基于STM32小區(qū)用智能儲(chǔ)物柜控制方案

基于STM32f103設(shè)計(jì)智能儲(chǔ)物柜〔小區(qū)用〕設(shè)計(jì)方案策劃書(shū)張聰時(shí)間：2014/10/許昌智源科技目錄一、產(chǎn)品需求分析2二、主要配件3三、控制方案31、控制功能：3〔1〕IC卡/密碼用戶(hù)模式3〔2〕快遞存儲(chǔ)模式4〔3〕管理員模式4〔4〕設(shè)備具備功能42、控制板開(kāi)發(fā)流程43、硬件電路局部71〕STM32f103主控芯片電路〔STM32f103ZET6電路圖〕82〕IC卡讀卡電路模塊〔RPD522S〕103〕鍵盤(pán)模塊〔4*4矩陣鍵盤(pán)〕114〕LCD/OLED液晶顯示電路115〕紅外反射式檢測(cè)模塊〔RPR220反射式紅外光電傳感器模塊〕166〕通信接口電路177〕電源穩(wěn)壓電路188〕電磁鎖控制輸出電路189〕布線簡(jiǎn)明標(biāo)準(zhǔn)194、軟件局部19四、機(jī)柜設(shè)備配置布局圖23一、產(chǎn)品需求分析本產(chǎn)品是為了滿(mǎn)足小區(qū)業(yè)主臨時(shí)存取物品的需求，以及快遞員存放包裹的需求，業(yè)主可以無(wú)限次存儲(chǔ)，存取方便快捷，快遞員可以在柜子空箱的情況下存入快遞包裹，對(duì)于信報(bào)可以直接從信報(bào)條孔投遞。使用場(chǎng)所小區(qū)備注功能IC卡開(kāi)鎖；語(yǔ)音提示；數(shù)字鍵盤(pán)輸入；LCD顯示；箱內(nèi)紅外自檢；后備電源〔保證斷電后工作6小時(shí)以上〕?？刂品绞絾纹瑱C(jī)控制板，上位機(jī)管理軟件遠(yuǎn)程監(jiān)控，IC卡刷卡。二、主要配件配件名稱(chēng)獲取方式本錢(qián)估算〔個(gè)〕品牌備注儲(chǔ)物柜箱體外協(xié)加工1400元電控鎖外購(gòu)25元*32STM32主控器自主開(kāi)發(fā)500元金屬數(shù)字鍵盤(pán)外購(gòu)90元IC卡寫(xiě)卡器外購(gòu)80元IC卡讀卡器外購(gòu)80元IC卡外購(gòu)1.5*32蓄電池外購(gòu)50元合計(jì)：2200元三、控制方案1、控制功能：〔1〕IC卡/密碼用戶(hù)模式液晶屏待機(jī)顯示日期時(shí)間，用戶(hù)點(diǎn)擊“業(yè)主喚醒〞鍵，通過(guò)輸入箱號(hào)后持IC卡在IC卡讀卡感應(yīng)區(qū)，單片機(jī)接收到IC卡的序列號(hào)信息，與單片機(jī)存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)信息比對(duì)，核實(shí)驗(yàn)證正確那么翻開(kāi)對(duì)應(yīng)箱門(mén)，非法IC卡那么單片機(jī)終端發(fā)出報(bào)警指令并通過(guò)液晶屏顯示和語(yǔ)音芯片發(fā)出報(bào)警；用戶(hù)點(diǎn)擊“業(yè)主喚醒〞鍵，通過(guò)選擇箱號(hào)確認(rèn)后點(diǎn)擊“密碼翻開(kāi)〞按鍵并輸入密碼的形式驗(yàn)證信息一致開(kāi)啟箱門(mén)，密碼錯(cuò)誤那么顯示報(bào)警并提示重新輸入，密碼錯(cuò)誤>=三次，系統(tǒng)報(bào)警并返回主界面；終端系統(tǒng)操作記錄上傳上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)?！睮C卡密碼存儲(chǔ)區(qū)是怎樣設(shè)置的？IC卡讀卡器接收到的是什么信號(hào)？傳給stm主控板的是通過(guò)串口還是？〕〔2〕快遞存儲(chǔ)模式快遞員點(diǎn)擊“訪客喚醒〞鍵，選擇箱號(hào)，箱號(hào)存在并進(jìn)行內(nèi)部自檢〔選用紅外檢測(cè)條〕，空箱狀態(tài)那么直接點(diǎn)擊“翻開(kāi)〞按鍵翻開(kāi)箱門(mén)并進(jìn)行語(yǔ)音提示關(guān)閉箱門(mén)；快遞員也可以在箱內(nèi)有物品的情況下通過(guò)從業(yè)主處獲取密碼翻開(kāi)箱門(mén)存物，業(yè)主取物后可選擇修改密碼；終端系統(tǒng)操作記錄上傳上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)?！