基于stm32小区用智能储物柜控制方案

基于 STM32f103 设计智能储物柜（小区用）设计方案策划书编制： 张聪时间：2014/10/10许昌智源科技有限公司目 录一、产品需求分析 .2二、主要配件 .3三、控制方案 .31、控制功能： .3（1）IC 卡/密码用户模式 .3（2）快递存储模式 .4（3）管理员模式 .4（4）设备具备功能 .42、控制板开发流程 .43、硬件电路部分 .71） STM32f103 主控芯片电路（STM32f103ZET6 电路图） .82）IC 卡读卡电路模块（RPD522S） 103）键盘模块（4*4 矩阵键盘） 114）LCD/OLED 液晶显 示电路 115）红外反射式检测模块（RPR220 反射式红外光电传感器模块）.166）通信接口电路 .177）电源稳压电路 .188）电磁锁控制输出电路 .189）布线简明规范 .194、软件部分 .19四、机柜设备配置布局图 .23一、产品需求分析本产品是为了满足小区业主临时存取物品的需求，以及快递员寄存包裹的需求，业主可以无限次存储，存取方便快捷，快递员可以在柜子空箱的情况下存入快递包裹，对于信报可以直接从信报条孔投递。二、主要配件使用场所 小区 备注功能1、IC 卡开锁；2、语音提示；3、数字键盘输入；4、LCD 显示；5、箱内红外自检；6、后备电源（保证断电后工作 6 小时以上） 。控制方式 单片机控制板，上位机管理软件远程监控，IC 卡刷卡。 配件名称 获取方式 成本估算（个） 品牌 备注储物柜箱体 外协加工 1400 元电控锁 外购 25 元*32STM32 主控器 自主开发 500 元金属数字键盘 外购 90 元IC 卡写卡器 外购 80 元IC 卡读卡器 外购 80 元IC 卡 外购 1.5*32蓄电池 外购 50 元合计：2200 元三、控制方案1、控制功能：（1）IC 卡/密码用户模式液晶屏待机显示日期时间，用户点击“业主唤醒”键，通过输入箱号后持 IC 卡在 IC 卡读卡感应区，单片机接收到 IC 卡的序列号信息，与单片机存储区存储信息比对，核实验证正确则打开对应箱门，非法 IC 卡则单片机终端发出报警指令并通过液晶屏显示和语音芯片发出报警；用户点击“业主唤醒”键，通过选择箱号确认后点击“密码打开”按键并输入密码的形式验证信息一致开启箱门，密码错误则显示报警并提示重新输入，密码错误=三次，系统报警并返回主界面；终端系统操作记录上传上位机数据库。 （IC 卡密码存储区是怎样设置的？IC 卡读卡器接收到的是什么信号？传给 stm 主控板的是通过串口还是？）（2）快递存储模式快递员点击“访客唤醒”键，选择箱号，箱号存在并进行内部自检（选用红外检测条），空箱状态则直接点击“打开”按键打开箱门并进行语音提示关闭箱门；快递员也可以在箱内有物品的情况下通过从业主处获取密码打开箱门存物，业主取物后可选择修改密码；终端系统操作记录上传上位机数据库。 （上位机通讯该怎样做比较便捷高效？）（3）管理员模式管理可以通过管理软件登陆界面登陆，远程监控柜子的使用情况，用户卡遗失可以在管理员处办理挂失和补卡。（4）设备具备功能a、卡遗失，可通过键盘输入密码输入验证开启柜门；b、箱内红外自检；c、空箱按存键可以直接开启箱门；d、业主可以在柜子控制板自行修改密码。2、控制板开发流程自主开发智能储物柜控制板分为两部分：硬件电路和软件编程，先进行硬件电路设计，在此基础上进行软件编程，然后调试验证。具体流程如下：（1）根据控制需求确定主控芯片及外围电子元器件的选型；（2）在仿真软件上进行电路设计，然后进行模拟仿真，同时进行分模块编写程序；（3）用万能板搭建硬件电路，下载程序进行模拟验证，同时进行 PCB 电路板设计；（4）PCB 板打样，焊接硬件电路，下载程序调试验证；（5）控制板定型后，批量生产电路板外协焊接加工，程序自己下载。系统架构及组成终端控制流程图得电启动业主唤醒键箱号存在空箱提醒刷卡/密码IC 卡信息密码正确输入箱号打开箱门提醒关门密码正确修改密码输入箱号箱号存在提醒刷卡/原密码密码正确新密码输入重新输入密码一致提醒修改成功上传上位机初始化待机报警错误=3YYYYYYYYYYYNNNNNNNNNNN输入密码密码打开访客唤醒输入箱号箱号存在打开箱门提醒关门打开YNNYYY N3、硬件电路部分控制板硬件电路分为电源转换、ARM7-STM32f103、继电器、IC 卡读写卡器、键盘接口、液晶显示器接口、红外内部检测模块、上位机通讯接口等几个模块。硬件结构电路系统框图如下图所示。STM32f103ARM7存储器LCD 显示报警器键盘读卡器电磁锁上位机传感器1）STM32f103 主控芯片电路（STM32f103ZET6 电路图）STM32 封装图STM32f103ZET6内核是32位的Cortex-M3 CPU，最高72MHZ工作频率。