智慧校園中基于校園卡的智能儲物柜設計

張容娟

（陽光學院，福建福州，350015）

智慧校園中基于校園卡的智能儲物柜設計

張容娟

（陽光學院，福建福州，350015）

儲物柜被廣泛的應用于高校的圖書館、實驗室等場合中。針對傳統的儲物柜的不足之處，開發了以STM32為控制核心，校園卡為開柜憑據的RFID智能儲物柜，具有操作簡便，信息化、智能化程度高等特點。

STM32；校園卡；智能儲物柜

0 引言

伴隨微電子和RFID技術的發展,儲物柜有了較大的發展空間。高校圖書館、實驗室等場合對儲物柜的質量和數量要求慢慢增加。目前絕大多數的儲物柜還是條碼掃描儲物柜或者是投幣式儲物柜,這兩種儲物柜不僅操作麻煩而且不安全，同時信息化水平不高，當密碼憑條丟失時由于缺乏上位機管理系統，不能及時為用戶打開柜門，為管理帶來了一系列不便[1]。本設計結合智慧校園中對儲物柜的實際需求，鑒于校園內每位師生都有一張非接觸式IC卡（校園卡），擬采用“校園卡”作為儲物柜的開柜憑據，開發了基于STM32的智能儲物柜，同時增加上位機管理部分，能夠檢測儲物柜的實時使用情況，并能自動記錄所有存取記錄，遠程實現開柜等功能。

1 系統整體設計方案

本次設計由硬件部分與軟件部分構成。其中STM32F103單片機、MF-RC522讀寫模塊、12864液晶顯示模塊、柜門模塊、串口通信模塊、聲光模塊等構成了系統的硬件部分，對應的主程序、初始化程序、液晶顯示程序、MF-RC522讀寫程序、上位機程序等構成了系統的軟件部分。系統整體框圖如圖1所示。

圖1 系統整體框圖

2 硬件設計

2.1 最小系統電路

本系統使用的主控芯片為STM32F103ZET6，采用ARM 32位的Cortex M3 CPU內核，最高支持主頻72MH,內部有從256K至512K字節的閃存程序存儲器和高達64K字節的SRAM，擁有112個快速I/O端口、13個通信接口、和11個定時器[2]。圖2為STM32最小系統電路圖。

在復位重啟電路中，STM32低電平復位，高電平下開始工作，開始最小系統啟動的動作和運行方式，該功能由BOOT0和BOOT1兩個引腳的電平主導。STM32最小系統的時鐘由晶振產生，為單片機和RTC提供兩組不同頻率的時鐘，主時鐘需要32.768KHz，RTC通常是8MHz。

2.2 刷卡模塊

利用校園中校園卡(一卡通)作為存取包的憑證，完成存包和取包的過程。刷卡模塊采用RFID無線射頻識別技術。一卡通是射頻識別技術的典型應用案例，可完成購物、就餐、借閱書籍等活動，極大的方便了同學們的生活，本課題是基于校園卡一卡通在另外一個新的服務領域的應用，在圖書館、實驗室等區域實現物品的寄存。

設計使用非接觸式MF-RC522，它是高集成度的非接觸式通信讀寫卡芯片里面的一種，是一種具有價格便宜、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式讀寫芯片[3]。MF-RC522采取調制和解調的概念，把調制和解調集成到了13.56Mhz下各種非接觸式通信方法和協議中。產品完全兼容ISO14443A標準協議，可支持SPI、I2C、UART接口。

MF-RC522工作時是讓天線發射一組固定頻率的電磁波，當射頻卡進入MF-RC522天線的工作范圍內，射頻卡會獲得一個激勵信號，讓卡片內部產生能量滿足工作的需求。單片機通過控制讀卡器進行讀卡或者是寫卡的操作，當單片機完成以上步驟之后，通過串口將射頻卡的信息傳到上位機，由上位機對射頻卡的數據做進一步處理。MF-RC522電路圖如圖3所示。

圖2 STM32最小系統電路圖

圖3 MF-RC522電路圖

圖4 12864顯示屏電路圖

2.3 液晶顯示模塊

本模塊主要用于顯示操作步驟信息以及儲物柜狀態顯示，是實現可視化輸入輸出的重要部分。12864中文顯示屏模塊是一種能夠顯示漢字也可完成圖形的顯示[4]。它的分辨率為128*64，內置8192個16*16點陣的漢字、128個ASCII字符（8*16點陣）以及64*256點陣顯示RAM。電路圖如圖4所示。

2.4 電磁鎖模塊

電磁鎖電路都是使用一個三極管驅動電磁鎖工作并且連接了一個電阻來防止電流過大起到了對這個電路的保護作用。電磁鎖電路圖如下圖5所示。

圖5 電磁鎖電路圖

2.5 通信模塊

通信模塊采用USB轉串口模塊。CH340G芯片作為雙向轉換器，能夠從STM32接受數據并轉化為RS232信息傳輸到上位機，也能夠從上位機接受數據轉化為USB數據傳輸回STM32。

3 軟件設計

軟件設計使用C和C#分別實現下位機和上位機的程序編程。下位機主要包括液晶顯示、射頻卡信息讀入、單片機與上位機的通信、電磁鎖控制輸出等幾部分，上位機的程序設計主要包括射頻卡的注冊與注銷程序、管理員緊急開柜設計、信息的導出設計等幾方面功能。系統程序主流程圖如下圖6所示。

每個儲物柜通過射頻讀卡器讀取校園卡存/取信息，STM32控制器再將信息通過串口傳給上位機管理系統。上位機可以對數據以及相關操作信息進行存儲，并能根據管理人員需求進行歷史記錄查詢。

圖6 系統程序主流程圖

4 結論

通過對傳統儲物柜的不足之處進行研究，系統使用校園卡結合上位機的方式實現了智能儲物柜的設計。具有操作簡便，安全性高，抗干擾能力強，能夠更加好的滿足高校對智能儲物柜的各種需要。

[1] 唐瑞東.基于射頻卡的物聯網儲物柜系統設計[D].山東大學信息科學與工程學院,2014.

[2] 劉一.基于STM32的嵌入式系統設計[M].北京:中國鐵道出版社,2015:10-15.

[3] 孫鐸,佟維妍,張佳楠,等.基于MSP430和Zigbee的RFID讀寫設備[J].電子世界,2015,(16):21-23.

[4] 周震.點陣式液晶顯示模塊12864T及其應用編程[J].計算機與現代化,2005,(09):124-126.

Smart Lockers Design Based on Campus Cards in Smart Campus

Zhang Rongjuan
(Sunshine College, Fuzhou Fujian,350015)

Lockers are widely used in university libraries, laboratories and other occasions. In view of the shortcomings of traditional lockers, We design RFID intelligent lockers, which take STM32 as the core of control and campus cards as opening cabinets. They are easy to operate, information-based and intelligent.

STM32; campus card; intelligent locker

張容娟（1983-），女,講師，碩士，研究方向嵌入式應用系統開發。

福建省教育廳中青年教師教育科研項目/科技A類項目（JA14359）。