基于NFC設(shè)計的新式建筑物標(biāo)簽

劉佳金 劉志文 朱曉駿

摘要：以往的建筑物標(biāo)識牌功能單一、安裝位置過高容易發(fā)生安全事故并且后期維修很麻煩;長年暴露在墻外，遭受太陽的照射和雨水的浸泡容易出現(xiàn)褪色、變形、脫落等問題;本設(shè)計是一種新的建筑標(biāo)簽技術(shù)，將射頻識別技術(shù)應(yīng)用與樓號以及路燈結(jié)合，做成一個功能完善的樓號顯示系統(tǒng)和光線昏暗時的路燈指引系統(tǒng)。IC射頻卡存有一份該區(qū)域的詳細信息，能夠?qū)崟r更新，掃描IC卡獲得樓號信息，可使用支持NFC的手機接觸標(biāo)簽快速獲取。

關(guān)鍵詞：IC卡;射頻識別

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）18-0230-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

New Building Label Based on NFC Design

LIU Jia-jin， LIU Zhi-wen， ZHU Xiao-jun

（AnhuiSanlian University， Hefei 230000， China）

Abstract：In the past， the function of the building signboard is single， the installation position is too high， and it is easy to cause safety accidents， and the later maintenance is very troublesome; if it is exposed to the wall for a long time， it is easy to fade， deform and fall off when exposed to the sun and rain. This design is a new building tag technology， which combines the application of radio frequency identification technology with building number and street lamp to make a function Sun's building number display system and street light guidance system when the light is dim. The IC radio frequency card stores a detailed information of the area， which can be updated in real time. The building number information can be obtained by scanning the IC card. It can be quickly obtained by using the mobile phone contact tag supporting NFC.

Key words：IC card;RFID

1設(shè)計思路和要點

隨著科學(xué)的進步、社會的發(fā)展，各種相關(guān)的科學(xué)技術(shù)在路燈上取得了廣泛的運用，尤其是誕生了一些比較先進的光源產(chǎn)品、節(jié)能產(chǎn)品，這些影響著我們原有的設(shè)計觀念。像NFC，RFID芯片的應(yīng)用越來越多，版本更新的很快功能也越來越強大。它們擁有強大的信息存儲能力和無法媲美的便攜性，同時越來越多的人使用支持NFC的手機，像手機模擬小區(qū)門卡，用手機刷公交等。技術(shù)發(fā)展的越來越快，一個手機就可以走遍大江南北，衣食住行都可以用手機解決，還在為坐公交車和坐地鐵因為忘帶公交卡或者硬幣而煩惱嗎？不！不需要，只需要打開手機的NFC功能就可以坐公交車和乘地鐵。這些只是NFC眾多功能應(yīng)用中的一個。如何改善和提高住宅區(qū)的路燈系統(tǒng)，為城市居民創(chuàng)造一個更加舒適的生活環(huán)境這正是我們目前要去研究的課題。這里結(jié)合實際操作中的設(shè)計經(jīng)驗，對小區(qū)路燈的設(shè)計要點做進一步的探討與分析。

2項目前景

本產(chǎn)品是將先進的光源產(chǎn)品同節(jié)能與RFID控制系統(tǒng)相結(jié)合，旨在改善和提高住宅區(qū)的地?zé)粢龑?dǎo)系統(tǒng)，為居民創(chuàng)造一個更加舒適的生活環(huán)境。在很多小區(qū)采用的路燈都是在晚上一直亮著，浪費了資源。在國內(nèi)某些道路采取了自動檢測來往車輛亮燈，但因小區(qū)的特殊性該模式無法轉(zhuǎn)移到小區(qū)中使用，而我們的創(chuàng)新剛好解決了這一難題。此產(chǎn)品當(dāng)前尚未出現(xiàn)在國內(nèi)外市場，屬于經(jīng)濟環(huán)保型產(chǎn)品，在價格方面其價格低廉且高性價比，在功能方面，具有許多功能供用戶選擇和使用且具有很好的易用性。在當(dāng)前市場銷售方面有著廣闊的發(fā)展優(yōu)勢和應(yīng)用前景。并且隨著現(xiàn)在樓宇的不斷增加以及城鄉(xiāng)居民區(qū)的不斷改建，在此更加突顯出本次裝置對現(xiàn)在以及未來的人們生活的需要，而該種模塊還可進行其他方向的不斷延伸，其中就包括商場、火車站等人流量較大且處于室外的標(biāo)志牌的使用，可極大地減少標(biāo)志牌的建設(shè)投資以及維護資源的浪費。

