智慧校园中基于校园卡的智能储物柜设计

张容娟

（阳光学院，福建福州，350015）

智慧校园中基于校园卡的智能储物柜设计

张容娟

（阳光学院，福建福州，350015）

储物柜被广泛的应用于高校的图书馆、实验室等场合中。针对传统的储物柜的不足之处，开发了以STM32为控制核心，校园卡为开柜凭据的RFID智能储物柜，具有操作简便，信息化、智能化程度高等特点。

STM32；校园卡；智能储物柜

0 引言

伴随微电子和RFID技术的发展,储物柜有了较大的发展空间。高校图书馆、实验室等场合对储物柜的质量和数量要求慢慢增加。目前绝大多数的储物柜还是条码扫描储物柜或者是投币式储物柜,这两种储物柜不仅操作麻烦而且不安全，同时信息化水平不高，当密码凭条丢失时由于缺乏上位机管理系统，不能及时为用户打开柜门，为管理带来了一系列不便[1]。本设计结合智慧校园中对储物柜的实际需求，鉴于校园内每位师生都有一张非接触式IC卡（校园卡），拟采用“校园卡”作为储物柜的开柜凭据，开发了基于STM32的智能储物柜，同时增加上位机管理部分，能够检测储物柜的实时使用情况，并能自动记录所有存取记录，远程实现开柜等功能。

1 系统整体设计方案

本次设计由硬件部分与软件部分构成。其中STM32F103单片机、MF-RC522读写模块、12864液晶显示模块、柜门模块、串口通信模块、声光模块等构成了系统的硬件部分，对应的主程序、初始化程序、液晶显示程序、MF-RC522读写程序、上位机程序等构成了系统的软件部分。系统整体框图如图1所示。

图1 系统整体框图

2 硬件设计

2.1 最小系统电路

本系统使用的主控芯片为STM32F103ZET6，采用ARM 32位的Cortex M3 CPU内核，最高支持主频72MH,内部有从256K至512K字节的闪存程序存储器和高达64K字节的SRAM，拥有112个快速I/O端口、13个通信接口、和11个定时器[2]。图2为STM32最小系统电路图。

在复位重启电路中，STM32低电平复位，高电平下开始工作，开始最小系统启动的动作和运行方式，该功能由BOOT0和BOOT1两个引脚的电平主导。STM32最小系统的时钟由晶振产生，为单片机和RTC提供两组不同频率的时钟，主时钟需要32.768KHz，RTC通常是8MHz。

2.2 刷卡模块

利用校园中校园卡(一卡通)作为存取包的凭证，完成存包和取包的过程。刷卡模块采用RFID无线射频识别技术。一卡通是射频识别技术的典型应用案例，可完成购物、就餐、借阅书籍等活动，极大的方便了同学们的生活，本课题是基于校园卡一卡通在另外一个新的服务领域的应用，在图书馆、实验室等区域实现物品的寄存。

设计使用非接触式MF-RC522，它是高集成度的非接触式通信读写卡芯片里面的一种，是一种具有价格便宜、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式读写芯片[3]。MF-RC522采取调制和解调的概念，把调制和解调集成到了13.56Mhz下各种非接触式通信方法和协议中。产品完全兼容ISO14443A标准协议，可支持SPI、I2C、UART接口。

MF-RC522工作时是让天线发射一组固定频率的电磁波，当射频卡进入MF-RC522天线的工作范围内，射频卡会获得一个激励信号，让卡片内部产生能量满足工作的需求。单片机通过控制读卡器进行读卡或者是写卡的操作，当单片机完成以上步骤之后，通过串口将射频卡的信息传到上位机，由上位机对射频卡的数据做进一步处理。MF-RC522电路图如图3所示。

图2 STM32最小系统电路图

图3 MF-RC522电路图

图4 12864显示屏电路图

2.3 液晶显示模块

本模块主要用于显示操作步骤信息以及储物柜状态显示，是实现可视化输入输出的重要部分。12864中文显示屏模块是一种能够显示汉字也可完成图形的显示[4]。它的分辨率为128*64，内置8192个16*16点阵的汉字、128个ASCII字符（8*16点阵）以及64*256点阵显示RAM。电路图如图4所示。

2.4 电磁锁模块

电磁锁电路都是使用一个三极管驱动电磁锁工作并且连接了一个电阻来防止电流过大起到了对这个电路的保护作用。电磁锁电路图如下图5所示。

图5 电磁锁电路图

2.5 通信模块

通信模块采用USB转串口模块。CH340G芯片作为双向转换器，能够从STM32接受数据并转化为RS232信息传输到上位机，也能够从上位机接受数据转化为USB数据传输回STM32。

3 软件设计

软件设计使用C和C#分别实现下位机和上位机的程序编程。下位机主要包括液晶显示、射频卡信息读入、单片机与上位机的通信、电磁锁控制输出等几部分，上位机的程序设计主要包括射频卡的注册与注销程序、管理员紧急开柜设计、信息的导出设计等几方面功能。系统程序主流程图如下图6所示。

每个储物柜通过射频读卡器读取校园卡存/取信息，STM32控制器再将信息通过串口传给上位机管理系统。上位机可以对数据以及相关操作信息进行存储，并能根据管理人员需求进行历史记录查询。

图6 系统程序主流程图

4 结论

通过对传统储物柜的不足之处进行研究，系统使用校园卡结合上位机的方式实现了智能储物柜的设计。具有操作简便，安全性高，抗干扰能力强，能够更加好的满足高校对智能储物柜的各种需要。

[1] 唐瑞东.基于射频卡的物联网储物柜系统设计[D].山东大学信息科学与工程学院,2014.

[2] 刘一.基于STM32的嵌入式系统设计[M].北京:中国铁道出版社,2015:10-15.

[3] 孙铎,佟维妍,张佳楠,等.基于MSP430和Zigbee的RFID读写设备[J].电子世界,2015,(16):21-23.

[4] 周震.点阵式液晶显示模块12864T及其应用编程[J].计算机与现代化,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

张容娟（1983-），女,讲师，硕士，研究方向嵌入式应用系统开发。

福建省教育厅中青年教师教育科研项目/科技A类项目（JA14359）。