基于RFID的電子儲(chǔ)物箱設(shè)計(jì)與制作

魏承樸 張 倩 韓 竹

北方工業(yè)大學(xué)

1 引言

近幾年，射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用急劇增長，物聯(lián)網(wǎng)和EPC(產(chǎn)品電子代碼)的概念逐步流行，RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的應(yīng)用更是有無限的可能，隨之而來的是對(duì)RFID 技術(shù)的關(guān)注聚焦。與傳統(tǒng)保險(xiǎn)箱相比，電子儲(chǔ)物箱能更安全地，便捷地存儲(chǔ)人們的物品，利用有限倉儲(chǔ)和物流資源，更高效率地進(jìn)行物流倉儲(chǔ)管理，更保險(xiǎn)地存儲(chǔ)重要商業(yè)機(jī)密等。

2 RFID電子儲(chǔ)物箱系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)為基于RFID的電子儲(chǔ)物箱設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分為系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)和工作流程，硬件選型，以及各個(gè)模塊功能和硬件介紹。此電子儲(chǔ)物箱系統(tǒng)的硬件模塊主要由分為：射頻模塊，微控制器模塊，4*4鍵盤模塊，LCD顯示模塊和電磁鎖及其驅(qū)動(dòng)電路模塊。整個(gè)系統(tǒng)硬件框圖如圖2.1所示。

圖2.1 服務(wù)器端功能框圖

2.2 讀卡器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)選用MFRC 522讀卡器模塊，MFRC522讀寫器模塊兼容Mifare1系列射頻卡，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。Mifare卡和讀寫器的通信必須要滿足一定的規(guī)則，即協(xié)議。Mifare卡的工作流程如下：

1，首先讀寫器發(fā)送射頻信號(hào)來尋找在讀卡器射頻磁場范圍內(nèi)的射頻卡，如果在此范圍內(nèi)有支持的電子標(biāo)簽類型，那么電子標(biāo)簽對(duì)讀寫器做出應(yīng)答。

2，然后進(jìn)行防沖突機(jī)制，讀寫器磁場范圍內(nèi)如果有多個(gè)支持的電子標(biāo)簽，讀寫器會(huì)進(jìn)行防沖突，根據(jù)每張卡的唯一序列號(hào)，選定其中一張卡。

3，選定之后，雙方都需要進(jìn)行三輪的驗(yàn)證，保證彼此都是合法的。射頻卡要保證讀寫器的合法性，讀寫器要保證射頻卡的合法性。

4，驗(yàn)證完成后，讀寫器可以順利地對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀后者寫操作，也可以對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算(加1減一操作)。

3 RFID電子儲(chǔ)物箱系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件部分主要分為以下模塊：初始化模塊、主程序模塊、狀態(tài)機(jī)模塊、鍵盤掃描模塊、溫度顯示和掃描模塊以及顯示模塊。各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，主程序根據(jù)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)的切換實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的切換[1]。

1，初始化模塊主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的初始化操作，整個(gè)系統(tǒng)上單復(fù)位后，先初始化操作，這是一般單片機(jī)系統(tǒng)都要進(jìn)行的，之后執(zhí)行后續(xù)程序。

2，主程序模塊是整個(gè)程序的核心，將各個(gè)模塊整合在一起。

3，狀態(tài)機(jī)模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)之間的切換，主要實(shí)現(xiàn)如下狀態(tài)的轉(zhuǎn)換：密碼門狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和對(duì)應(yīng)顯示的切換，開關(guān)箱狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，復(fù)位操作。

4，鍵盤掃描模塊是采集用戶的輸入，將用戶的按鍵信息送入單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)進(jìn)行判斷實(shí)現(xiàn)開關(guān)門和密碼的管理功能，同時(shí)單片機(jī)按要求進(jìn)行系統(tǒng)的顯示部分。

5，溫度采集和顯示模塊主要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)當(dāng)前的溫度的采集和數(shù)據(jù)處理。

6，顯示模塊主要通過LCD1602顯示屏實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)顯示功能，時(shí)鐘計(jì)時(shí)顯示和用戶輸入狀態(tài)以及溫度顯示。

3.2 射頻模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 射頻讀寫模塊設(shè)計(jì)

讀寫操作主要是根據(jù)指令集來實(shí)現(xiàn)。射頻讀寫模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻卡數(shù)據(jù)的讀取或者寫入。主要分為以下四個(gè)步驟：第一步，尋卡。第二部，防沖撞處理。第三步，選卡。第四步，讀寫卡。讀寫卡之前需要進(jìn)行認(rèn)證。這里主要用到讀卡[2]。

3.2.2 射頻卡授權(quán)管理

在實(shí)際應(yīng)用中，還可以加入上位機(jī)進(jìn)行控制，將讀寫器和上位機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)卡的授權(quán)管理功能。當(dāng)需要增加新的成員或者刪除以往成員時(shí)，可以進(jìn)行添卡和注銷卡操作[3-4]。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)和制作了基于RFID的電子儲(chǔ)物箱，本文完成的工作如下：首先研究了有關(guān)RFID系統(tǒng)的一些基本知識(shí)，介紹了系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理，系統(tǒng)存在的問題。分析了儲(chǔ)物箱和RIFD系統(tǒng)目前的研究現(xiàn)狀：發(fā)展過程、重點(diǎn)應(yīng)用場景、優(yōu)缺點(diǎn)分析、目前的問題。然后分析了系統(tǒng)的需求，確定了RFID電子儲(chǔ)物箱的基本功能，從刷卡或輸入密碼開鎖到管理功能，再到顯示功能。緊接著分別從軟件和硬件分別介紹了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本RFID的電子儲(chǔ)物箱，有著相較于指紋型的儲(chǔ)物箱的優(yōu)勢(shì)，雖然安全性沒有么高，但是成本優(yōu)勢(shì)明顯，識(shí)別準(zhǔn)確率高，非常適合大規(guī)模地進(jìn)行推廣和繼續(xù)研發(fā)。相信RFID技術(shù)以后一定能夠讓我們的生活更智能，更方便。

[1]楊艷，傅強(qiáng).從零開啟大學(xué)生電子設(shè)計(jì)之路[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014

[2]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)(第四版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010。

[3]徐科軍 傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004。

[4]徐愛鈞.STC15增強(qiáng)型8051單片機(jī)C語言編程與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.10，101-168