基于NFC的手機(jī)工號(hào)牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭嘉泓 裴航 董昌龍

摘? ?要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代人對(duì)家庭環(huán)境的要求越來(lái)越高，智能家居的概念逐漸成為人們的關(guān)注熱點(diǎn)。智能鎖作為智能家居中的重要部分，具有廣闊的市場(chǎng)前景。文章使用Arduino開(kāi)發(fā)板作為核心，根據(jù)開(kāi)發(fā)要求實(shí)現(xiàn)了基于NFC技術(shù)的工號(hào)牌系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能家居;Arduino開(kāi)發(fā)板;NFC技術(shù)

隨著“萬(wàn)物互聯(lián)”概念的提出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)近場(chǎng)通信技術(shù)（Near Field Communication，NFC）進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，NFC支持的終端產(chǎn)品也得到了快速增長(zhǎng)。不過(guò)在NFC基礎(chǔ)上，此種技術(shù)通常都是應(yīng)用于移動(dòng)支付，而在其他方面卻很少得到有效應(yīng)用。NFC虛擬成一張一卡通應(yīng)用，稱(chēng)為閉環(huán)應(yīng)用。目前NFC的閉環(huán)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)的發(fā)展不太理想，雖然在有些城市的公交系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)放了手機(jī)的NFC功能，但并沒(méi)有得到普及。隨著NFC手機(jī)的普及和技術(shù)的不斷成熟，一卡通系統(tǒng)會(huì)逐漸支持NFC手機(jī)的應(yīng)用，正如如今的工號(hào)牌一樣。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，以手機(jī)為主體的NFC工號(hào)牌系統(tǒng)將會(huì)替代現(xiàn)在的刷卡系統(tǒng)，能夠便于企業(yè)的規(guī)范化管理，提高企業(yè)的管理效率。

1? ? 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體框架如圖1所示。手機(jī)NFC通過(guò)傳感器模塊與Arduino主控板進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)簽到等功能，同時(shí)利用Arduino主控板的數(shù)字引腳5控制單路繼電器的吸起和落下，從而控制電子鎖電源的導(dǎo)通和斷開(kāi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)NFC對(duì)電子鎖的控制。

2? ? 硬件設(shè)計(jì)

2.1? Arduino主控板

Arduino是基于開(kāi)放源代碼的軟硬體平臺(tái)，硬件具有豐富的接口，有數(shù)字I/O口、模擬I/O口，同時(shí)支持SPI，IIC，UART串口通信。Arduino編程語(yǔ)言沒(méi)有復(fù)雜的單片機(jī)底層代碼，沒(méi)有難懂的匯編程序，只有簡(jiǎn)單而實(shí)用的函數(shù)。直接調(diào)用就可以完成各種需要的功能，而且簡(jiǎn)便的編程環(huán)境擁有極大的自由度，可拓展性能非常高。標(biāo)準(zhǔn)化的接口模式、豐富的開(kāi)放源代碼，從而使復(fù)雜命令的編程工作變得簡(jiǎn)單。

常用的Arduino主控板有：Arduino Uno，Arduino Mega 2560，Arduino Nano，LilyPad Arduino，Arduino Leonardo等。本系統(tǒng)中所使用的ArduinoUNOR3是一個(gè)基于ATmega328核心的微控制器板，由14個(gè)數(shù)字輸入/輸出引腳（其中6個(gè)可以用作PWM輸出）、6個(gè)模擬輸入、一個(gè)16 MHz的陶瓷諧振器、USB接口、電源插孔、ICSP頭和一個(gè)復(fù)位按鈕組成。開(kāi)發(fā)板在出廠時(shí)已完成了啟動(dòng)程序的固化，使用過(guò)程中可以直接使用USB線進(jìn)行程序下載。

2.2? NFC識(shí)別模塊

本系統(tǒng)對(duì)于NFC讀取采用了與之相近的RFID-RC522板塊，如圖2所示，該板塊讀取手機(jī)NFC的標(biāo)簽，然后利用串口通信發(fā)給服務(wù)器端，由服務(wù)器端來(lái)運(yùn)行開(kāi)鎖、簽到等功能。

2.3? 單路繼電器

單路繼電器模塊是一個(gè)小電流信號(hào)控制大功率設(shè)備的常用電子模塊，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制大功率器件，廣泛用于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能家居項(xiàng)目。

