基于STM32小區(qū)用智能儲物柜控制方案

基于STM32f103設(shè)計智能儲物柜〔小區(qū)用〕設(shè)計方案策劃書張聰時間：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/密碼用戶模式3〔2〕快遞存儲模式4〔3〕管理員模式4〔4〕設(shè)備具備功能42、控制板開發(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〕鍵盤模塊〔4*4矩陣鍵盤〕114〕LCD/OLED液晶顯示電路115〕紅外反射式檢測模塊〔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〕布線簡明標準194、軟件局部19四、機柜設(shè)備配置布局圖23一、產(chǎn)品需求分析本產(chǎn)品是為了滿足小區(qū)業(yè)主臨時存取物品的需求，以及快遞員存放包裹的需求，業(yè)主可以無限次存儲，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，對于信報可以直接從信報條孔投遞。使用場所小區(qū)備注功能IC卡開鎖；語音提示；數(shù)字鍵盤輸入；LCD顯示；箱內(nèi)紅外自檢；后備電源〔保證斷電后工作6小時以上〕。控制方式單片機控制板，上位機管理軟件遠程監(jiān)控，IC卡刷卡。二、主要配件配件名稱獲取方式本錢估算〔個〕品牌備注儲物柜箱體外協(xié)加工1400元電控鎖外購25元*32STM32主控器自主開發(fā)500元金屬數(shù)字鍵盤外購90元IC卡寫卡器外購80元IC卡讀卡器外購80元IC卡外購1.5*32蓄電池外購50元合計：2200元三、控制方案1、控制功能：〔1〕IC卡/密碼用戶模式液晶屏待機顯示日期時間，用戶點擊“業(yè)主喚醒〞鍵，通過輸入箱號后持IC卡在IC卡讀卡感應區(qū)，單片機接收到IC卡的序列號信息，與單片機存儲區(qū)存儲信息比對，核實驗證正確那么翻開對應箱門，非法IC卡那么單片機終端發(fā)出報警指令并通過液晶屏顯示和語音芯片發(fā)出報警；用戶點擊“業(yè)主喚醒〞鍵，通過選擇箱號確認后點擊“密碼翻開〞按鍵并輸入密碼的形式驗證信息一致開啟箱門，密碼錯誤那么顯示報警并提示重新輸入，密碼錯誤>=三次，系統(tǒng)報警并返回主界面；終端系統(tǒng)操作記錄上傳上位機數(shù)據(jù)庫?！睮C卡密碼存儲區(qū)是怎樣設(shè)置的？IC卡讀卡器接收到的是什么信號？傳給stm主控板的是通過串口還是？〕〔2〕快遞存儲模式快遞員點擊“訪客喚醒〞鍵，選擇箱號，箱號存在并進行內(nèi)部自檢〔選用紅外檢測條〕，空箱狀態(tài)那么直接點擊“翻開〞按鍵翻開箱門并進行語音提示關(guān)閉箱門；快遞員也可以在箱內(nèi)有物品的情況下通過從業(yè)主處獲取密碼翻開箱門存物，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數(shù)據(jù)庫?！采衔粰C通訊該怎樣做比擬便捷高效？〕〔3〕管理員模式管理可以通過管理軟件登陸界面登陸，遠程監(jiān)控柜子的使用情況，用戶卡遺失可以在管理員處辦理掛失和補卡?！?〕設(shè)備具備功能a、卡遺失，可通過鍵盤輸入密碼輸入驗證開啟柜門；b、箱內(nèi)紅外自檢；c、空箱按存鍵可以直接開啟箱門；d、業(yè)主可以在柜子控制板自行修改密碼。2、控制板開發(fā)流程自主開發(fā)智能儲物柜控制板分為兩局部：硬件電路和軟件編程，先進行硬件電路設(shè)計，在此根底上進行軟件編程，然后調(diào)試驗證。