基于物聯(lián)網(wǎng)的手機來電提醒智能儲物柜設計

馬國超 陳志超 唐鈺璇 杜銳 李明

摘 要：該文研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的手機來電提醒智能儲物柜系統(tǒng)，其不僅具備安全以及密封兩大特點，還能智能提示用戶柜內手機是否來電，解決了因密封性導致的信息傳遞不暢的問題。該系統(tǒng)主要由信號檢測傳輸模塊、信號處理模塊、主控模塊、通信模塊、射頻鎖模塊、顯示和提示模塊六部分組成，利用ZigBee技術將儲物柜以及服務臺組合成局域網(wǎng)，用屏幕顯示文字及語音提醒用戶手機來電狀態(tài)以及儲物柜門的開關狀態(tài)，并且利用射頻鎖代替機械鎖，進一步提高儲物柜的安全性以及開鎖的便捷性。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能提醒 ZigBee技術 安全

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0016-02

目前，在人們的生活中，普通的浴室專用儲物柜均具有安全和密封兩大特點，但其厚重的板材或密封性極佳的柜門，常常會導致用戶聽不到柜中手機的來電提示音，出現(xiàn)漏接電話的情況，造成不必要的損失.此外，儲物柜上普通的機械鎖，在浴室的潮濕的環(huán)境下，大大降低了鎖的使用壽命和儲物柜的安全性。該設計不僅具備安全、密封的基本特點，而且具備智能提示用戶柜內手機是否來電，屏幕顯示并語音提醒用戶手機來電狀態(tài)以及儲物柜門的開關狀態(tài)的創(chuàng)新特點。同時還利用射頻鎖代替機械鎖，提高了儲物柜的安全性。

1 系統(tǒng)總體設計

智能型儲物柜的系統(tǒng)主要由檢測裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置、計費裝置、顯示播報裝置以及通訊裝置等構成。其中檢測裝置包括射頻讀卡器和信號采集數(shù)據(jù)線，其檢測到信號后將其傳送至控制裝置?？刂蒲b置由單片機以及舵機構成，接收到檢測裝置傳送的信號后，單片機進行處理并發(fā)送信號至其他裝置，舵機根據(jù)相應指令進行動作。執(zhí)行裝置由RFID卡構成，配合檢測裝置射頻讀卡器進行使用，執(zhí)行開關鎖動作。計費裝置包括單片機以及射頻讀卡器，該裝置可以對RFID卡進行充值。顯示播報裝置由液晶顯示屏和語音播報模塊構成，在不同情況下對用戶進行相應的語音提示。通訊裝置由ZigBee模塊構成，方便多個儲物柜與服務臺進行組網(wǎng)，方便管理。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 檢測裝置和控制裝置

檢測裝置：讀卡器替代傳統(tǒng)儲物柜的檢測裝置——鑰匙插孔。其配合用戶所持RFID卡對儲物柜進行開鎖，大大簡化了開鎖的過程。其檢測用戶是否使用RFID卡進行開關門操作并傳輸信號至單片機進行下一步的處理。通過手機3.5 mm耳機插孔采集手機來電信號，并將信號傳送至單片機中進行處理，此方式傳輸信號穩(wěn)定，避免了利用震動傳感器等其它方式引起來電誤報情況的發(fā)生，從而穩(wěn)定地實現(xiàn)智能來電提醒的功能。

控制裝置：各模塊都需要通過單片機進行控制。單片機負責處理檢測模塊檢測到的信號并發(fā)送指令至其它模塊從而執(zhí)行相應指令。該系統(tǒng)選用MSP430單片機，它是一種超低功耗、高性能的16位單片機。具有強大的處理能力、集成度高、可靠性強，具有極高的性價比[1]。

射頻鎖替代傳統(tǒng)的機械鎖。其主要功能是根據(jù)單片機送出的信號，執(zhí)行開關門操作。其增強了儲物柜的安全性，延長了鎖具的壽命。

2.2 執(zhí)行裝置和信號處理裝置

該系統(tǒng)執(zhí)行裝置為RFID卡。由于其固有的信息安全、便于攜帶、比較完善的標準化等優(yōu)點，射頻鎖替代傳統(tǒng)儲物柜的機械鎖，避免了金屬鑰匙遇水長時間使用后生銹的問題。利用RFID卡具有數(shù)據(jù)存儲功能，進行扣費，方便用戶使用。相對于普通鑰匙而言，射頻鎖更具有安全保密性，提高了儲物柜的安全性能。

