陳娜　阮晟懿　薛珂磊　諸夢瑤　何毅辛　劉亞林　趙哲韜　尉鵬飛

摘 要：本文簡要介紹了目前雨傘寄存時存在的易丟失、錯拿等問題，結合電磁學、無線技術、電路原理、自動控制原理等方面知識，在普通傘架的基礎上設計制作了一種可以記錄個人信息與通過電子控制開鎖的多選擇解鎖的雨傘存放裝置，并對其原理與多選擇解鎖帶來的便捷使用方式進行了詳細的闡述，最后我們對此裝置在共享模式和便民服務方面的應用與推廣進行了展望。

關鍵詞：雨傘存放 多選擇解鎖 共享模式 便民服務

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0151-03

1 研究背景

雨天出行時，雨傘作為一種不可或缺的攜帶品，其隨意放置導致的丟傘現(xiàn)象成為一個值得引起重視的問題。通過校內(nèi)問卷調(diào)查（70.99%調(diào)研對象為大一、大二學生），我們發(fā)現(xiàn)大學在校期間，58.2%的學生存在丟失過雨傘的情況，其中，雨傘丟失數(shù)量達到三把及三把以上的占總調(diào)查人數(shù)16%，這表明大學生丟傘問題或者丟傘問題，是一種普遍現(xiàn)象。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，53.69%的學生在教室丟失過雨傘，39.6%的學生在圖書館、商場丟失過雨傘，錯拿、忘拿雨傘是雨傘丟失的主要原因。因此，教室、圖書館、商場等公共場所都急需一種便捷安全的雨傘放置裝置。此外，調(diào)查顯示，95.31%的大學生認為，刷卡開鎖方式放置雨傘優(yōu)于鑰匙開鎖方式。而我們設計的多選擇解鎖的雨傘放置器利用不同類型磁卡進行刷卡開鎖和精準的數(shù)據(jù)記錄，在刷卡放傘時自動開啟雨傘鎖環(huán)，防止雨傘錯拿現(xiàn)象。若此裝置效果良好，在后續(xù)的開發(fā)中，即可進一步建設提供刷卡借傘服務的平臺，以建立一種安全有效的“共享雨傘”新模式，成為一項有利的便民新舉措。

2 系統(tǒng)結構單元

傘架示意圖如圖1所示，其中1是磁卡刷卡器；2是單片機；3是數(shù)據(jù)儲存模塊；4是穩(wěn)壓模塊；5是蜂鳴器；6、7、8、9、10、11是電控鎖；12是整個裝置的外金屬框架；13是鎖環(huán)；14、15是萬向輪；16是電源線；17是信號線；18、19、20、21、22、23是指示燈。

2.1 磁卡模塊

磁卡刷卡器1用于接收磁卡信號，將持卡人磁卡信息儲存于數(shù)據(jù)儲存模塊3，并將該信號傳輸至單片機模塊2。

2.2 單片機模塊

單片機2用于分析處理磁卡信號，并根據(jù)情況打開電控鎖6、7、8、9、10、11中指定電控鎖，控制蜂鳴器5發(fā)出一段短提示音。

2.3 電控鎖組

電控鎖6、7、8、9、10、11用于在單片機2的控制下開啟，使用戶能夠存取雨傘。

2.4 指示燈組

指示燈18、19、20、21、22、23用于在單片機2的控制下通過閃爍提示用戶電控鎖已打開。

2.5 蜂鳴器

蜂鳴器5用于在單片機2的控制下通過鳴叫提示用戶電控鎖已打開。

2.6 供電模塊

穩(wěn)壓模塊4和電源線16配合工作，組成供電模塊，用于給控制模塊供電，以確保控制模塊正常工作。

2.7 外殼及底座

整個裝置的外金屬框架12作為支架，萬向輪14、15方便裝置移動。

3 工作原理及邏輯流程

3.1 工作原理

（1）電源開啟，系統(tǒng)參數(shù)初始化。

（2）判斷磁卡刷卡器是否檢測到磁卡信息同時判斷是否有按鍵輸入，若檢測到磁卡，則讀取持卡人磁卡信息并進入流程a，若檢測到有按鍵輸入，則進入到流程c。

①流程a。

1）判斷磁卡信息對應電控鎖編號是否為第一個電控鎖編號，若是，直接進行步驟3），若否，則進行步驟2）；

2）判斷磁卡信息對應電控鎖編號是否為下一個電控鎖編號，若是，進行步驟3），若否，則繼續(xù)重復步驟2），若無下一電控鎖，進入流程b；

3）打開此編號對應電控鎖并把當前電磁鎖次數(shù)清零，蜂鳴器發(fā)出一段短提示音、指示燈閃爍一次，結束流程。

②流程b。

1）檢測第一個電控鎖打開次數(shù)是否為1，若是，進行步驟Ⅱ，若否，則直接進行步驟3）；

2）檢測下一個電控鎖打開次數(shù)是否為0，若是，進行步驟3），若否，則繼續(xù)重復步驟2），若后續(xù)無可檢測的電控鎖，則發(fā)出一段長提示音，回到流程2；