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〕在仿真軟件上進行電路設(shè)計，然后進行模擬仿真，同時進行分模塊編寫程序；〔3〕用萬能板搭建硬件電路，下載程序進行模擬驗證，同時進行PCB電路板設(shè)計；〔4〕PCB板打樣，焊接硬件電路，下載程序調(diào)試驗證；〔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得電啟動業(yè)主喚醒鍵箱號存在空箱提醒刷卡/密碼IC卡信息密碼正確輸入箱號翻開箱門提醒關(guān)門密碼正確修改密碼輸入箱號箱號存在提醒刷卡/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初始化待機報警錯誤<=3YYYYYYYYYYYNNNNNNNNNNN輸入密碼密碼翻開訪客喚醒輸入箱號箱號存在翻開箱門提醒關(guān)門翻開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卡讀寫卡器、鍵盤接口、液晶顯示器接口、紅外內(nèi)部檢測模塊、上位機通訊接口等幾個模塊。硬件結(jié)構(gòu)電路系統(tǒng)框圖如下列圖所示。STMSTM32f103ARM7存儲器LCD顯示報警器鍵盤讀卡器電磁鎖上位機傳感器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個多功能雙向I/O口可用，所有的IO口可以映射到16個外部中斷。具有并行LCD接口，兼容8080/6800模式。具備11個定時器：多達4個16位定時器，每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比擬/PWM或脈沖計數(shù)的通道；2個16位6通道高級控制定時器，多達6路PWM輸出，帶死區(qū)控制；2個看門狗定時器(獨立的和窗口型的)；系統(tǒng)時間定時器：24位自減型計數(shù)；2個16位根本定時器用于驅(qū)動DAC。多達13個通信接口：多達2個I2C接口(支持SMBus/PMBus)，可以實現(xiàn)后期觸摸屏的應用升級；多達5個USART接口(支持ISO7816，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制)；多達3個SPI接口(18M位/秒)，2個可復用為I2S接口；CAN接口(2.0B默認)；USB2.0全速接口；SDIO2〕IC卡讀卡電路模塊〔RPD522S〕RPD522S系列IC卡讀寫模塊采用NXP公司高集成度讀卡芯片MFRC522開發(fā)而成，具有體積小、可靠性高等特點。產(chǎn)品完全兼容ISO14443A標準協(xié)議，可支持對MifareS50、Mifare1S70、MifareUltraLight等卡片的讀寫操作。模塊內(nèi)部集成了ISO14443A協(xié)議，開發(fā)人員只需通過通信接口發(fā)送簡單的命令便可以完成對IC卡的讀寫操作，而無需理解復雜的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RPD522S工作頻率13.56MHz標準ISO14443A支持標簽Mifareones50、s70、MifareUltraLight等讀寫距離讀寫標準M1卡片式標簽距離可達8cm，無盲區(qū)設(shè)計通信接口Uart、SPI、I2C可選工作電壓3.3V工作電流待機電流：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應用領(lǐng)域一卡通，RFID消費機，RFID充值機，公交運輸，資產(chǎn)管理，物品追蹤，防盜與防偽，門禁考勤，,會議簽到，立體倉庫，智能停車場，電子票證3〕鍵盤模塊〔4*4矩陣鍵盤〕0~9鍵，“確認〞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：HTM1602ALCD類型：字符點陣