采衔粰C(jī)通訊該怎樣做比擬便捷高效？〕〔3〕管理員模式管理可以通過(guò)管理軟件登陸界面登陸，遠(yuǎn)程監(jiān)控柜子的使用情況，用戶(hù)卡遺失可以在管理員處辦理掛失和補(bǔ)卡?！?〕設(shè)備具備功能a、卡遺失，可通過(guò)鍵盤(pán)輸入密碼輸入驗(yàn)證開(kāi)啟柜門(mén)；b、箱內(nèi)紅外自檢；c、空箱按存鍵可以直接開(kāi)啟箱門(mén)；d、業(yè)主可以在柜子控制板自行修改密碼。2、控制板開(kāi)發(fā)流程自主開(kāi)發(fā)智能儲(chǔ)物柜控制板分為兩局部：硬件電路和軟件編程，先進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，在此根底上進(jìn)行軟件編程，然后調(diào)試驗(yàn)證。具體流程如下：〔1〕根據(jù)控制需求確定主控芯片及外圍電子元器件的選型；〔2〕在仿真軟件上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行模擬仿真，同時(shí)進(jìn)行分模塊編寫(xiě)程序；〔3〕用萬(wàn)能板搭建硬件電路，下載程序進(jìn)行模擬驗(yàn)證，同時(shí)進(jìn)行PCB電路板設(shè)計(jì)；〔4〕PCB板打樣，焊接硬件電路，下載程序調(diào)試驗(yàn)證；〔5〕控制板定型后，批量生產(chǎn)電路板外協(xié)焊接加工，程序自己下載。系統(tǒng)架構(gòu)及組成終端控制流程圖得電啟動(dòng)得電啟動(dòng)業(yè)主喚醒鍵箱號(hào)存在空箱提醒刷卡/密碼IC卡信息密碼正確輸入箱號(hào)翻開(kāi)箱門(mén)提醒關(guān)門(mén)密碼正確修改密碼輸入箱號(hào)箱號(hào)存在提醒刷卡/原密碼密碼正確新密碼輸入重新輸入密碼一致提醒修改成功上傳上位機(jī)初始化待機(jī)報(bào)警錯(cuò)誤<=3YYYYYYYYYYYNNNNNNNNNNN輸入密碼密碼翻開(kāi)訪客喚醒輸入箱號(hào)箱號(hào)存在翻開(kāi)箱門(mén)提醒關(guān)門(mén)翻開(kāi)YNNYYYN3、硬件電路局部控制板硬件電路分為電源轉(zhuǎn)換、ARM7-STM32f103、繼電器、IC卡讀寫(xiě)卡器、鍵盤(pán)接口、液晶顯示器接口、紅外內(nèi)部檢測(cè)模塊、上位機(jī)通訊接口等幾個(gè)模塊。硬件結(jié)構(gòu)電路系統(tǒng)框圖如下列圖所示。STMSTM32f103ARM7存儲(chǔ)器LCD顯示報(bào)警器鍵盤(pán)讀卡器電磁鎖上位機(jī)傳感器STM32f103主控芯片電路〔STM32f103ZET6電路圖〕STM32封裝圖STM32f103ZET6內(nèi)核是32位的Cortex-M3CPU，最高72MHZ工作頻率。ROM512K，RAM64K，共144引腳，112個(gè)多功能雙向I/O口可用，所有的IO口可以映射到16個(gè)外部中斷。具有并行LCD接口，兼容8080/6800模式。具備11個(gè)定時(shí)器：多達(dá)4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比擬/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道；2個(gè)16位6通道高級(jí)控制定時(shí)器，多達(dá)6路PWM輸出，帶死區(qū)控制；2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器(獨(dú)立的和窗口型的)；系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24位自減型計(jì)數(shù)；2個(gè)16位根本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。