3項目規(guī)劃

對于本項目我們采取邊設(shè)計邊解決問題的方法，通過前期論證證明技術(shù)的可行性，在問題分析和收集資料的過程中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題，查閱相關(guān)資料，探索解決這些問題。在各方面技術(shù)都得到一定量提高的基礎(chǔ)下完善電子芯片的制作與電子芯片信息的錄入，從而實現(xiàn)電子芯片中的信息可被讀取設(shè)備所識別。在完成這些基本模塊調(diào)試和正常使用的前提下，模擬實現(xiàn)小區(qū)中的實際情況將路燈調(diào)制成“地?zé)糁敢Ｊ健?，完成這些后進行燈罩外殼的制作和撰寫使用說明書。

4創(chuàng)新點

本項目有兩個創(chuàng)新點：

第一點是樓號顯示系統(tǒng)。使用IC卡在小區(qū)入口處刷卡，就可以呈現(xiàn)出這個小區(qū)的詳細地圖和需要到達的樓號，比如：當(dāng)一個新人進入一個陌生環(huán)境后，例如一片小區(qū)一所高?；蛘咭黄I(yè)園，只需要在入口刷一下IC卡，就可以在顯示器上看到需要去的對應(yīng)位置的詳細信息。有利于幫助外賣和快遞等相關(guān)工作人員的工作。

第二點是地?zé)糁敢到y(tǒng)。我們通過IC卡與小區(qū)的地?zé)艚Y(jié)合。小區(qū)用戶在晚上回家時可在小區(qū)入口刷IC卡，此時從入口到該住戶樓宇的地?zé)舯銜苛疗?，幫助用戶快速地找到回家路徑。在用戶到達自己小區(qū)樓宇刷卡進入樓層后，相關(guān)的地?zé)艏磿詣雨P(guān)閉，極大地節(jié)約了小區(qū)的用電資源。還有效地解決了小區(qū)路燈不夠亮的問題，對這些進入小區(qū)的人，在夜間行駛也是起到了保護的作用。

5基本方案

5.1 IC卡的序號讀取

RFID射頻識別是一種非接觸的自動識別技術(shù)，該技術(shù)科識別多個IC卡標(biāo)簽的信息，其自動帶的天線讓RFID標(biāo)簽與讀卡器可通過通訊信道的方式進行數(shù)據(jù)的傳輸。在生活中常用的IC卡都存在卡號一般是16位或者19位，同時用作個人賬號標(biāo)識往往從第七位開始，且IC卡的卡號是不會完全相同的。而在本次設(shè)計中，我們將IC卡的卡號經(jīng)過特殊的取值計算后得到有效的三位數(shù)字作為我們使用的識別位。同時采用了RC522模塊作為讀卡模塊。讀卡器將讀取的數(shù)據(jù)傳送給單片機進行處理。如圖1所示。

本程序可以對IC卡的信息進行讀取和修改，主要功能是當(dāng)用戶第一次使用這個設(shè)備時，對用戶的IC卡進行注冊，使得IC卡讀卡器能夠正常識別并判斷用戶是否本小區(qū)的住戶。

對于手機使用NFC的用戶來說，可以進行NFC卡模擬，從而達到用手機就可以刷卡的目的。只需要使用手機和IC觸碰在一起，然后使用手機內(nèi)置的NFC卡模擬功能就可以把NFC卡添加到手機里面。

由于本IC卡只針對本小區(qū)的住戶進行注冊和發(fā)放，所以對于外賣和從事快遞相關(guān)的用戶來說可以在線申請IC卡，在申請IC卡的同時系統(tǒng)會要求用戶填寫用戶類型，比如小區(qū)的住戶就填寫住戶，外賣和快遞人員就填寫外賣和快遞。這樣有利于后期的管理。

5.2樓號系統(tǒng)

樓號系統(tǒng)主要通過讀取IC卡內(nèi)的信息從而得知該棟樓的信息。首先我們將IC卡鑲嵌在每棟樓的墻壁表面，其次會對IC卡寫入相應(yīng)的1、2、3等樓號。當(dāng)人們掃描IC卡時即可得知每棟樓的樓號。如圖2所示。

用戶把IC卡放在鑲嵌在墻體表面上的IC卡的寫卡裝置上，讀卡裝置會自動讀取IC卡的信息，并把讀取到的信息顯示在顯示屏上，同時對于手機自帶NFC功能的用戶可以直接打開手機進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取，也可知道該棟樓樓號。

5.3路燈指引系統(tǒng)

