【基于Zigbee的校园智能储物柜设计5100字（论文）】

基于Zigbee的校园智能储物柜设计目录TOC\o"1-3"\h\u8296前言 1226621系统需求分析 1312142总体设计 271353硬件设计 3146554软件系统设计 6221335测试 7250875.1自组网测试 731535.2功能测试 78285.3上位机监测测试 826310结语 89593参考文献 9摘要：“一卡走遍校园”是当今校园内是非常普遍的现象。在大学校园或各类高校中，不论是在食堂就餐，还是在图书馆借阅图书，都可以直接通过一张卡实现所有功能操作。这种方便模式也可以用以学校内的储物柜存储方面，可以通过一次性的密码操作流程实现收、取、存等等物品功能操作。一卡通模式的校园储物柜在ZigBee技术的基础上加入了RFID技术，并通过AT42QT2160触摸按键、LCD12864液晶屏、MFRC522读卡芯片、STM32F103ZET6主控制芯片、CC2530通讯芯片等等高科技模块的加持，使储物柜实现无人化一卡通管理。一卡通模式的储物柜主要由上位机设计、无线控制终端节点、无线采集终端节点、ZigBee协调器节点这几大功能软件系统，通过操作使物品能够收取，其具体细节还包括维护调控功能、状态检测功能以及显示功能、APP提示功能、查询功能等等。关键词：Zigbee技术；共享；储物柜前言互联网逐渐影响着现代人们的日常工作和生活，为人们带来便利的同时也带来新的挑战。共享单车的出现，打开了共享模式的大门，随后出现的共享房屋、共享充电宝都是当前社会发展的一种体现，共享模式受到越来越多年轻人的喜爱和追捧。当前的大学校园内，智能共享储物柜的出现，方便了在校学生的存储需求。为了便于学校的文档管理，不少高校引进了智能储物柜。学校是人员高度集中的区域，为了方便学生存储物品方便，更加需要加入储物柜。不过当前市场内的储物柜多为机械式和电子式，其安全性和便捷性都有待提高。物联网技术以及共享模式的出现为储物柜发展带来新的机遇。通过ZigBee技术与射频识别技术，可以大幅提升储物柜的性能；智能储物柜的出现，方便了学生的储物操作流程，节省取物时间，也使储物柜的使用率得到了提高。使人机能够进行信息交互是笔者此次设计的主要目的，笔者希望通过分布式模式进行结构控制，并通过集中管理方式使智能储物柜实现智能管理；并通过ZigBee技术与物联网技校完善结合，使物与人、物与物之间能够直接进行信息识别、管理以及感知等等功能，以方便学生的储物需求，使储物柜的功能得到提高。1系统需求分析在整个系统的设计方案中，其需求分析是非常重要的一个部分。应根据使用者的实际需求进行具体的系统分析和设计，使系统的数据要求以及信息管理能够在管理员的操作下实现该有的功能。具体应考虑的需求方案主要有下面两个方面：（1）系统的应用环境分析首行要考虑系统的运行环境以及系统服务的主体环境。各个单位其组织结构并不一样，应当结合应用机构的使用需求进行系统设计。（2）系统的约束条件分析结合实际应用需求，对系统中现存的各种限制条件进行调整和优化，使系统开发投入应用后能得到肯定。笔者本次结合当前校园内已有的电子储物柜实际反馈情况进行系统功能分析，以便使电子储物柜的管理水平得到提高。本次新开创出一种校园卡模式的智能储物柜系统，根据高校学生的实际要求，可实现下列多种功能：①刷卡功能。学生通过申请校园一卡通卡可以直接用来存取物品。在进行存取物品的过程中，只需要通过键盘模块的操作，在取物品时输入设置的密码即可取到自己存的物品。这种方式既方便又安全。②自动检测功能。当学生忘记关门或没有在规定时间内将储物柜的箱门关上时，自动检测功能会发出警报；而且自动检测功能还能识别储物柜内是否有物品，当柜内是空闲状态时，会反馈到系统内。当检测到储物柜的状态异常则会自动上锁，保证物品的安全。若想取出物品需要管理人员进行相关操作即可。③数据存储、处理和查询功能。485是储物柜的总线传播方式，通过该线路将采集到的用户资料传送至监控计算机，进行数据整理。然后将整理后的数据发至人机交互系统中再进行相应指令的操作。④提示功能。该功能可以为用户进行存取操作时提供文字和语音服务。2总体设计上位机管理子系统、无线通信子系统、储物柜控制子系统共同构成了智能储物柜的管理使用系统。该管理使用系统是在ZigBee技术的基础上融入RFID技术设计出来的。下图1即为储物柜系统结构图。