多達(dá)13個(gè)通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C接口(支持SMBus/PMBus)，可以實(shí)現(xiàn)后期觸摸屏的應(yīng)用升級(jí)；多達(dá)5個(gè)USART接口(支持ISO7816，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制)；多達(dá)3個(gè)SPI接口(18M位/秒)，2個(gè)可復(fù)用為I2S接口；CAN接口(2.0B默認(rèn))；USB2.0全速接口；SDIO2〕IC卡讀卡電路模塊〔RPD522S〕RPD522S系列IC卡讀寫(xiě)模塊采用NXP公司高集成度讀卡芯片MFRC522開(kāi)發(fā)而成，具有體積小、可靠性高等特點(diǎn)。產(chǎn)品完全兼容ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可支持對(duì)MifareS50、Mifare1S70、MifareUltraLight等卡片的讀寫(xiě)操作。模塊內(nèi)部集成了ISO14443A協(xié)議，開(kāi)發(fā)人員只需通過(guò)通信接口發(fā)送簡(jiǎn)單的命令便可以完成對(duì)IC卡的讀寫(xiě)操作，而無(wú)需理解復(fù)雜的IC卡通信協(xié)議。模塊采用UART/TTL電平，可以直接跟絕大局部ARM直接通信。產(chǎn)品照片:技術(shù)參數(shù):產(chǎn)品型號(hào)RPD522S工作頻率13.56MHz標(biāo)準(zhǔn)ISO14443A支持標(biāo)簽Mifareones50、s70、MifareUltraLight等讀寫(xiě)距離讀寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)M1卡片式標(biāo)簽距離可達(dá)8cm，無(wú)盲區(qū)設(shè)計(jì)通信接口Uart、SPI、I2C可選工作電壓3.3V工作電流待機(jī)電流：5mA；工作電流：80mA工作溫度-10℃～70℃尺寸28x15x2.5(mm)操作系統(tǒng)MicrosoftWindows2000/XP/Vista/Win7應(yīng)用領(lǐng)域一卡通，RFID消費(fèi)機(jī)，RFID充值機(jī)，公交運(yùn)輸，資產(chǎn)管理，物品追蹤，防盜與防偽，門(mén)禁考勤，,會(huì)議簽到，立體倉(cāng)庫(kù)，智能停車(chē)場(chǎng)，電子票證3〕鍵盤(pán)模塊〔4*4矩陣鍵盤(pán)〕0~9鍵，“確認(rèn)〞鍵，“刪除〞鍵，“業(yè)主喚醒〞鍵，“訪客喚醒〞鍵，“修改密碼〞鍵，“取消〞鍵共16個(gè)按鍵。4〕LCD/OLED液晶顯示電路LCD液晶顯示模塊規(guī)格有多種：①LCD1602A液晶屏產(chǎn)品描述產(chǎn)品型號(hào)：HTM1602ALCD類(lèi)型：字符點(diǎn)陣

外形尺寸：80.0*36.0mm視域尺寸：64.5*15.8mm控制器：S6A0069可顯示白底黑字、白底藍(lán)字、黑底白字、黑底黃字、黑底藍(lán)字、藍(lán)底白字、藍(lán)底黑字、綠底黑字、黃底黑字、橙底黑字、可顯示兩行，每行十二個(gè)字符。利用I2C并行口擴(kuò)展芯片PCF8574，簡(jiǎn)化了LCD1602液晶顯示的引腳數(shù)目，用戶(hù)只需操作模塊的I2C接口〔SDA\SCL〕即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的顯示控制，同時(shí)還可以控制模塊的背光通斷。②〔HJ12864ZW帶中文字庫(kù)液晶顯示屏〕35元/片LCM尺寸〔長(zhǎng)×寬×厚〕93.0×70.0×13.5可視區(qū)域〔長(zhǎng)×寬〕72.0×40.0點(diǎn)間距〔長(zhǎng)×寬〕0.52×0.52點(diǎn)尺寸〔長(zhǎng)×寬0.48×0.48邏輯工作電壓〔Vdd+5.0V或+3.3V〔出廠時(shí)設(shè)定+5.0V〕LCD驅(qū)動(dòng)電壓〔Vdd-V0〕+3.0

~

+5.0V

工作電流〔背光除外〕3.0mA(max)

