基于RFID的智能電子柜

邢子正+陳志遠+張旭東+張夢惠+柏召

摘 要：設(shè)備管理的信息化和智能管理化是現(xiàn)代設(shè)備科學(xué)管理的重要方向之一。近年來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，為基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備管理系統(tǒng)的實施和發(fā)展提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)[1]。但在當(dāng)前高校以及科研單位中，小型儀器儀表的使用管理基本還處于人工管理狀態(tài)，儀器儀表的借用和歸還主要靠人工記錄。基于以上問題分析，文章設(shè)計出一種基于RFID的智能電子柜的操作管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：STM32；RFID；電子柜；儀器管理

1 概述

智能電子柜結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)理念，針對實驗室設(shè)備管理和運行管理需求，提供了一套全新的解決方案，可以應(yīng)用于教學(xué)實驗室，開放實驗室，公司倉庫，超市等具體場合。針對儀器設(shè)備精確管理的電子柜設(shè)計，可以有效的解決目前小型儀器設(shè)備難以管理的問題，很有新意。

2 項目設(shè)計方案

本設(shè)計主要由RFID模塊、主控STM32F103模塊、WIFI模塊組成。通過RFID模塊識別相應(yīng)物品里的電子標(biāo)簽來獲取設(shè)備詳細信息，當(dāng)用戶刷卡或者通過客戶端打開柜門取出設(shè)備后，可以通過RFID模塊統(tǒng)計設(shè)備的詳細信息（設(shè)備的取走用戶、設(shè)備的取走的時間、設(shè)備的名稱），經(jīng)過主控模塊STM32F103的數(shù)據(jù)處理后，并通過WIFI模塊傳輸各種數(shù)據(jù)信息，將其上傳至學(xué)校或企業(yè)的數(shù)據(jù)庫。同時，數(shù)據(jù)庫不僅可以記錄并跟蹤設(shè)備的使用情況，還能將設(shè)備數(shù)據(jù)信息及開門取設(shè)備信息發(fā)送給STM32F103主控模塊，并通過主控模塊執(zhí)行相應(yīng)的操作。而且用戶還可以通過手機或電腦遠程查詢當(dāng)前智能電子柜擁有的設(shè)備，方便用戶的使用。

項目流程如圖1所示：

3 硬件設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)處理單元

本設(shè)計中采用的是STM32單片機作為主控，具體型號為：STM32F103C8T6，該處理器數(shù)據(jù)處理速度快，包含多個基本定時器，可以擴展多達3個USART，系統(tǒng)資源完全可以滿足需要[2-3]。

3.2 信息識別單元

RFID的性能決定智能電子柜的工作效率，本設(shè)計中RFID射頻模塊采用C150-A/B，該模塊接收靈敏度高，讀卡距離：0-8cm[4]。CPU通過發(fā)送命令來控制RFID的工作，支持讀卡號、讀寫、扇區(qū)加密、錢包等功能。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸單元

該單元采用ESP8266 WIFI傳輸模塊。當(dāng)進行WIFI上網(wǎng)時，可以將其添加到任何基于微控制器的設(shè)計中，操作簡單，只需通過 SPI接口連接即可，ESP8266 WIFI模塊集成度高，因此只需要很少的外部電路，從而減小整體的電路大小[5]。ESP8266 WIFI模塊可以通過AT指令對模塊進行設(shè)置，方便與數(shù)據(jù)處理單元的連接。

3.4 預(yù)警單元

智能電子柜在內(nèi)部安裝電子鎖用來關(guān)閉柜門，系統(tǒng)指示燈標(biāo)示智能電子柜的運行狀態(tài)。該單元采用SIM800模塊，可以向用戶和管理員發(fā)送信息。智能電子柜輸入電的電壓為220V，通過降壓將220V電壓降低至12V和5V兩路輸出，12V給電子鎖供電，5V經(jīng)過LM1117-3.3LDO芯片降低3.3V供單片機及外圍電路工作[6]。

4 軟件設(shè)計

（1）通過RFID讀取使用者信息和設(shè)備信息。（2）數(shù)據(jù)處理單元接收到數(shù)據(jù)后通過WIFI傳輸?shù)椒?wù)器數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行對比，查詢到使用者信息后進行電子柜開門。（3）用戶借還設(shè)備時，RFID讀取設(shè)備信息，通過WIFI傳輸并記錄到數(shù)據(jù)庫。（4）將網(wǎng)頁客戶端與數(shù)據(jù)庫連接，在網(wǎng)頁上顯示電子柜中的設(shè)備詳細情況。

5 系統(tǒng)工作流程

智能電子柜正常工作時指示燈顯示綠色，當(dāng)智能電子柜出現(xiàn)異常時顯示為紅色；當(dāng)用戶提取設(shè)備時，在控制面板上輸入相應(yīng)的柜子編號，同時在刷卡區(qū)域刷卡（工作卡），系統(tǒng)識別到卡之后對射頻卡（工作卡）里的個人信息進行判斷，如果為認證的人員，則打開電子鎖將身份識別信息及時間信息通過WIFI上傳至數(shù)據(jù)庫。

計時器在打開電子鎖之后開始工作，每當(dāng)用戶取出設(shè)備，RFID將識別并記錄標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息上傳至數(shù)據(jù)庫，取完設(shè)備后，門關(guān)閉；如果在上一次取設(shè)備3至5分鐘后，用戶沒有取設(shè)備，則認為用戶忘記關(guān)閉柜門，則系統(tǒng)指示燈開始閃，將柜門向管理員發(fā)送消息，提出警告。

測試結(jié)果如圖2所示：

6 結(jié)束語

智能電子柜不僅在工作時能減少管理人員的介入，可以實現(xiàn)儀器設(shè)備的智能快捷、高效管理、多種終端的數(shù)據(jù)共享，而且還能通過射頻卡或者經(jīng)過驗證的客戶端進行開鎖，在一定程度上增加實驗儀器設(shè)備的安全性。經(jīng)測驗證明，智能電子柜對解決當(dāng)前各大高校實驗室中儀器設(shè)備管理混亂、管理方法繁瑣、高校管理部門無法全面且準(zhǔn)確的掌握實驗室儀器設(shè)備數(shù)據(jù)等問題具有重要意義，此設(shè)計成本低、簡單易操作，具有很高的推廣性。

參考文獻

[1]楊磊蕾.基于BS模式的學(xué)生學(xué)籍管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技資訊，2013（21）.

[2]趙軍偉.潛油電泵智能控制柜的設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012（08）.

[3]朱云霄.智能變電站戶外智能控制柜熱設(shè)計[J].電子機械工程，2013（20）.

[4]鄭均輝，甘泉.基于RFID的智能倉儲管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程，2014（13）.

[5]范興隆.ESP8266在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2016（09）.

[6]喻春雨.基于RFID技術(shù)的LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國照明電器，2011（6）.

作者簡介：邢子正（1996，08-），男，河北邢臺人，保定市蓮池區(qū)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，本科生。