基于單片機的智能書報柜設計

楊思琪，李智婧，蔣興梅，付宜帆，于海霞

（大連理工大學城市學院，遼寧 大連 116000）

0 引 言

智能書報柜是一個可以體現在架圖書的實時管理系統[1]，它即可以使用RFID技術查找在架圖書中所有物品的標識，又具備監(jiān)控圖書書籍、庫存、追蹤書號、展示書籍等功能[2]。智能書報柜具有快速檢測特性，準確定位等功能。通過在書架上安裝RFID設備，便能順利查找每一本圖書上的RFID標簽，從而實現實時清點圖書館圖書庫存及圖書定位等功能。

文中開發(fā)設計了占地面積小、穩(wěn)定性強、可準確記錄圖書館圖書信息、可靠性高的一款智能書報柜[3]。

1 整體方案設計

本次智能書報柜系統的硬件采用STC89C52單片機系統作為控制器，同時將該系統分成了RFID模塊、LED顯示模塊、按鍵模塊和報警模塊。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構

2 系統設計

2.1 STC89C52簡介

STC89C52是一款低功耗CMOS微控制器、只讀存儲器、可編程FLASH存儲器。STC系列單片機使用典型的MCS-51內核，該內核與工業(yè)領域的引腳輸入和輸出兼容，同時也對芯片作了諸多改進[4]。

STC89C52單片機具有512字節(jié)的RAM，32位輸入/輸出線，內置E2PROM、復位電路和4個外部中斷，具有全雙工串行口[5]。

2.2 射頻識別技術

射頻技術較常見的應用包括無線射頻識別RFID，通常稱為感應電子芯片、感應卡、非接觸卡、電子標簽、電子條形碼等。其原理是傳感器向接收器發(fā)送頻率特定的無線電波，接收器電路發(fā)送內部代碼，掃描器接收此代碼[6,9]。

RFID是一種非接觸式自動識別技術，它能夠自動識別目標物體并通過射頻信號獲取相關數據[7]。一套完整的RFID系統由閱讀器與應答器構成。閱讀器發(fā)射出特定頻率的無限電波能量傳送給應答器，再由應答器驅動傳遞內部的ID卡信息，之后，顯示器接收此信息[8]。

2.3 顯示模塊

LCD顯示模塊是一個16×16的黑白屏幕矩陣。它通過SPI接口模塊連接微控制器接口和芯片選擇線，并以掃描模式顯示圖像。微處理器通過SPI接口向16位數據模塊的LED屏幕傳輸信息，然后通過SN74HC595N對16位數據進行鎖存，之后通過SN74LS138N選擇數據并顯示數據。依次發(fā)送并顯示16行數據，當速度超過每秒50幀時，由于人類視覺的滯留效應會看到一幅完整的畫面[10]。液晶顯示屏如圖2所示。

圖2 液晶顯示屏實物

2.4 按鍵模塊

按鍵模塊是具有數字、移動、確認和退出等功能的矩陣式鍵盤。行列選線均采用一位輸入、一位輸出模式，行選線通過上拉電阻連接電源，在無按鍵的情況下保持高電平狀態(tài)，利用中斷掃描的方式工作；在有鍵按下時，該處的輸入為低電平并產生中斷信息，然后利用鍵盤掃描程序確定按下的鍵。鍵盤接口電路如圖3所示。

圖3 鍵盤接口電路

2.5 報警模塊

報警模塊由蜂鳴器、電阻和三極管組成。圖4中的限流電阻R1起到了分壓器的作用。當微控制器在I/O口輸入低電平時，三極管處于導通狀態(tài)。循環(huán)回路使蜂鳴器發(fā)出聲響，蜂鳴器與顯示屏并聯，LCD顯示屏會隨著蜂鳴器的響動而發(fā)光。在書報柜打開運行過程中，當書報柜有異常情況時，蜂鳴器將依靠PNP型三極管放大信號并發(fā)出“嘀”的聲音，提醒工作人員書報柜出現異常，在借閱者刷卡結束后，蜂鳴器聲音停止。報警功能可以一定程度上對電路起到保護作用。

圖4 報警模塊

3 軟件制作

軟件是智能書報柜設計的一個重要環(huán)節(jié)。本文設計包含主程序部分、LCD顯示子程序、按鍵子程序、讀卡子程序、報警子程序。本系統為了嚴格確保智能書報柜系統正常工作，系統采用時間中斷來完成讀取數據、按鍵分析以及定時存儲卡上數據等任務。

主程序需要完成的功能包括系統時鐘初始化、定時器初始化、顯示初始化等。進入初始化流程后，可以完成每一個單元的設置和配置，最后是智能書報柜設計系統的主程序。通過鍵盤按鍵、射頻卡的讀刷取等子模塊分別控制本文設計的各種所需功能。刷卡程序的設計包括對射頻卡的識別以及讀寫等；智能書報柜系統接口通信模塊主要接收外部指令以及書報柜系統的輸出結果指令，以此保證通信的可靠性和有效性。系統主程序流程如圖5所示。

圖5 系統主程序流程

4 結果調試

第一步是硬件調試，檢查線路是否存在錯誤，如電路短路、開路等，若發(fā)現問題要及時解決。調試準確無誤后執(zhí)行電路板焊接及實物制作。首先，下載程序并單擊調試按鈕以查找問題。例如在調試過程中，發(fā)現由于電路板電路中的印刷問題導致電路短路，甚至電路模塊無法接通，就需要將電路板上短路的電路進行焊接?；蛘叻澍Q器有時會因為其他原因導致聲音較小或者未蜂鳴等。

第二步是軟件調試，系統開機前通常會進行全面系統檢查。通過測試和檢查，可以更好地發(fā)現設計中的錯誤與問題并及時處理，確保系統的穩(wěn)定性。

5 結 語

隨著人們生活水平的提高，人們對智能產品的要求愈來愈高，而傳統的書報柜因為增大了員工的工作量與成本壓力，已無法滿足當前需求，因此設計一款新型智能書報柜乃大勢所趨。本文針對以上問題研究了一款新型可刷卡自助智能書報柜。此次設計的書報柜采用RFID技術、ID刷卡識別模式及閱讀模式進行借還書檢測，不僅可以方便用戶及時查看書籍、存儲書籍及借還書籍，還可以方便管理員對整個系統進行監(jiān)控。系統實物如圖6所示。

圖6 系統實物