图1系统结构框图储物柜的操作指令由储物柜的子系统进行控制，通过子系统能采集储物柜的实时信息，对储物柜发出各种操作指令，并开启或关闭储物柜门等等。子系统会在第一时间将收集到的用户信息传送至主控制芯片中，再经由通讯芯片内进行汇集整理，传送至上位机管理子系统，再将上位机管理子系统的指令传达下去。ZigBee终端节点是连接整个储物柜的桥梁，通过与多个ZigBee协调器节点连接，使无线通信子系统形成ZigBee自组网，使储物柜中所有的系统都能够连接起来进行信息互享。APP提示功能、查询功能、监测功能、处理功能、存储功能、视频监控功能、显示功能以及存取物品功能是一个智能储物柜所有的功能结构。使学生实现无人化智能存储。3

硬件设计小柜模块、通信芯片模块、显示模块、刷卡模块以及主控制模块是智能储物柜的主要硬件设计系统。下图表2是储物柜系统内的各个硬件的主要功能。图2储物柜控制子系统硬件功能图储物柜的子系统控制中心由主控制模块负责，采用STM32F103ZET6芯片，可以发出中断、触发、请求等等各种指令。MFRC522读卡芯片被安装在刷卡模块的系统内，它可以读取校园卡内的用户资料。储物柜的正面安装了键盘操作区域，可能直接进行存取操作，通过AT42QT2160内核芯片，实现对话取物。这种方式方便简单，对用户非常友好。此次储物柜的键盘具有一定的韧性，能抗强冲击力，轻轻一触即可实现存取物品。其尺寸稳定性好，寿命长，重量轻，体积小，非常实用便捷。下图3是本次设计的薄膜键盘图样。图3键盘面板设计图储物柜的信息传输通过通信芯片系统传送到无线网络后台。CC2530芯片被应用到所有节点的无线传输模块内，通过ZigBee协调器将收集到的用户数据和储物柜信息传送至上位机系统。与此同时，上位机会将命令传达给CC2530通讯芯片，以便管理人员进行远程操控。储物柜内的各种信息数据通过小柜内的感应器进行汇总。为了使智能储物柜的现场操作通过一个人的管理就能进行管控，特意设置了人机交互式的电子锁。笔者本次应用的电子锁是HY-J10万用锁。万用锁在柜门关上时，柜门内的锁钩会进将柜门锁上；当柜门接通电源，锁钩会直接再将柜门打开。通过通电瞬间解锁模式使柜门进行打开和锁上的工作操作；万用锁重180克左右，厚在13mm左右，长95mm，宽为56mm；万用锁的使用寿命特别长，线圈的工作次数可达600万次；在万用锁的尾部有黄、白、蓝、黑、红五色引线，分别用来代表万用锁接通和关闭状态。4软件系统设计由上位机设计系统、无线控制终端节点、ZigBee协调器节点、无线采集终端节点四个部分共同构成了智能储物柜系统结构。无线采集终端节点主要负责储物柜系统内的信息获取和采集。在系统内部会有不同的用户芯片，无线采集终端节点会在这些芯片内采集到相应的客户信息和数据资料；通过具体的感应功能得到储物柜的柜门信息和状态信息，还可以提取监控内的视频录像等影像资料。无线通信子系统由无线控制终端节点所构成，ZigBee自组网由ZigBee协调器节点和ZigBee协调器节共同构成，这几个部分采集到的信息都会传送到上位机管理的系统内进行汇总。上位机与无线通信网络共同负责储物柜内子系统通信功能，并在子系统内进行数据交互和整理；储物柜的子系统与无线通信网络使上位机的系统相互连接，从而控制储物柜的操作和信息反馈。储物柜子系统的控制功能通过ZigBee协调器节点进行收集处理，将分析整理的结果传达到上位机管理子系统内进行交换，操作储物柜内的子系统进行储物操作。基于C#技能设计的上位机系统，其主要的程序一共有七个部分，这些模块分别是：应用软件管理模块、视频监控模块、通信模块、储物柜状态监控及调控维护模块、数据模块、刷卡管理模块、系统登录模块。系统登录模块。该模块需要对应的管理人员进行验证密码登录，需要输入个人基本信息和身份资料等，这种方式可以确保用户信息的安全，是保障储物柜系统的首道安全防护环节，对于系统及用户信息的安全非常重要。刷卡管理模块。这个系统是一个门禁管理模块，是由C#语言和RFID技术结合而成的一门组合技术；该技术可以节省用户的时间，直接通过刷卡的方式进行储物操作。数据模块。这个模块是通过数据库软件设计的一个数据管理系统，可以使客户的储物柜数据和个人信息储存在内。该模块能够储存和收集所有的用户信息，使用户在使用时直接通过系统数据进行信息验证，为储物柜的业务操作提供分析和识别的依据。储物柜状态监控及调控维护模块。