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：設備管理的信息化和智能管理化是現代設備科學管理的重要方向之一。近年來，隨著計算機網絡技術的高速發展，為基于網絡的設備管理系統的實施和發展提供了堅實的技術基礎[1]。但在當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，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，文章設計出一種基于RFID的智能電子柜的操作管理系統。

關鍵詞：STM32；RFID；電子柜；儀器管理

1 概述

智能電子柜結合物聯網技術和大數據理念，針對實驗室設備管理和運行管理需求，提供了一套全新的解決方案，可以應用于教學實驗室，開放實驗室，公司倉庫，超市等具體場合。針對儀器設備精確管理的電子柜設計，可以有效的解決目前小型儀器設備難以管理的問題，很有新意。

2 項目設計方案

本設計主要由RFID模塊、主控STM32F103模塊、WIFI模塊組成。通過RFID模塊識別相應物品里的電子標簽來獲取設備詳細信息，當用戶刷卡或者通過客戶端打開柜門取出設備后，可以通過RFID模塊統計設備的詳細信息（設備的取走用戶、設備的取走的時間、設備的名稱），經過主控模塊STM32F103的數據處理后，并通過WIFI模塊傳輸各種數據信息，將其上傳至學校或企業的數據庫。同時，數據庫不僅可以記錄并跟蹤設備的使用情況，還能將設備數據信息及開門取設備信息發送給STM32F103主控模塊，并通過主控模塊執行相應的操作。而且用戶還可以通過手機或電腦遠程查詢當前智能電子柜擁有的設備，方便用戶的使用。

項目流程如圖1所示：

3 硬件設計

3.1 數據處理單元

本設計中采用的是STM32單片機作為主控，具體型號為：STM32F103C8T6，該處理器數據處理速度快，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通過發送命令來控制RFID的工作，支持讀卡號、讀寫、扇區加密、錢包等功能。

3.3 數據傳輸單元

該單元采用ESP8266 WIFI傳輸模塊。當進行WIFI上網時，可以將其添加到任何基于微控制器的設計中，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指令對模塊進行設置，方便與數據處理單元的連接。

3.4 預警單元

智能電子柜在內部安裝電子鎖用來關閉柜門，系統指示燈標示智能電子柜的運行狀態。該單元采用SIM800模塊，可以向用戶和管理員發送信息。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 軟件設計

（1）通過RFID讀取使用者信息和設備信息。（2）數據處理單元接收到數據后通過WIFI傳輸到服務器數據庫，并將數據與數據庫中數據進行對比，查詢到使用者信息后進行電子柜開門。（3）用戶借還設備時，RFID讀取設備信息，通過WIFI傳輸并記錄到數據庫。（4）將網頁客戶端與數據庫連接，在網頁上顯示電子柜中的設備詳細情況。

5 系統工作流程

智能電子柜正常工作時指示燈顯示綠色，當智能電子柜出現異常時顯示為紅色；當用戶提取設備時，在控制面板上輸入相應的柜子編號，同時在刷卡區域刷卡（工作卡），系統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上傳至數據庫。

計時器在打開電子鎖之后開始工作，每當用戶取出設備，RFID將識別并記錄標簽數據信息，并將數據信息上傳至數據庫，取完設備后，門關閉；如果在上一次取設備3至5分鐘后，用戶沒有取設備，則認為用戶忘記關閉柜門，則系統指示燈開始閃，將柜門向管理員發送消息，提出警告。

測試結果如圖2所示：

6 結束語

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

參考文獻

[1]楊磊蕾.基于BS模式的學生學籍管理系統的設計與實現[J].科技資訊，2013（21）.

[2]趙軍偉.潛油電泵智能控制柜的設計[J].科學技術與工程，2012（08）.

[3]朱云霄.智能變電站戶外智能控制柜熱設計[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的設計與實現[J].電子設計工程，2014（13）.

[5]范興隆.ESP8266在智能家居監控系統中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用，2016（09）.

[6]喻春雨.基于RFID技術的LED路燈智能控制系統設計[J].中國照明電器，2011（6）.

作者簡介：邢子正（1996，08-），男，河北邢臺人，保定市蓮池區河北農業大學，電子信息科學與技術專業，本科生。