3）打開此時檢測的電控鎖，蜂鳴器發(fā)出一段短提示音、指示燈閃爍一次；

4）將此張磁卡信息寫入到單片機中與此電控鎖相對應的位置，回到流程2。

③流程c。

1）檢測下一按鍵輸入，直到輸滿，等待用戶確認，確認完畢后進行步驟2）；

2）檢測當前輸入密碼是否正確，若是則進入步驟3），若否則回到流程2；

3）打開此時檢測的電控鎖，蜂鳴器發(fā)出一段短提示音、指示燈閃爍一次；

4）若輸入需要打開的電控鎖編號，則打開相應的電控鎖，若輸入退出，則回到流程2。

3.2 邏輯流程

本裝置的邏輯流程圖如圖2所示。

3.3 理想化模型的說明

傘架的電控鎖鎖只設置了自動打開，無自動關鎖功能，需要用戶自行關閉。根據(jù)實際情況，放傘時用戶必定會將鎖關閉（否則雨傘無法放在傘架上）；取傘后，根據(jù)用戶在生活中使用商場寄存柜的經(jīng)驗，用戶一般會習慣性將鎖扣關閉，若用戶不慎忘記，后來的用戶也一般不會將傘直接放入。若真有不慎將雨傘放入未關閉的鎖中的情況出現(xiàn)，我們也有設置管理員解鎖模塊，用戶可聯(lián)系管理員取傘。

4 模塊參數(shù)及選擇考量

系統(tǒng)主要由單片機模塊、穩(wěn)壓模塊、顯示模塊、射頻模塊4部分組成。

4.1 單片機模塊

本裝置使用STC89C52RC單片機，其是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。

主要特性如下：

（1）增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。

（2）工作電壓：5.5～3.3V（5V單片機）/3.8～2.0V（3V單片機）。

（3）工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051的 0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz 。

（4）用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)。

（5）片上集成 512 字節(jié) RAM。

（6）通用I/O口（32個）復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。

（7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。

（8）具有EEPROM功能。

（9）具有看門狗功能。

（10）共3個16位定時器/計數(shù)器，即定時器T0、T1、T2。

（11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。

（12）通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。

（13）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）。

（14）PDIP 封裝。

4.2 穩(wěn)壓模塊

本裝置使用LM1117線性穩(wěn)壓集成電路，LM1117是三端可調(diào)輸出的線性穩(wěn)壓器集成電路。LM1117的輸出電壓范圍是1.2～37V，負載電流最大為1.5A。

在本裝置中選用的是3.3V的規(guī)格，不需要調(diào)節(jié)電壓，所以不需要加電阻，但為了保證輸出電壓穩(wěn)定，加入了輸出電容和輸入電容。

4.3 顯示模塊

在本裝置中使用的是LED顯示屏，1602LCD主要技術參數(shù)為：顯示容量為16×2個字符，工作電流為2.0mA（5.0V），模塊最佳工作電壓為5.0V，字符尺寸2.95mm×4.35mm（W×H）。

4.4 射頻模塊

在本裝置中使用的是RFID-RC522射頻模塊，MF RC522 是應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是NXP公司針對“三表”應用推出的一款低 電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜 式手持設備研發(fā)的較好選擇 。

MF RC522利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持ISO14443A的多層應用。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動讀寫器天線與ISO 14443A/MIFARE卡和應答機的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應答器信號。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（奇偶 &CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE系列產(chǎn)品。MFRC522支持MIFARE？更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達424kbit/s。

作為13.56MHz高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，MF RC522與MF RC500和MF RC530有不少相似之處，同時也具備諸多特點和差異。它與主機間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)不同的用戶需求，選取SPI、I2C 或串行UART（類似RS232）模式之一，有利于減少連線，縮小PCB 板體積，降低成本。

5 結語

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，國家大力提升發(fā)展質(zhì)量和效益，更好地滿足人民日益增長的美好生活需要。本組提出的模型以人流量大的場所為背景，使用磁卡識別技術以達到利用不同種類磁卡進行多選擇解鎖，極大地提高了雨傘存取效率并增強了雨傘存取安全性，實現(xiàn)了更為便捷的人機交互，且該裝置具有多選擇的解鎖功能，能夠有效識別校園卡、圖書卡、銀行卡等磁卡，適用廣大人群與多種場合。若此裝置效果良好，在后續(xù)的開發(fā)中：第一，可以在不同場地進行放置，有效防止雨傘丟失，解決生活中極其普遍卻讓人困擾的丟傘問題，以此作為一項便民措施；第二，可進一步建設提供刷卡借傘服務的平臺，以建立一種安全有效的“共享雨傘”新模式；第三，可為其他寄存服務帶來多選擇解鎖的新思路。

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