吳小宇 周文浩 張冠 鄒靜
摘 要:背包是人們每天上下班或是出門(mén)時(shí)必不可少的裝備之一,其能幫助人們輕松攜帶各種工具或其他物品。隨著科技日新月異的發(fā)展,人們每天攜帶的設(shè)備越來(lái)越沉重,也越來(lái)越智能,同樣也越來(lái)越貴重,因此,有一個(gè)安全系數(shù)高、功能相對(duì)較強(qiáng)的背包尤為必要。本設(shè)計(jì)以STM32F103ZET6為主控芯片,采用電源、指紋、電磁鎖和藍(lán)牙模塊,通過(guò)指紋模塊和手機(jī)APP發(fā)送指令解鎖背包,背包與手機(jī)分離時(shí)向手機(jī)發(fā)出警告以此來(lái)達(dá)到防偷竊的效果。同時(shí),背包攜帶大容量鋰電池,多路不同電壓輸出,可隨時(shí)為移動(dòng)電子設(shè)備提供能源。
關(guān)鍵詞: STM32F103ZET6;指紋;智能背包;移動(dòng)電源
中圖分類(lèi)號(hào):TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-5168(2019)07-0014-03
Abstract: Backpack is one of the indispensable equipment for people to go to work or go out every day. It can help people easily carry various tools or other items. With the rapid development of science and technology, people carry more and more heavy equipment, more and more intelligent, also more and more valuable. Therefore, it is particularly necessary to have a backpack with high safety factor and relatively strong function. This design used STM32F103ZET6 as the main control chip. It uses power supply, fingerprint, electromagnetic lock and Bluetooth module. It can unlock the backpack through the fingerprint module and mobile APP. When the backpack is separated from the mobile phone, it will send a warning to the mobile phone to achieve the anti-theft effect. At the same time, the backpack carries a large-capacity lithium battery and multiple voltage outputs, which can provide energy for mobile electronic devices at any time.
Keywords: STM32F103ZET6;finger-print;intelligent backpack;mobile power supply
1 研究背景
隨著生活水平的不斷提高,人們對(duì)電子設(shè)備的性能要求也越來(lái)越高,每天出門(mén)攜帶的電子設(shè)備也越來(lái)越多。如果出門(mén)在外乘坐公交或地鐵,抑或是經(jīng)常出入公共場(chǎng)合,此時(shí)攜帶的電子設(shè)備若不慎遺失,將會(huì)造成嚴(yán)重的后果,輕則造成財(cái)產(chǎn)損失,重則丟失重要文件、資料等。
目前,雖然電子設(shè)備發(fā)展迅速,但其供電續(xù)航能力不足,在外總擔(dān)心手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備沒(méi)電。例如,有些成天在外工作的攝影師有需要在辦公現(xiàn)場(chǎng)用電腦進(jìn)行圖片或視頻處理的需求;又如,在外奔波的上班族,在城市之間穿梭時(shí),需要處理其他業(yè)務(wù),常常因?yàn)殡娮釉O(shè)備續(xù)航能力不足,造成不良后果。
針對(duì)上述問(wèn)題,本文以STM32F103ZET6為主控芯片,通過(guò)指紋采集傳感器采集背包使用人的指紋,發(fā)送給主控芯片核對(duì)特征碼,主控芯片再向電磁鎖扣發(fā)送相應(yīng)指令來(lái)快速識(shí)別背包使用人,達(dá)到防偷盜效果 [1]。即使使用者注意力沒(méi)有在背包上,也能放心地將心思專(zhuān)注于其他事情上。背包內(nèi)置的鋰電可通過(guò)無(wú)線充電來(lái)補(bǔ)充電能,回到家中放到固定的底座上即可補(bǔ)充電能。在外時(shí),其有多路不同的電壓輸出,能作為電子設(shè)備充電電源使用,使電子設(shè)備的使用不再受電源不足的制約。
2 整體設(shè)計(jì)方案
本項(xiàng)目主要包含兩方面的工作:一方面是電路元件的連接和組裝;另一方面則是運(yùn)算程序的編寫(xiě)。智能安全背包的總體框架如圖1所示。