2.4? 電磁鎖

電磁鎖的原理：電磁鎖內(nèi)部有電磁線圈，利用電生磁的原理，當(dāng)電流通過(guò)硅鋼片時(shí)，電磁鎖會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力，緊緊地吸住門(mén)上鐵片，達(dá)到鎖門(mén)的效果。只要小小的電流，電磁鎖就會(huì)產(chǎn)生莫大的磁力。當(dāng)控制電磁鎖電源系統(tǒng)識(shí)別人員正確后則會(huì)斷電，電磁鎖失去吸力即可開(kāi)門(mén)。開(kāi)門(mén)后經(jīng)預(yù)設(shè)延時(shí)后電磁鎖恢復(fù)通電狀態(tài)與門(mén)上鐵片吸合，門(mén)再次鎖緊。

硬件系統(tǒng)連接順序是：NFC識(shí)別模塊連接Arduino主控板，Arduino數(shù)字引腳5控制單路繼電器的吸起和落下，單路繼電器控制電磁鎖的電源。

3? ? 軟件設(shè)計(jì)

3.1? 硬件端程序代碼

設(shè)計(jì)思路：NFC讀寫(xiě)模塊識(shí)別到手機(jī)NFC的ID，通過(guò)串口發(fā)送給服務(wù)器端，服務(wù)器端判斷該ID是否為該企業(yè)員工，如果是，則發(fā)送5給Arduino，Arduino控制繼電器使電磁鎖電源斷開(kāi)，門(mén)鎖打開(kāi);延遲10 s，讓繼電器落下，電磁鎖電源合上，門(mén)鎖閉合。打開(kāi)Arduino開(kāi)發(fā)編碼環(huán)境界面，輸入以下代碼，編譯通過(guò)后下載到Arduino主控板。

#include”rfid1.h”

RFID1 rfid;

uchar serNum[5];

void setup（）

{

pinMode（11，OUTPUT）;

Serial.begin（9600）;

rfid.begin（7，5，4，3，6，2）;

delay（100）;

rfid.init（）;

}

void loop（）

{

char a;

if（Serial.available（））{

a = Serial.read（）;

if （a==5） {

analogWrite（11，255）;

delay（10000）;

analogWrite（11，0）;

}

else {analogWrite（11，0）;}

}

uchar status;

uchar str[MAX_LEN];

status = rfid.request（PICC_REQIDL， str）;

if （status ！= MI_OK）

{

return;

}

status = rfid.anticoll（str）;

if （status == MI_OK）

{

memcpy（serNum， str， 5）;

rfid.showCardID（serNum）;

}

delay（1000）;

rfid.halt（）;

}

3.2? 服務(wù)器端程序

該系統(tǒng)中的服務(wù)器端，采用Java語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，利用串口通信與Arduino進(jìn)行操作交互，調(diào)用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行員工的數(shù)據(jù)處理，同時(shí)還用Java Web編寫(xiě)了簡(jiǎn)易、方便的后臺(tái)管理系統(tǒng)，便于企業(yè)管理者操作。

（1）員工注冊(cè)。員工入職，需要利用APP用手機(jī)NFC通過(guò)注冊(cè)程序注冊(cè)信息到數(shù)據(jù)庫(kù)中，如圖3所示。

（2）簽到程序。員工注冊(cè)之后，手機(jī)就可當(dāng)做工號(hào)牌使用，可以用于每天的簽到、開(kāi)鎖。只需把手機(jī)靠近NFC識(shí)別模塊即可，如圖4所示。

（3）后臺(tái)管理系統(tǒng)。利用Java Web編寫(xiě)簡(jiǎn)易的、可視化后臺(tái)管理系統(tǒng)，用于員工信息的增、刪、改、查等操作，

3.3? 手機(jī)客戶(hù)端程序

手機(jī)客戶(hù)端采用Android studio進(jìn)行編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)的登陸、對(duì)手機(jī)NFC模塊的寫(xiě)入、個(gè)人信息的獲取等操作。手機(jī)客戶(hù)端與服務(wù)器端利用socket進(jìn)行數(shù)據(jù)通信處理。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)是基于NFC的手機(jī)企業(yè)工號(hào)牌設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括方案的設(shè)計(jì)、硬件選型、軟件編程。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，系統(tǒng)工作可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、功耗低，能實(shí)現(xiàn)簽到、開(kāi)鎖等功能。此外，本設(shè)計(jì)還可以推廣到校園一卡通、公交一卡通、手機(jī)支付、TSM平臺(tái)等領(lǐng)域，為NFC技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中的應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]梁晶，史記征.基于Arduino的智能鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2019（32）：86-88.