，發出短聲。單片機I/O引腳輸出的電流較小，輸出的TTL電平驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大電路，這里使用一個三極管C8550來放大驅動蜂鳴器。當單片機的P2.0引腳輸出高電平時，三極管截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發聲；當單片機的P2.0引腳輸出低電平時，三極管導通，蜂鳴器電流形成回路，發出聲音[3]。蜂鳴器的音調不同可通過單片機引腳P2.0輸出頻率不同的信號來實現。報警電路的原理圖如圖5所示。

圖4 單片機與步進電機的連接電路圖

圖5 報警電路圖

4 軟件設計

圖6 主程序流程圖

系統軟件主要完成自助借、還傘等功能，具體流程圖如圖6所示。當系統刷卡機檢測到有卡靠近時，首先判斷這張卡是否為通用的借傘卡，如果是，判斷卡是否處于未借傘狀態，如果是，則開有傘鎖進行借傘扣錢，同時鎖傘檢測無傘則借傘成功。如果判斷卡為已借傘狀態的話，則進入還傘狀態，開無傘鎖，并檢測是否有傘進入，若有則還傘成功，若無則不成功。當借傘超過一定時長，借傘卡會進入鎖死狀態，凍結里面的費用，只有到數據管理中心解鎖才可以繼續使用，數據管理中心負責整個系統借傘卡數據庫的建立、維護和管理[4]。

4.1 步進電機程序設計

單極4相步進電機共有3種勵磁方式：單4拍、雙4拍、8拍。本設計中為了能夠讓電機轉動角度更加精準，采用8拍的勵磁方式，表1是單極4相步進電機8拍的勵磁方式。

表1 步進電機的8拍勵磁方式

根據表1，當步進電機正轉時，勵磁序列為A-＞AB-＞B-＞BC-＞C-＞CD-＞D-＞DA；

當步進電機反轉時，勵磁序列為AD-＞D-＞CD-＞C-＞BC-＞B-＞AB-＞A-。因此可把以上序列放在不同的數組中，正轉數FFW{}={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09}；反轉數組REW{}={0x09，0x08,0x0C,0x04,0x06,0x02, 0x03,0x01}。假定步進電機的步進角為180o，在四相8拍方式下，每拍步進角度為90o，每輸出一遍8字節的勵磁序列數組時，電機共步進720o[2]。在實際設計時就可以根據電子鎖舌的角度需要在程序中進行設置。

4.2 讀寫卡程序設計

讀卡模塊主要是識別卡片、讀取卡片內的數據并對數據進行實時更改等操作。讀寫卡程序的流程圖見圖7所示。

圖7 讀寫卡流程圖

5 總結

本系統在社會和市場上都具有一定的應用前景，它可以解決日常生活中常見的突遇下雨無傘可借的窘境，而且整個系統管理比較簡單，若進一步與校園卡結合，使用起來也會更加方便快捷，也是實現智能化校園的重要環節。

[1]王蓬，曹衛鋒，宋寅卯，等．基于PN532的自助收費式飲水機控制系統設計[J]．物聯網技術，2016(2)：9 7-9 9．

[2]彭偉．單片機.C語言程序設計10 0例-基于8051+Protues仿真第2版[M]．北京：電子工業出版社，2015．

[3]馮博，王麗娜．項目式51單片機技術實踐教程（C語言版）[M]．北京：電子工業出版社，2015．

[4]錢浩，陳建波，黃建寧，等．校園公共雨傘自助借還系統[J]．科技視界，2016(6)：7 9．

The Design of Umbrella Renting Machine Based on SCM STC89C52

Liu Yu Jin Dongdong Bi Mo Jin Zhenzhen
(Taizhou Vocational&Technical College,Taizhou 318000,Zhejiang)

This article introduces the design of umbrella renting machine based on SCM STC89C52 with the bike’s design concept,in order to avoiding the trouble of sudden heavy rain if people forget to bring their umbrellas,providing convenience for teachers and students in school.It also applies to other public facilities.The design uses SCM STC89C52 as controller,PN532 contactless RF card as information acquisition unit.It controls the stepping motor to achieve the opening and closing of the lock.The design is simple,bringing personalized learning and working environment of the campus with certain applications.

The umbrella renting machine；SCM STC89C52；PN532；stepping motor

TP368.12

A

1008-6609(2016)10-0016-03

金珍珍（19 8 2-），女，浙江臺州人，碩士，講師，研究方向為電子電氣教學及應用。

大學生科技創新項目：雨傘借用機的設計與制作，項目編號：2015D K C 18。