HJ12864ZW是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器與列驅(qū)動(dòng)器組成，可顯示128〔列〕×64〔行〕點(diǎn)陣?？赏瓿蓤D形顯示，也可顯示8×4個(gè)〔16×16點(diǎn)陣〕中文漢字。與外部CPU接口可采用串行或并行方式控制。七條控制指令，與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并口輸入輸出方式。內(nèi)置RAM為512字節(jié)(4096位)。液晶顯示模組(LCM)的LCD顏色有黃綠色、藍(lán)色、灰色，可供客戶(hù)進(jìn)行選擇。液晶顯示模塊背光顏色有黃綠色、橙色、白色、紅色、翠綠色、藍(lán)色，可供客戶(hù)進(jìn)行選擇。使用與儲(chǔ)存溫度有：常溫(工作溫度0～+50℃，儲(chǔ)存溫度-10～+60℃〕；寬溫(工作溫度-20～+70℃，儲(chǔ)存溫度-30～+80℃〕；超寬溫(工作溫度-30～+模塊電壓有5.0V與3.3V可供客戶(hù)進(jìn)行選擇，需出廠前設(shè)置。③2.4寸37PIN標(biāo)準(zhǔn)接口高清高亮顯示模組〔13.8元/片〕簡(jiǎn)介：本產(chǎn)品MCU接口，任何單片機(jī)均可驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)IC：ILI9325/HX8347A/ILI9320/ILI9341可選玻璃：CMO分辨率：240*320〔QVGA)觸摸屏:無(wú)④7inchResistiveTouchLCD〔198元/片〕主要參數(shù)類(lèi)型TFT接口LCD：24-bit并行，觸摸面板：4線電阻屏背光LED可視區(qū)域(mm)154.08〔W〕×85.92〔H〕點(diǎn)距(mm)0.0642〔W〕×0.1790〔H〕尺寸比例8：5分辨率800X480〔Pixel〕功耗TBD背光電流TBD工作溫度〔℃〕TBD⑤OLED0.96寸〔38元/片〕標(biāo)準(zhǔn)IIC通信，本店提供SPI,IIC通信OLED。IIC只需4個(gè)引腳〔2個(gè)I/O口〕，SPI只需6個(gè)引腳〔4個(gè)I/O〕。顯示效果要比LCD細(xì)膩清晰。產(chǎn)品特點(diǎn)：?無(wú)需背光、顯示單元能自發(fā)光?分辨率：128*64?可視角度：160°?支持眾多控制芯片：全面兼容Arduino、51系列、MSP430系列、STM32/2、CSR芯片等?超低功耗：全屏點(diǎn)亮?xí)r0.08W，正常全屏顯示漢字0.06W?寬電壓：支持3V～5V直流?工作溫度：-30℃~?模塊體積(長(zhǎng)寬厚)：27.3MM*27.3MM*4.1MM?IO口占用少：采用SPI通信方式?驅(qū)動(dòng)芯片：SSD1306?無(wú)字庫(kù)：取模軟件取字。5〕紅外反射式檢測(cè)模塊〔RPR220反射式紅外光電傳感器模塊〕反射式紅外光電傳感器模塊〔PN:QSV-E-00038〕是一種利用反射式紅外光電傳感器制成的在傳感器的有效檢測(cè)距離范圍內(nèi)對(duì)被測(cè)物體的存在性進(jìn)行檢測(cè)的電路裝置。其實(shí)物圖如圖一和圖二所示。圖一、反射式紅外光電傳感器模塊實(shí)物圖〔頂層〕圖二、反射式紅外光電傳感器模塊實(shí)物圖〔底層〕模塊由紅外光發(fā)射接收器、電壓變化檢測(cè)電路、檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)電位器、檢測(cè)狀態(tài)指示LED燈等四個(gè)主要局部組成，其工作原理簡(jiǎn)圖如圖三所示。圖三、反射式紅外光電傳感器模塊工作原理簡(jiǎn)圖模塊的工作電壓可接DC3.3V或DC5.5V，檢測(cè)結(jié)果的輸出信號(hào)為電壓開(kāi)關(guān)量，檢測(cè)到物體輸出“正邏輯0〞，未檢測(cè)到物體輸出“正邏輯1〞。模塊的最大有效檢測(cè)距離主要由反射式紅外光電傳感器特性決定，同時(shí)受被測(cè)物體的紅外反射特性影響很大，亦能通過(guò)檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)一般物體的檢測(cè)應(yīng)用，有效檢測(cè)距離常常能到達(dá)0.1CM~20CM。