基于STM32單片機的智能手機柜的設計與實現

徐帥，韓穎，沈宇杰

杭州蕭山技師學院，浙江杭州，311200

0 引言

手機已成為現代生活中不可或缺的工具之一，尤其對于中高職學生而言，其手機依賴程度更高。然而，學校禁止攜帶手機進入教室或學習區域，學生離?；蚵撓导议L無法取得有效的信息溝通。為了解決這一問題，需要提供便捷的手機存取服務，本研究設計實現了一種基于STM32單片機的智能手機柜，為學校和教育機構提供了一種解決方案。智能手機柜有望在學校和其他場所發揮重要作用，為學生提供便捷的手機存取服務，同時培養學生合理使用手機的意識和習慣。

1 系統結構

該設計由電源管理、ESP8266WIFI模塊、指紋模塊、觸摸屏模塊、檢測電路、電磁鎖模塊等部分組成，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

1.1 檢測電路

手機檢測電路通過紅外傳感器，對箱體內的物質進行檢測，并將檢測結果反饋到顯示屏上，并反饋到教師端APP上。

1.2 指紋模塊

當學生在規定時間內領取手機時，通過在學生端刷自己的指紋，打開自己的柜子，將手機拿出。

1.3 觸摸屏模塊

觸摸屏進行界面顯示，顯示手機柜中手機存在與否及相應位置，同時作為密碼輸入的顯示界面、指紋錄入的顯示界面、電子時鐘顯示界面、手機柜的實時狀態顯示等。

1.4 ESP8266WIFI模塊

ESP8266是一款低功耗的UART-WIFI透傳控制模塊，可把用戶的物理地址傳送到WIFI網絡上，開展物聯網技術或局域網絡通信，完成連接網絡作用，完成手機柜的學生端與教師端間的聯網。

1.5 電磁鎖模塊

本產品的門鎖采用電磁鎖，使用便捷。

1.6 電源管理

考慮到產品的便捷性，電源管理部分采用3.3V直流電源供電，同時為了滿足更多的教室設計要求，也提供交流220V電源，經過小型變壓器后，再通過直流穩壓模塊最終將交流電轉化成直流電。

2 電路與程序設計

2.1 檢測電路的分析

手機檢測原理圖如圖2所示。紅外傳感器的發射端不斷向外發出紅外線，當發出的紅外線沒有碰到物品或者沒有接收到返回來的紅外線的時候，在輸出端就會輸出一個高電平，開關顯示燈此時處于熄滅狀態[1-2]。當被測手機在被測范圍之內時，發射端發出的紅外線碰到手機時，就會將紅外線返送回傳感器的接收端，此時，在輸出端就會輸出一個低電平，開關顯示燈此時處于點亮狀態。

圖2 手機檢測原理圖

2.2 ESP8266WIFI模塊

此模塊以ESP8266模組為核心，配合穩壓電路、USB-TTL電路、串口下載電路，實現ESP8266的SDK開發，實現物聯網功能。配合以OLED、DHT11模塊，實現溫度上報到云端、顯示云端下發的消息等。其實物圖如圖3所示。在本設計中，采用ESP8266WIFI模塊實現學生端與教師端之間的通信，通過通信協議將兩者進行數據的傳輸。

圖3 ESP8266WIFI 模塊實物圖

2.3 STM32單片機

在設計初，考慮到模塊的復雜和多樣性，傳統的STC芯片恐難勝任，所以選擇了相對更高級的STM芯片，STM相比STC的優勢在于：模塊化接口相對更加簡單、工作速度快、高性能、低成本、時鐘頻率快、外設多、有三個串口和多個定時器I/O口等[3-4]。當然，這也與芯片的使用息息相關，如：指紋、觸摸屏、WIFI模塊剛好用完三個串口、在切換時間時定時器有一定的精度等。

2.4 指紋模塊

處理芯片內嵌DSP運算單元，搭載了指紋驗證優化算法，能有效迅速收集圖像并識別指紋特點。模塊配置了串口通信、USB通信接口，客戶不用研究繁雜的數字圖像處理及指紋驗證優化算法，僅需通過串口通信、USB通信依照通信協議便能操縱模塊[5-6]。系統可錄入指紋數量達300枚，實物圖如圖4所示。

圖4 指紋模塊實物圖

2.5 程序流程圖

控制程序流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

3 硬件可實現功能

功能界面如圖6所示。

圖6 功能界面

（1）上電時初始化，并對指紋模塊進行檢測。

（2）時鐘顯示，可隨意更改時間，精準誤差值在0.0001。

（3）管理員界面：①有密碼鎖，可用密碼進入管理員界面；②有指紋鎖，可以精確比對、添加和刪除指定的指紋；③可在觸摸屏界面進入管理員界面，并進行對柜子的開關（全開單開）；④可重置密碼，方便快捷，支持多位。

（4）學生界面：①設定的時間為7:30～16:30，在這段時間內學生指紋是無效的；②如果在7:30～16:30之外，學生可以進行放入手機和拿出手機等操作。

（5）WIFI界面：①可使用微信小程序進行遠程操控；②可以對端口進行PWM輸出，為后續的開發做鋪墊；③可以進行登錄操作，確認柜子的身份信息。

4 總結

基于STM32單片機的智能手機柜設計面向對象非常廣泛，尤其對于技工院校班級手機管理，通過傳感器的集成，形成一個有效的手機閉環管理系統，能夠精準地把控班級手機上交情況，更好地服務于班主任班級手機管理。本款基于STM32單片機的智能手機柜，相比市面上的智能手機柜，在功能上更加全面，在使用體驗上更加方便，易操作，因此具有推廣應用的價值。