本栏目责任编辑：王力
本期推荐
孙荷娟，马荟杰，马运鑫，王绮梦，董浩成
（沈阳大学，辽宁沈阳110044）
摘要：基于ZigBee 技术并结合RFID 技术，采用CC2530通讯芯片、STM32F103ZET6主控制芯片、MFRC522读卡芯片、
LCD12864液晶屏、AT42QT2160触摸按键，各小柜模块构成储物柜的硬件系统。ZigBee 协调器节点、无线采集终端节点、无线控制终端节点、上位机设计为软件系统，实现存取物品功能，显示功能，状态检测和维护调控功能，视频监控功能，存储、处理、监测、查询功能，APP 提示功能。关键词：ZigBee 技术；RFID 技术；储物柜；共享中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044(2021)01-0024-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）:
高校图书馆、食堂、教学楼、操场等都是人密集之地，由此更加需要储物柜为人们解决物品存放的问题。市场上的储物柜大多为机械式、电子式储物柜[1]，而这样储物柜安全性与便捷性却略有欠缺。当丢失钥匙或密码条时，储物柜的安全性就难以保障。要想取出储物柜中的物品，便需要管理员认证身份，消耗时间且增加管理与维护难度。这就体现了传统储物柜难以管理、安全性低、便捷性低等的
缺点。而使用物联网[2]的射频识别技术与ZigBee 技术可以实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理，将两种技术联合在一起，能极大提升储物柜的性能，减少商家成本，满足高校学生的储物需求。射频识别技术即RFID 技术的快速发展体现在：高校校园一卡通[4]。拥有一张卡，即可实现自由出入图书馆、食堂消费、生活缴费等功能。物联网中的ZigBee [5]技术是基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术。
盖革计数管1总体设计
智能储物柜系统主要由储物柜控制子系统、无线通信子系统、上位机管理子系统组成。共享智能储物柜系统是基于Zig⁃Bee 技术，结合RFID 技术构建而成的。储物柜系统结构图如图1所示。
储物柜控制子系统主要负责完成对储物柜系统的一系列操作命令。包括完成机柜前端用户对储物柜的指令、实现用户信息以及储物柜实时状态信息的采集、完成柜门的控制业务等。储物柜控制子系统收集的数据会实时传给主控制芯片，主控制芯片通过通讯芯片由无线通信子系统传递给上位机管理子系统，并完成上位机的指示命令。 图1系统结构框图
无线通信子系统是整个储物柜系统的中介，通过ZigBee 终端节点与若干个ZigBee 协调器节点连接形成一个ZigBee 自组网，实现储物柜控制子系统与上位机管理子系统的连接通信，从而实现整个储物柜系统的联网通信。脉动压力传感器
上位机管理子系统通过对储物柜控制子系统传达的数据进行处理，并进行反馈指导储物柜控制子系统完成一系列业务工作。
整个智能储物柜系统能实现的功能包括存取物品功能，显示功能，状态检测和维护调控功能，视频监控功能，存储、处理、监测、查询功能，App 提示功能。
2硬件系统设计
智能储物柜系统硬件设计主要集中在储物柜控制子系统
收稿日期：2020-09-20
基金项目：本文由沈阳大学大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号2019110350203）作者简介：孙荷娟，女，2017级物联网工程系学生。
24
本期推荐
本栏目责任编辑：王
力
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术
第17卷第1期(2021年1月)
的硬件设计，主要包括主控制模块、刷卡模块、显示模块、键盘模块、通信芯片模块、小柜模块。
由图2
可知各硬件在储物柜系统中的主要功能。
图2储物柜控制子系统硬件功能图
主控制模块是储物柜控制子系统的控制中心，所用的芯片STM32F103ZET6，主要用于对事件进行请求、触发和中断等控制操作。
刷卡模块使用的是MFRC522读卡芯片，主要用于感应校园卡，读取卡片中的个人数据信息。通过读卡器读取数据是整个系统中用户信息获取的主要方式。
显示模块使用LCD12864液晶屏可在用户操作储物柜时提供必要的文字图形提示帮助。
键盘模块用于在操作时实现数据信息的录入，实现用户直接与储物柜“对话”的方式，采用电容触摸按键，使用AT42QT2160作为内核，使用简单，方便用户对储物柜的使用。
通信芯片模块用于无线网络的信息数据传输。节点的ZigBee 无线传输模块均使用CC2530芯片，它用于将收集到的储物柜信息或用户的数据信息传给ZigBee 协调器，并由协调器传给上位机；同时，上位机下达的信息通过ZigBee 自组网传达到CC2530通讯芯片，实现管理员对储物柜的远程控制。
小柜模块组装各种感应器，用于检测储物柜的各项数据信息。
3软件系统设计
智能储物柜系统的软件设计主要由无线采集终端节点、ZigBee 协调器节点、无线控制终端节点、上位机设计这四个部分组成。
储物柜相关信息的获取是由无线采集终端节点负责完成的。无线采集终端节点能够通过读卡芯片读取到用户的数据信息，通过储物柜上的各种感应器获取储物柜的状态信息和柜门信息，通过读取监控内存得到视频录像等数据。无线采集终端节点通过若干个ZigBee 路由器和ZigBee 协调器节点组成的ZigBee 自组网和无线控制终端节点构成的无线通信子系统将收集到的信息传递给上位机管理子系统。