ROM512K，RAM64K，共144引脚，112个多功能双向I/O口可用，所有的IO口可以映射到16个外部中断。具有并行LCD接口，兼容8080/6800模式 。具备11个定时器：多达4个16位定时器，每个定时器有多达 4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道；2个16位6通道高级控制定时器，多达6路PWM输出，带死区控制；2个看门狗定时器(独立的和窗口型的) ；系统时间定时器： 24位自减型计数 ；2个16 位基本定时器用于驱动DAC 。多达13个通信接口 ：多达2个I2 C接口(支持SMBus/PMBus) ，可以实现后期触摸屏的应用升级；多达5 个USART 接口 (支持ISO7816，LIN，IrDA 接口和调制解调控制) ；多达3个SPI接口(18M位/秒)，2 个可复用为I 2S接口 ；CAN接口(2.0B 默认) ；USB 2.0全速接口 ；SDIO 接口 。2）IC 卡读卡电路模块（RPD522S）RPD522S 系列 IC 卡读写模块采用 NXP 公司高集成度读卡芯片 MFRC522 开发而成，具有体积小、可靠性高等特点。产品完全兼容 ISO14443A 标准协议，可支持对 Mifare S50、Mifare1 S70、Mifare UltraLight 等卡片的读写操作。模块内部集成了 ISO14443A 协议，开发人员只需通过通信接口发送简单的命令便可以完成对 IC 卡的读写操作，而无需理解复杂的 IC 卡通信协议。模块采用 UART/TTL 电平，可以直接跟绝大部分 ARM 直接通信。产品照片:技术参数:产品型号 RPD522S工作频率 13.56MHz标 准 ISO14443A支持标签 Mifare one s50 、 s70 、Mifare UltraLight 等读写距离 读写标准 M1 卡片式标签距离可达 8cm，无盲区设计通信接口 Uart 、SPI 、I2C 可选工作电压 3.3V工作电流 待机电流：5mA；工作电流：80mA工作温度 -1070尺 寸 28x15x2.5(mm)操作系统 Microsoft Windows2000/XP/Vista/Win7应用领域一卡通，RFID 消费机，RFID 充值机，公交运输，资产管理，物品追踪，防盗与防伪，门禁考勤，,会议签到，立体仓库，智能停车场，电子票证3）键盘模块（4*4 矩阵键盘）09 键， “确认”键， “删除”键， “业主唤醒”键， “访客唤醒”键， “修改密码”键，“取消”键共 16 个按键。4）LCD/OLED 液晶显示电路LCD 液晶显示模块规格有多种：LCD1602A 液晶屏 20 元/片产 品 描 述产品型号： HTM1602ALCD 类型：字符点阵 外形尺寸： 80.0*36.0mm视域尺寸： 64.5*15.8mm控 制 器： S6A0069可显示白底黑字、白底蓝字、黑底白字、黑底黄字、黑底蓝字、蓝底白字、蓝底黑字、绿底黑字、黄底黑字、橙底黑字、可显示两行，每行十二个字符。利用 I2C 并行口扩展芯片PCF8574，简化了 LCD1602 液晶显示的引脚数目，用户只需操作模块的 I2C 接口（SDASCL）即可实现对模块的显示控制，同时还可以控制模块的背光通断。（HJ12864ZW 带中文字库液晶显示屏）35 元/片LCM 尺寸（长宽厚） 93.070.013.5 可视区域（长宽） 72.040.0 点间距（长宽） 0.520.52 点尺寸（长宽0.480.48 逻辑工作电压（Vdd +5.0V 或+3.3V（出厂时设定+5.0V） LCD 驱动电压（Vdd-V0） +3.0 +5.0V 工作电流（背光除外） 3.0mA(max) HJ12864ZW 是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器与列驱动器组成，可显示128（列） 64 （行）点阵。可完成图形显示，也可显示 84 个（1616 点阵）中文汉字。与外部 CPU 接口可采用串行或并行方式控制。七条控制指令，与 CPU 接口采用 8 位数据总线并口输入输出方式。内置 RAM 为 512 字节(4096 位) 。液晶显示模组(LCM)的 LCD 颜色有黄绿色、蓝色、灰色，可供客户进行选择。液晶显示模块背光颜色有黄绿色、橙色、白色、红色、翠绿色、蓝色，可供客户进行选择。使用与储存温度有：常温(工作温度 0+50 ，储存温度-10 +60 ）；宽温( 工作温度-20+70，储存温度-30+80）；超宽温(工作温度-30+80，储存温度-40+80），可供客户进行选择。模块电压有 5.0V 与 3.3V 可供客户进行选择，需出厂前设置。