通常而言，具有光滑外表并且反光特性良好的物體易于檢測(cè)，有效檢測(cè)距離相比照擬大；透明的物體、具有粗糙外表或反光特性差的物體，檢測(cè)難度加大，有效檢測(cè)距離相比照擬小。理論上光電傳感器只要位于被測(cè)區(qū)域反射外表可受到光源照射同時(shí)又能被接收管接收到的范圍就能進(jìn)行檢測(cè)，然而這是一種理想的結(jié)果。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N因素的影響，如反射外表的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)，采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強(qiáng)法的測(cè)量原理是將發(fā)射信號(hào)經(jīng)調(diào)制后送紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號(hào)，原理如圖1.所示。vout發(fā)射反4發(fā)射射接收電路表接收電路面x/mmx10圖1紅外發(fā)射接收原理圖2光強(qiáng)度相應(yīng)曲線反射光強(qiáng)度的輸出信號(hào)電壓Vout是反射面與傳感器之間距離x的函數(shù)，設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時(shí)，x與Vout的響應(yīng)曲線是非線性的，如圖2所示。設(shè)定輸出電壓到達(dá)某一閾值時(shí)作為目標(biāo)，不同的目標(biāo)距離閾值電壓是不同的。6〕通信接口電路可選擇的通訊接口方式有：2.4G無(wú)線接口，GSM/GPRS接口，USB串口，串口以太網(wǎng)接口，紅外接收等。所以系統(tǒng)終端和上位機(jī)的通訊方式分為T(mén)CP/IP和485聯(lián)線兩種通訊方式。①485聯(lián)網(wǎng)控制，就是可以和電腦進(jìn)行通訊類(lèi)型，直接使用軟件進(jìn)行管理，包括卡和事件控制。所以有管理方便、控制集中、可以查看記錄、對(duì)記錄進(jìn)行分析處理以用于其它目的。特點(diǎn)安裝維護(hù)難道加大，但培訓(xùn)簡(jiǎn)單，平安性高，性能穩(wěn)定。適合人多、流動(dòng)性大、門(mén)多的工程。②TCP/IP網(wǎng)絡(luò)控制，也叫以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，也是可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理的系統(tǒng)，但是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線把電腦和控制器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。除具有485聯(lián)網(wǎng)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)以外，還具有速度更快，安裝更簡(jiǎn)單，聯(lián)網(wǎng)數(shù)量更大，可以跨地域或者跨城聯(lián)網(wǎng)。但存在設(shè)備價(jià)格高，需要有電腦網(wǎng)絡(luò)知識(shí)。適合安裝在大工程、人數(shù)量多、對(duì)速度有要求、跨地域的工程中。7〕電源穩(wěn)壓電路提供系統(tǒng)運(yùn)作電源和電鎖的執(zhí)行結(jié)構(gòu)的電源供給。8〕電磁鎖控制輸出電路柜門(mén)鎖１柜門(mén)鎖２〔備選〕柜門(mén)鎖３〔備選〕9〕布線簡(jiǎn)明標(biāo)準(zhǔn)讀卡器到控制器的線建議采用8芯屏蔽雙絞線(單芯截面積大于0.3平方毫米)，距離不要超過(guò)80米，數(shù)據(jù)線建議采用其中一對(duì)雙絞。電鎖到控制器線，建議采用兩芯電源線(單芯截面積大于0.5平方毫米)。485控制器到控制器，以及控制器到電腦布置2芯屏蔽線(單芯截面積大于