智能安全背包的工作原理為:使用背包前,將慣用的指紋錄入指紋模塊中,使用背包時(shí)將提前錄入好指紋的手指置于指紋傳感器上,指紋模塊識(shí)別指紋特征碼正確時(shí),向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),單片機(jī)接受到數(shù)據(jù)后向電磁鎖模塊發(fā)送開(kāi)鎖指令,讓電磁鎖模塊解鎖,5s后單片機(jī)發(fā)送關(guān)閉指令,等電磁鎖合上時(shí),電磁鎖將處于關(guān)閉狀態(tài)。手機(jī)能通過(guò)藍(lán)牙模塊與單片機(jī)相互通信,其將作為直觀顯示設(shè)備,實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前背包狀態(tài),如剩余電量等。此外,也可通過(guò)手機(jī)向電磁鎖發(fā)送開(kāi)啟指令。同時(shí),藍(lán)牙模塊與手機(jī)連上后如若斷開(kāi),手機(jī)將立刻發(fā)出提醒以告知用戶背包與手機(jī)連接中斷。無(wú)線充電模塊啟動(dòng)時(shí),可利用電源模塊為鋰電池充電,鋰電池用作整個(gè)電路的電源。同時(shí),電源模塊也可向其他用電設(shè)備供電 [2]。
3 功能電路設(shè)計(jì)
3.1 指紋識(shí)別電路
指紋識(shí)別電路采用AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊。該模塊集成了光路和指紋處理部分,為一體化指紋處理模塊,具有體積小、功耗低、接口簡(jiǎn)單、可靠性高、識(shí)別速度快、干濕手指適應(yīng)性好和指紋搜索速度快等優(yōu)勢(shì)。
3.2 電磁鎖電路
電磁鎖電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,采用拉力式電磁鎖,由一塊拉力電磁鎖和插入式鎖扣結(jié)合工作。當(dāng)鎖扣插入拉力電磁鎖中時(shí),電磁鎖處于未通電狀態(tài),鎖扣無(wú)法由外力拔出。當(dāng)單片機(jī)接收到指紋識(shí)別電路正確的指紋特征碼時(shí),單片機(jī)連接繼電器的I/O口輸出高電平,電磁鎖與電源電路間繼電器打開(kāi),電磁鎖接通電源,將電磁鎖中軸拉開(kāi),釋放鎖扣,此時(shí)可打開(kāi)背包。程序設(shè)定若干秒后,單片機(jī)輸出低電平,繼電器關(guān)閉,電磁鎖斷開(kāi)電源,中軸彈出。中軸靠外一側(cè)為一斜切面,將鎖扣往斜切面垂直向內(nèi)用力,中軸將緩慢打開(kāi)直至電磁鎖中軸重新插入鎖扣。電磁鎖結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
3.3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路
無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路采用JDY-31藍(lán)牙模塊,基于藍(lán)牙3.0 SPP設(shè)計(jì),可以支持Windows、Linux、Android數(shù)據(jù)透?jìng)?,工作頻段2.4GHz,調(diào)制方式為GFSK,最大發(fā)射功率8dB,最大發(fā)射距離30m。
通過(guò)手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),藍(lán)牙模塊接收到數(shù)據(jù)后發(fā)送給單片機(jī),單片機(jī)識(shí)別到數(shù)據(jù)后產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的指令返還給各個(gè)模塊。例如,當(dāng)手機(jī)向藍(lán)牙模塊發(fā)送背包解鎖指令后,藍(lán)牙接收到指令發(fā)送至單片機(jī),單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后對(duì)應(yīng)I/O口拉高,磁力鎖打開(kāi)。
3.4 無(wú)線充電電路
無(wú)線充電電路由兩部分組成,分別是無(wú)線發(fā)射模塊和無(wú)線接收模塊。將220V家用電壓通過(guò)中間轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換到24V無(wú)線發(fā)射模塊上,無(wú)線發(fā)送模塊再連接到電感線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)共振。接收模塊的電感線圈感應(yīng)到磁場(chǎng)共振后通過(guò)接收模塊再輸出5V 4A為鋰電池充電。無(wú)線充電原理圖如圖3所示。
3.5 電源電路
電源電路連接鋰電池與無(wú)線充電和主控板,其用于輸出較為穩(wěn)定的電壓,讓整個(gè)背包系統(tǒng)工作穩(wěn)定。電源電路具有兩路輸入口和三路輸出口,其中一路輸入口接無(wú)線充電電路為鋰電池充電,另一路輸入口接電源適配器同樣為鋰電池充電。三路輸出口輸出不同的電壓值,其中一路接繼電器連通磁力鎖,另兩路分別為不同的電子設(shè)備充電。三路輸出口對(duì)應(yīng)的電壓分別為12、5V和20V。其中12V接繼電器到磁力鎖,5V 2A輸出接手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等低功耗設(shè)備,20V 3.25A接市面上常見(jiàn)的筆記本電腦 [3]。
4 結(jié)語(yǔ)
智能安全背包是一款涉及電子、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的設(shè)計(jì),是一個(gè)綜合性的應(yīng)用研究課題。本文從方便出行、安全保管重要物品等多個(gè)方面考慮,設(shè)計(jì)了一款多功能的雙肩背包。經(jīng)驗(yàn)證,背包功能穩(wěn)定,易于維護(hù),是一個(gè)比較實(shí)用的穿戴式智能設(shè)備。
參考文獻(xiàn):
[1]黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.
[2]劉軍,張洋,嚴(yán)漢宇.例說(shuō)STM32[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2014.
[3]梁森.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2018.