2.4 寸 37PIN 标准接口高清高亮显示模组（13.8 元/ 片）简介：本产品 MCU 接口，任何单片机均可驱动。驱动 IC：ILI9325/HX8347A/ILI9320/ILI9341 可选玻 璃：CMO分辨率：240 * 320（QVGA)触摸屏: 无7inch Resistive Touch LCD （198 元/片）主要参数类型 TFT接口 LCD：24-bit 并行，触摸面板：4 线电阻屏背光 LED可视区域(mm) 154.08（W）85.92（H）点距(mm) 0.0642（W）0.1790（H）尺寸比例 8：5分辨率 800 X 480 （Pixel）功耗 TBD背光电流 TBD工作温度（） TBDOLED 0.96 寸（38 元/片）标准 IIC 通信 ，本店提供 SPI,IIC 通信 OLED。 IIC 只需 4 个引脚（2 个I/O 口），SPI 只需 6 个引脚（4 个 I/O）。显示效果要比 LCD 细腻清晰。产品特点：无需背光、显示单元能自发光分辨率：128*64可视角度：160支持众多控制芯片：全面兼容 Arduino、51 系列、MSP430 系列、STM32/2、CSR 芯片等超低功耗：全屏点亮时 0.08W，正常全屏显示汉字 0.06W宽电压：支持 3V5V 直流工作温度：-3070模块体积(长宽厚)：27.3MM*27.3MM*4.1MMIO 口占用少：采用 SPI 通信方式驱动芯片：SSD1306无字库：取模软件取字。5）红外反射式检测模块（RPR220 反射式红外光电传感器模块）反射式红外光电传感器模块（PN:QSV-E-00038）是一种利用反射式红外光电传感器制成的在传感器的有效检测距离范围内对被测物体的存在性进行检测的电路装置。其实物图如图一和图二所示。图一、反射式红外光电传感器模块实物图（顶层）图二、反射式红外光电传感器模块实物图（底层）模块由红外光发射接收器、电压变化检测电路、检测灵敏度调节电位器、检测状态指示LED 灯等四个主要部分组成，其工作原理简图如图三所示。图三、反射式红外光电传感器模块工作原理简图模块的工作电压可接DC3.3V 或DC5.5V ，检测结果的输出信号为电压开关量，检测到物体输出“正逻辑0” ，未检测到物体输出“正逻辑1”。模块的最大有效检测距离主要由反射式红外光电传感器特性决定，同时受被测物体的红外反射特性影响很大，亦能通过检测灵敏度调节电位器进行调节。对一般物体的检测应用，有效检测距离常常能达到0.1CM20CM。通常而言，具有光滑表面并且反光特性良好的物体易于检测，有效检测距离相对比较大；透明的物体、具有粗糙表面或反光特性差的物体，检测难度加大，有效检测距离相对比较小。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射同时又能被接收管接收到的范围就能进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号，原理如图 1. 所示。vout反 4射表面 x/mmx 10 图 1 红外发射接收原理 图 2 光强度相应曲线反射光强度的输出信号电压 Vout 是反射面与传感器之间距离 x 的函数，设反射面物质为同种物质时，x 与 Vout 的响应曲线是非线性的，如图 2 所示。设定输出电压达到某一阈值时作为目标，不同的目标距离阈值电压是不同的。6）通信接口电路可选择的通讯接口方式有：2.4G 无线接口，GSM/GPRS 接口，USB 串口，串口以太网接口，红外接收等。所以系统终端和上位机的通讯方式分为 TCP/IP 和 485 联线两种通讯方发 射接收电路式。485 联网控制，就是可以和电脑进行通讯类型，直接使用软件进行管理，包括卡和事件控制。所以有管理方便、控制集中、可以查看记录、对记录进行分析处理以用于其它目的。特点安装维护难道加大，但培训简单，安全性高，性能稳定。适合人多、流动性大、门多的工程。TCP/IP 网络控制，也叫以太网联网控制系统，也是可以通过网络管理的系统，但是通过网络线把电脑和控制器进行联网。除具有 485 联网的全部优点以外，还具有速度更快，安装更简单，联网数量更大，可以跨地域或者跨城联网。但存在设备价格高，需要有电脑网络知识。适合安装在大项目、人数量多、对速度有要求、跨地域的工程中。7）电源稳压电路提供系统运作电源和电锁的执行结构的电源供应。8）电磁锁控制输出电路柜门锁柜门锁（备选）柜门锁（备选）9）布线简明规范读卡器到控制器的线建议采用 8 芯屏蔽双绞线(单芯截面积大于 0.3 平方毫米)，距离不要超过 80 米，数据线建议采用其中一对双绞。电锁到控制器线，建议采用两芯电源线(单芯截面积大于 0.5 平方毫米) 。485 控制器到控制器，以及控制器到电脑布置 2 芯屏蔽线(单芯截面积大于0.3 平方毫米) 。TCP 控制器到交换器