基于RFID的電子儲物箱設(shè)計與制作

魏承樸 張 倩 韓 竹

北方工業(yè)大學

1 引言

近幾年，射頻識別技術(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RFID 技術(shù)的關(guān)注聚焦。與傳統(tǒng)保險箱相比，電子儲物箱能更安全地，便捷地存儲人們的物品，利用有限倉儲和物流資源，更高效率地進行物流倉儲管理，更保險地存儲重要商業(yè)機密等。

2 RFID電子儲物箱系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計和實現(xiàn)

本系統(tǒng)為基于RFID的電子儲物箱設(shè)計與實現(xiàn)，根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，整個系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分為系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計和工作流程，硬件選型，以及各個模塊功能和硬件介紹。此電子儲物箱系統(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)動電路模塊。整個系統(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)計與實現(xiàn)

本設(shè)計選用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)有支持的電子標簽類型，那么電子標簽對讀寫器做出應(yīng)答。

2，然后進行防沖突機制，讀寫器磁場范圍內(nèi)如果有多個支持的電子標簽，讀寫器會進行防沖突，根據(jù)每張卡的唯一序列號，選定其中一張卡。

3，選定之后，雙方都需要進行三輪的驗證，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，驗證完成后，讀寫器可以順利地對卡進行數(shù)據(jù)的讀后者寫操作，也可以對其數(shù)據(jù)進行運算(加1減一操作)。

3 RFID電子儲物箱系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 軟件模塊設(shè)計與實現(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。各個模塊實現(xiàn)相應(yīng)的功能，主程序根據(jù)狀態(tài)機進行狀態(tài)的切換實現(xiàn)各個功能的切換[1]。

1，初始化模塊主要負責整個系統(tǒng)的初始化操作，整個系統(tǒng)上單復位后，先初始化操作，這是一般單片機系統(tǒng)都要進行的，之后執(zhí)行后續(xù)程序。

2，主程序模塊是整個程序的核心，將各個模塊整合在一起。

3，狀態(tài)機模塊主要實現(xiàn)系統(tǒng)各個狀態(tài)之間的切換，主要實現(xiàn)如下狀態(tài)的轉(zhuǎn)換：密碼門狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和對應(yīng)顯示的切換，開關(guān)箱狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，復位操作。

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進行處理，單片機進行判斷實現(xiàn)開關(guān)門和密碼的管理功能，同時單片機按要求進行系統(tǒng)的顯示部分。

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

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

3.2 射頻模塊設(shè)計與實現(xiàn)

3.2.1 射頻讀寫模塊設(shè)計

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

3.2.2 射頻卡授權(quán)管理

在實際應(yīng)用中，還可以加入上位機進行控制，將讀寫器和上位機進行連接，實現(xiàn)對卡的授權(quán)管理功能。當需要增加新的成員或者刪除以往成員時，可以進行添卡和注銷卡操作[3-4]。

4 結(jié)論

本文設(shè)計和制作了基于RFID的電子儲物箱，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，介紹了系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理，系統(tǒng)存在的問題。分析了儲物箱和RIFD系統(tǒng)目前的研究現(xiàn)狀：發(fā)展過程、重點應(yīng)用場景、優(yōu)缺點分析、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系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。本RFID的電子儲物箱，有著相較于指紋型的儲物箱的優(yōu)勢，雖然安全性沒有么高，但是成本優(yōu)勢明顯，識別準確率高，非常適合大規(guī)模地進行推廣和繼續(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.從零開啟大學生電子設(shè)計之路[M].北京：北京航空航天大學出版社，2014

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

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

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