該系統(tǒng)是我們最為突出的地方。我們通過IC卡與小區(qū)的地?zé)艚Y(jié)合。小區(qū)用戶在晚上回家時可在小區(qū)入口刷IC卡，此時從入口到該住戶樓宇的地?zé)舯銜苛疗?，幫助用戶快速地找到回家路徑。在用戶到達自己小區(qū)樓宇刷卡進入樓層后，相關(guān)的地?zé)艏磿詣雨P(guān)閉。極大地節(jié)約了小區(qū)的用電資源。同時我們也設(shè)計了相關(guān)的IC卡控制的模擬電路，以此證明上述所有功能的可實行性。如圖3所示。

用戶把IC卡放在IC卡讀卡器上，系統(tǒng)會根據(jù)時間來判斷路燈指引系統(tǒng)是否啟動，當(dāng)時間是白天時，路燈指引系統(tǒng)不會啟動，減少了能源損失。當(dāng)時間是晚上時，路燈指引系統(tǒng)會自動啟動，用戶到自己樓宇之間的地?zé)魰疗穑钡接脩艚怄i了樓宇的門禁時，地?zé)舨艜P(guān)閉。如果用戶刷了IC卡，但是沒有達到樓宇，或者到達樓宇時沒有再次刷IC卡，當(dāng)時間超過30時分鐘時，地?zé)舻牧炼葧儼?。如果超過2小時，地?zé)艟蜁P(guān)閉以此來減少電力的消耗。當(dāng)?shù)責(zé)糇儼禃r，有人刷卡，地?zé)艟蜁M入正常工作狀態(tài)。

5.4 系統(tǒng)模塊

為了將裝置設(shè)計得更加簡單同時還能完整地實現(xiàn)功能，在元件上都采用了最常用的芯片和模塊，例如讀卡器模塊，按鍵接口模塊，STC89C51系統(tǒng)模塊等，成品在整體成本上不超過十五元，可在后期進行生產(chǎn)時可節(jié)約購買者的成本，增加該裝置的性價比和維修成本。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并不是過于復(fù)雜，因此在安裝和維護時就顯得非常輕松。

如圖4所示，這個是本設(shè)計的各模塊總圖，由按鍵接口模塊，89C51系統(tǒng)模塊，液晶顯示器模塊，電源管理模塊組成，89C51系統(tǒng)模塊是本設(shè)計的中央控制中心，用于處理各種信息和給各個模塊發(fā)放指令。液晶顯示模塊用于顯示信息，例如IC卡的卡號和樓層信息。按鍵接口模塊給用戶提供功能選擇的功能。在供電系統(tǒng)上，因為單片機的供電為5V，而日常生活中大家常用的手機充電頭或者充電寶都為5V電源，在本次的裝置上有穩(wěn)壓電路可直接將充電寶或5V手機充電器直接連接至裝置中，對裝置進行相應(yīng)的供電，極大提高了裝置的便捷性。

6項目總結(jié)

我們的創(chuàng)新點在于樓號顯示系統(tǒng)、地?zé)糁敢到y(tǒng)。在小區(qū)入口處刷卡，就可以呈現(xiàn)出這個小區(qū)的詳細地圖和需要到達的樓號，并且我們還把系統(tǒng)和小區(qū)的地?zé)粝嘟Y(jié)合，在用戶刷完IC卡后從入口到該住戶樓宇的地?zé)舯銜苛疗?，幫助用戶快速地找到回家路徑。我們把樓號系統(tǒng)與路燈系統(tǒng)加入我們設(shè)計當(dāng)中提高了我們使用的方便性，同時也提高了適用范圍。

在設(shè)計當(dāng)中我們利用IC卡的編號加以計算得到三位有效數(shù)字作為我們的識別位。同時采用了RC522模塊作為讀卡模塊。用讀卡器讀取數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)傳送給單片機進行處理。

但在項目中我們使用到了IC卡，但是其自身還是有一定局限性，還有好多地方可以繼續(xù)加以改進，實現(xiàn)互聯(lián)的效果。在日后的改進中我們可以脫離IC卡使用二維碼，這樣適用范圍會更加寬廣，而且使用更加方便。

在用戶掃描二維碼來獲取地圖的時候，對在地圖范圍內(nèi)的每個點的位置信息獲取同時也很重要，我們可以通過單片機驅(qū)動高精度GPS模塊對地圖內(nèi)的點進行采集，隨后上傳到上位機對所采集到的點進一步地繪制，繪制成具體的地圖。

在日后的生活中，會越來越多地實現(xiàn)萬物互聯(lián)，同樣這也是我們努力并且需要學(xué)習(xí)的方向。要從生活中發(fā)現(xiàn)問題，通過自己所學(xué)的知識來改善這些問題。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】