信號處理裝置由運算放大電路和比較電路兩部分組成。由于手機來電時檢測信號較為微弱，需要經過相應的放大電路對其進行處理。采用同向比例運算電路對信號放大，并將放大的信號送入比較器處理。利用該裝置的特性，將連續(xù)不規(guī)則的信號轉化為方波，送入單片機進行檢測處理。

2.3 顯示裝置和通訊裝置

顯示裝置包括LCD液晶以及語音播報裝置。其使儲物柜具有人機交互功能，智能提醒用戶卡內余額以及儲物柜門的開關狀態(tài)。語音播報裝置主要功能是通過聲音提示手機來電和用戶柜門的開關狀態(tài)。

通訊裝置由ZigBee模塊構成，ZigBee是一種短距離、低功耗、可自組網(wǎng)的無線通信技術。由于其網(wǎng)絡可以便捷地為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領域具有非常強的可應用性[2]。該系統(tǒng)采用ZigBee組成無線局網(wǎng)，通過Zigbee構建的無線平臺，實現(xiàn)了無線語音來電提醒功能，同時避免了大量走線帶來的浪費和安全問題。

3 軟件設計

3.1 數(shù)字濾波

在微型控制系統(tǒng)的模擬輸入信號中，一般均含有各種噪聲和干擾，他們來自被測信號源本身、傳感器、外界干擾等。為了進行準確測量和控制，必須消除被測信號中的噪聲和干擾。該作品采樣手機信號有隨機干擾信號的輸入引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，可采用程序判斷濾波。程序判斷濾波就是根據(jù)實踐經驗確定出相鄰兩次采樣信號之間可能出現(xiàn)的最大偏差ΔY，若小于此偏差值，則表明該輸入信號是干擾信號，應該去掉；若大于偏差值，可將信號作為該次采樣值。

限速濾波是程序判斷濾波其中的一種方法，限速濾波最多可用3次采樣值來決定采樣結果，設順序采樣時刻t1，t2，t3的采樣值分別為Y（1），Y（2），Y（3），則：

為兩次采集值可能出現(xiàn)的最大偏差，其大小取決于來電信號的強弱，由具體情況決定。關于值的選定，值太小，干擾無法濾除，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)亂提醒現(xiàn)象。太大，有用信號被濾除，系統(tǒng)無法提醒用戶手機來電。因此選擇一個合適值至關重要。

3.2 模糊控制

由于該系統(tǒng)復雜，變量太多，難以正確的描述系統(tǒng)的動態(tài)，正確作出判斷，因此模糊控制算法來處理這些控制問題，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。模糊控制是采用由模糊數(shù)學語言描述的控制律來操作系統(tǒng)工作的控制方式。模糊控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)輸出的誤差和誤差變化率來決定控制對象的輸入量。模糊算法實現(xiàn)方法有很多種，常用用：查表法、解析公式法和關系矩陣法等[4]。該系統(tǒng)采用查表法，將查詢表存入單片機內部ROM中，單片機將采樣值與論域元素對比，根據(jù)對比值在控制表中得出控制量，以達到期望要求。圖2為模糊控制系統(tǒng)框圖。

該系統(tǒng)將采集信號進行數(shù)字濾波，得到采樣值。根據(jù)采樣值與控制表對比，決定是否語音提醒用戶手機來電。

4 結語

該系統(tǒng)設計安全可靠，實用性強，針對人們日常生活中因洗澡而引發(fā)的一系列問題，不僅適用于個人浴室，而且適用于公共浴室，成本不高，推廣性強。具有以下功能特點。

（1）智能提醒。該系統(tǒng)可接收并傳遞手機的來電信息，一旦手機來電，便通過無線局域網(wǎng)和顯示提示模塊提示用戶來電信息，避免了人們因洗浴漏接電話而造成的損失。

（2）安全方便。該系統(tǒng)應用射頻鎖代替機械鎖，并用屏幕顯示并語音提醒用戶手機來電狀態(tài)以及儲物柜門的開關狀態(tài)，極大地方便了人們的生活，提高安全系數(shù)。

（3）使用壽命長。普通儲物柜損壞，主要是因為其鎖的損壞，該系統(tǒng)應用射頻鎖代替機械鎖，是浴室潮濕的環(huán)境對它的影響大大降低，提高了它的使用壽命。

參考文獻

[1] 任保宏，徐克軍.MSP430單片機原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2] 金純，羅祖秋，羅鳳.ZigBee技術基礎及案例分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[3] 張翼飛，楊輝，鄧方林.二階系統(tǒng)模糊變結控制器設計及穩(wěn)定性分析[J].系統(tǒng)工程與電子技術，2005.