储物柜控制子系统通过无线通信网络与上位机进行连接通信，从而实现数据交换；上位机也通过无线通信网络与储物柜控制子系统相连，实现对储物柜的控制与反馈。
上位机管理子系统通过ZigBee 协调器节点与储物柜控制子系统进行有效的信息交换，指导储物柜控制子系统完成一系列业务工作。上位机设计是基于C#技术实现的，程序主要包括系统登录模块、刷卡管理模块、数据模块、储物柜状态监控及
调控维护模块、通信模块、视频监控模块、应用软件管理模块这七个模块。
系统登录模块。管理者进入系统要进行登录，验证个人身份信息，保证系统的安全性。登录模块是储
物柜系统重要的安全屏障，对用户和系统的信息保护起到十分重要的作用。
刷卡管理模块。该模块主要是基于RFID 技术结合C#语言实现一个简单的门禁管理系统。刷卡管理模块为用户提供一种使用储物柜的便捷方法，
对储物柜柜门进行管理控制。便携式行李车
图3软件系统功能图
数据模块。利用数据库软件建立起一个用户的数据库系统，存储用户信息和储物柜数据。数据模块通过收集用户和储物柜信息，为系统的验证模块提供强大的数据支撑和凭证，便于储物柜前端业务的数据识别与分析管理。
储物柜状态监控及调控维护模块。基于C#设计出一个能识别出储物柜正常状态的语句，且储物柜故障时自行通知管理者。储物柜状态监控及调控维护模块能够对储物柜异常情况进行自我辨别，极大方便了管理员进行管理与修复。
通信模块。设计上位机系统与ZigBee 自组网建立连接的语句。通信模块为上位机对储物柜进行远程操控搭建了必要通道。
视频监控模块。创建可以直接调用监控视频的语句。为维护储物柜安全，视频监控模块为管理者提供了实时调用回放的功能。
应用软件管理模块。分别设计一个管理者应用的储物柜管理系统软件和用户应用的储物柜系统软件。
4测试
4.1自组网测试
上位机管理子系统通过串口连接ZigBee 协调器，给各个终端节点充电，初始化加入网络，当收到指令，终端节点由休眠状态进入工作状态。传感器节点也先充电，各个节点初始化发送入网申请再确认指令后进入休眠模式，收到协调器节点发送的命令后开始工作，采集到数据之后再发送给协调器。在上位机管理子系统的通信模块查询各个ZigBee 节点的入网状态以及入网路径，确认所有节点都已入网。4.2功能测试
1）存取物品功能、APP 提醒功能：学生通过在RFID 读卡器
25
本栏目责任编辑：王力
本期推荐Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第17卷第1期(2021年1月)出线间隔
上刷校园卡，按照LCD 液晶显示屏上的提示，通过外置键盘来完成储物、取物的功能。
用户也可通过手机APP 使用储物柜。首先用户进行身份认证成功注册后进行验证登录，登录成功后会进入储物柜系统。储物柜系统分为五大模块，即个人中心、存储物品、拿取物品、取物提醒、错误反馈。
个人中心主要包括用户的个人信息、订单信息等。用户在存储物品模块中点击“存储物品”，可直接线上选择储物柜将其打开。用户进入拿取物品模块后，系统将自动检测到用户已使用的储物柜，用户点击取物后需要再次输入密码验证成功，才能将储物柜打开。
用户点击取物提醒模块，可选择提醒时间，App 会定时提醒用户取物；用户存储物品时间过长，储物柜系统会自行提示用户，且该功能可以关闭或者再次设置最长存储时间提醒。储物柜故障或是用户对储物柜的建议都可以通过错误反馈模块将其想法发送给管理员。
2）显示功能：LCD 显示屏将储物柜的存储状况显示出来，将空闲的储物柜供给储物人员选择。4.3上位机监测测试
通过上位机管理子系统查询各节点的状况，各个储物柜的
储物状况以及摄像头能实时传送数据。
新管理者在获得初始管理员的认证许可后，可注册管理者
账户。注册成功后在登录页面进行登录认证即可。
图4储物柜系统存取物流程图
储物柜管理系统共分为七大模块，分别为个人中心、小柜检测、视频监控、柜门控制、用户反馈、存取记录、维修记录。
在小柜检测中管理者可收集和检测储物柜的状态信息，便于排除异常。管理者可以从视频监测模块查看储物柜周围环境状况，提高储物柜的安全性。管理员通过柜门控制模块对柜门进行远程操控，使其打开。管理员打开用户反馈模块，针对用户反馈的信息进行错误排查和及时修正。
5结语
本设计与现在所倡导的“一卡走遍校园”的理念相符，也将共享模式运用到安全储物柜身上，使之两者结合，成为在共享
经济[6]
模式下的智能储物，即迎合了当代经济发展的潮流，又符合当代大学生的消费观和时尚观。更好地适应了快节奏社会对方便快捷的追求，让使用者通过一张校园卡就能完成存取物过程。使用者可以通过手机app 查看储物柜的空余情况，超时未取出物品时，手机app 提醒使用者及时取物。
参考文献：
[1]张如.基于校园卡的智能储物柜系统设计[J].电子技术与软件工程,2018(18):94-96.
[2]唐瑞东.基于射频卡的物联网储物柜系统设计[D].济南：山东大学,2014.
[3]陈阳，杨晟，余建坤.基于IC 卡的门禁系统的研究[J].数字技术与应用,2014(2):94.
水性万能胶[4]周生远，于汇鑫.一种校园智能临时储物柜[J].中国战略新兴产业，2017(24):150.
局部镀锡[5]叶梦雄，程国建.基于ZigBee 网络的混合路由能耗问题优化[J].自动化与仪器仪表,2018(8):127-130.
[6]陈子璇，陈莎莎，胡梦辉，刘越，王清君，柳智恒.基于共享经济的智能储物柜App 系统设计[J].无线互联科技2019,16(5):149-151,155.
【通联编辑：梁书】
26
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议