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、白底藍字、黑底白字、黑底黃字、黑底藍字、藍底白字、藍底黑字、綠底黑字、黃底黑字、橙底黑字、可顯示兩行，每行十二個字符。利用I2C并行口擴展芯片PCF8574，簡化了LCD1602液晶顯示的引腳數(shù)目，用戶只需操作模塊的I2C接口〔SDA\SCL〕即可實現(xiàn)對模塊的顯示控制，同時還可以控制模塊的背光通斷。②〔HJ12864ZW帶中文字庫液晶顯示屏〕35元/片LCM尺寸〔長×寬×厚〕93.0×70.0×13.5可視區(qū)域〔長×寬〕72.0×40.0點間距〔長×寬〕0.52×0.52點尺寸〔長×寬0.48×0.48邏輯工作電壓〔Vdd+5.0V或+3.3V〔出廠時設(shè)定+5.0V〕LCD驅(qū)動電壓〔Vdd-V0〕+3.0

~

+5.0V

工作電流〔背光除外〕3.0mA(max)

HJ12864ZW是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動器與列驅(qū)動器組成，可顯示128〔列〕×64〔行〕點陣?？赏瓿蓤D形顯示，也可顯示8×4個〔16×16點陣〕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、藍色、灰色，可供客戶進行選擇。液晶顯示模塊背光顏色有黃綠色、橙色、白色、紅色、翠綠色、藍色，可供客戶進行選擇。使用與儲存溫度有：常溫(工作溫度0～+50℃，儲存溫度-10～+60℃〕；寬溫(工作溫度-20～+70℃，儲存溫度-30～+80℃〕；超寬溫(工作溫度-30～+模塊電壓有5.0V與3.3V可供客戶進行選擇，需出廠前設(shè)置。③2.4寸37PIN標準接口高清高亮顯示模組〔13.8元/片〕簡介：本產(chǎn)品MCU接口，任何單片機均可驅(qū)動。驅(qū)動IC：ILI9325/HX8347A/ILI9320/ILI9341可選玻璃：CMO分辨率：240*320〔QVGA)觸摸屏:無④7inchResistiveTouchLCD〔198元/片〕主要參數(shù)類型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〕標準IIC通信，本店提供SPI,IIC通信OLED。IIC只需4個引腳〔2個I/O口〕，SPI只需6個引腳〔4個I/O〕。顯示效果要比LCD細膩清晰。產(chǎn)品特點：?無需背光、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：全屏點亮時0.08W，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(長寬厚)：27.3MM*27.3MM*4.1MM?IO口占用少：采用SPI通信方式?驅(qū)動芯片：SSD1306?無字庫：取模軟件取字。5〕紅外反射式檢測模塊〔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距離范圍內(nèi)對被測物體的存在性進行檢測的電路裝置。其實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物圖〔頂層〕圖二、反射式紅外光電傳感器模塊實物圖〔底層〕模塊由紅外光發(fā)射接收器、電壓變化檢測電路、檢測靈敏度調(diào)節(jié)電位器、檢測狀態(tài)指示LED燈等四個主要局部組成，其工作原理簡圖如圖三所示。圖三、反射式紅外光電傳感器模塊工作原理簡圖模塊的工作電壓可接DC3.3V或DC5.5V，檢測結(jié)果的輸出信號為電壓開關(guān)量，檢測到物體輸出“正邏輯0〞，未檢測到物體輸出“正邏輯1〞。模塊的最大有效檢測距離主要由反射式紅外光電傳感器特性決定，同時受被測物體的紅外反射特性影響很大，亦能通過檢測靈敏度調(diào)節(jié)電位器進行調(diào)節(jié)。對一般物體的檢測應用，有效檢測距離常常能到達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，有效檢測距離相比照擬大；透明的物體、具有粗糙外表或反光特性差的物體，檢測難度加大，有效檢測距離相比照擬小。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射外表可受到光源照射同時又能被接收管接收到的范圍就能進行檢測，然而這是一種理想的結(jié)果。因為光的反射受到多種因素的影響，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)射和接收管進行測量將因為干擾產(chǎn)生錯誤信號，采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。紅外反射光強法的測量原理是將發(fā)射信號經(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，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光強度相應曲線反射光強度的輸出信號電壓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，x與Vout的響應曲線是非線性的，如圖2所示。設(shè)定輸出電壓到達某一閾值時作為目標，不同的目標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)終端和上位機的通訊方式分為TCP/IP和485聯(lián)線兩種通訊方式。①485聯(lián)網(wǎng)控制，就是可以和電腦進行通訊類型，直接使用軟件進行管理，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、對記錄進行分析處理以用于其它目的。特點安裝維護難道加大，但培訓簡單，平安性高，性能穩(wěn)定。適合人多、流動性大、門多的工程。②TCP/IP網(wǎng)絡(luò)控制，也叫以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，也是可以通過網(wǎng)絡(luò)管理的系統(tǒng)，但是通過網(wǎng)絡(luò)線把電腦和控制器進行聯(lián)網(wǎng)。除具有485聯(lián)網(wǎng)的全部優(yōu)點以外，還具有速度更快，安裝更簡單，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)備價格高，需要有電腦網(wǎng)絡(luò)知識。適合安裝在大工程、人數(shù)量多、對速度有要求、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鎖１柜門鎖２〔備選〕柜門鎖３〔備選〕9〕布線簡明標準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80米，數(shù)據(jù)線建議采用其中一對雙絞。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