储物柜能够正常识别语句的功能是根据C#设计而出的，该程序还可以将故障原因反馈给储物柜的管理人员。通信模块。通过ZigBee自组网与上位机系统的结合使通信模块能够实现语句连接，使储物柜能够通过用户手机进行远程操控。视频监控模块。该模块是通过编程可以直接查看视频监控的一个系统。用来保护用户的物品储存安全，管理者可以通过视频回放或查看功能了解存储情况。应用软件管理模块。这个模块主要是管理者用来管理的一个系统，可以对储物柜用户进行系统管理和信息识别。图4软件系统功能图5测试5.1自组网测试ZigBee协调器以串口形式与上位机管理子系统连接起来，其主要功能是可以给其它终端节点进行充电操作。在系统初始化情况下，通过接收指令使各个节点进入工作模式，不再是休眠状态。终端节点一般情况下都会先进行充电操作，通过入网申请成功后，开始收发协调器传达的指令，通过指令传达的命令再反馈给协调器；ZigBee节点和各个入网状态可通过上位机管理子系统进行查询，在内部的通信模块内确定其入网方式，确保ZigBee节点都能正常运行。5.2功能测试

1）存取物品功能：RFID读卡器是用来读取校园卡内的学生信息，通过学生的刷卡操作，显示在LED液晶显示屏上。学生依照信息在键盘上进行操作，以实现取物、存物的需求。APP提醒功能：该功能需要学生下载应用软件进行操作。新用户首次使用需要进行注册认证，认证成功后只需输入账号信息即可进入储物柜操作页面。错误反馈、取物提醒、拿取物品、存储物品以及个人中心是储物柜系统的5个部分。订单信息以及个人信息是个人中心里面的主要内容。学生可以通过手机应用进行远程操控，直接点击存储物品便可使柜门直接打开。系统也会根据用户操作的系统内容进行储物柜状态检测。

2）显示功能：储物柜的存储情况通过LCD显示屏进行显示，前来存储的用户可以直接选择空闲的柜门进行储物。5.3上位机监测测试储物柜的各个节点详细情况可由上位机内的子系统进行查询，并通过摄像头将各个柜门内的储物情况实时传送到系统内部进行存储。作为储物柜的管理者，会通过原始管理人员的身份认证，在原始管理人员的帮助下进行账户注册，设置自己的账号和密码，即可成功登录。维修记录、存取记录、用户反馈、柜门控制、视频监控、小柜检测、个人中心这七个部分共同构成储物柜的管理系统。当储物柜出现异常情况时，管理者可通过小柜检测模块进行故障检测，掌握和了解储物柜各个小柜的存储信息。储物柜的安全方面会由管理人员通过视频监测系统进行实时监控，以便随时掌握储物柜周边情况；柜门控制模块的主要作用是管理人员可以进行远程操控，方便用户存取物品；在用户反馈模块，管理用会定期根据客户的反馈信息进行故障排查和修正。结语“一卡走遍校园”是当前所倡导的储物观念，笔者本次的储物系统设计结构就是依照这种理念进行科学结合设计而出，使储物柜实现共享模式，结合共享经济[6]实现智能储物功能。这种设计十分符合当前社会发展的需求，也满足了在校学生的时尚观和消费观，使快节奏的生活方式得到了有效满足，方便了学生的存取物过程，实现一卡走遍校园的梦想。参考文献：[1]李文闯,杨荣兴,李超凡.共享智能指纹储物柜的研究[J].电子世界,2021(05):35-36.[2]孙荷娟,马荟杰,马运鑫,王绮梦,董浩成.基于ZigBee的校园共享智能储物柜设计[J].电脑知识与技术,2021,17(01):24-26.[3]鲍锦焱,林泽,杨俊榕,林倩,张美丽.大学校园储物柜的创新发展探究[J].创新创业理论研究与实践,2020,3(17):164-165.[4]张世卓.基于微信小程序的智能储物柜控制系统设计[D].大连交通大学,2020.[5]郑力,邢婷婷.应用校园卡的智能储物柜[J].福建电脑,2020,36(05):90-92.[6]谭记锋,柏佳,陈金鹰,马慧,李奕栋.基于互联网的共享智能储物柜系统[J].电子测量技术,2020,43(01):94-98.[7]范卫杰.基于共享经济的智能储物柜APP系统设计[J].电子世界,2019(22):141+144.[8]陈子璇,陈莎莎,胡梦辉,刘越,王清君,柳智恒.基于共享经济的智能储物柜APP系统设计[J].无线互联科技,2019,16(05):149-151+155.[9]徐爱昆,康怡琳,顾珉光,段律,刘科.智慧校园储物柜的多功能控制系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2019,