基于NFC設計的新式建筑物標簽

2021-08-18 23:23劉佳金劉志文朱曉駿
電腦知識與技術 2021年18期
關鍵詞:IC卡樓宇路燈

劉佳金 劉志文 朱曉駿

摘要:以往的建筑物標識牌功能單一、安裝位置過高容易發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褪色、變形、脫落等問題;本設計是一種新的建筑標簽技術,將射頻識別技術應用與樓號以及路燈結合,做成一個功能完善的樓號顯示系統和光線昏暗時的路燈指引系統。IC射頻卡存有一份該區域的詳細信息,能夠實時更新,掃描IC卡獲得樓號信息,可使用支持NFC的手機接觸標簽快速獲取。

關鍵詞:IC卡;射頻識別

中圖分類號:TP311? ? ? 文獻標識碼:A

文章編號:1009-3044(2021)18-0230-03

開放科學(資源服務)標識碼(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設計思路和要點

隨著科學的進步、社會的發展,各種相關的科學技術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品、節能產品,這些影響著我們原有的設計觀念。像NFC,RFID芯片的應用越來越多,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,像手機模擬小區門卡,用手機刷公交等。技術發展的越來越快,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眾多功能應用中的一個。如何改善和提高住宅區的路燈系統,為城市居民創造一個更加舒適的生活環境這正是我們目前要去研究的課題。這里結合實際操作中的設計經驗,對小區路燈的設計要點做進一步的探討與分析。

2項目前景

本產品是將先進的光源產品同節能與RFID控制系統相結合,旨在改善和提高住宅區的地燈引導系統,為居民創造一個更加舒適的生活環境。在很多小區采用的路燈都是在晚上一直亮著,浪費了資源。在國內某些道路采取了自動檢測來往車輛亮燈,但因小區的特殊性該模式無法轉移到小區中使用,而我們的創新剛好解決了這一難題。此產品當前尚未出現在國內外市場,屬于經濟環保型產品,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。在當前市場銷售方面有著廣闊的發展優勢和應用前景。并且隨著現在樓宇的不斷增加以及城鄉居民區的不斷改建,在此更加突顯出本次裝置對現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志牌的使用,可極大地減少標志牌的建設投資以及維護資源的浪費。

3項目規劃

對于本項目我們采取邊設計邊解決問題的方法,通過前期論證證明技術的可行性,在問題分析和收集資料的過程中發現出現的問題,查閱相關資料,探索解決這些問題。在各方面技術都得到一定量提高的基礎下完善電子芯片的制作與電子芯片信息的錄入,從而實現電子芯片中的信息可被讀取設備所識別。在完成這些基本模塊調試和正常使用的前提下,模擬實現小區中的實際情況將路燈調制成“地燈指引模式”,完成這些后進行燈罩外殼的制作和撰寫使用說明書。

4創新點

本項目有兩個創新點:

第一點是樓號顯示系統。使用IC卡在小區入口處刷卡,就可以呈現出這個小區的詳細地圖和需要到達的樓號,比如:當一個新人進入一個陌生環境后,例如一片小區一所高校或者一片工業園,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位置的詳細信息。有利于幫助外賣和快遞等相關工作人員的工作。

第二點是地燈指引系統。我們通過IC卡與小區的地燈結合。小區用戶在晚上回家時可在小區入口刷IC卡,此時從入口到該住戶樓宇的地燈便會全部亮起,幫助用戶快速地找到回家路徑。在用戶到達自己小區樓宇刷卡進入樓層后,相關的地燈即會自動關閉,極大地節約了小區的用電資源。還有效地解決了小區路燈不夠亮的問題,對這些進入小區的人,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,該技術科識別多個IC卡標簽的信息,其自動帶的天線讓RFID標簽與讀卡器可通過通訊信道的方式進行數據的傳輸。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。而在本次設計中,我們將IC卡的卡號經過特殊的取值計算后得到有效的三位數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。讀卡器將讀取的數據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,主要功能是當用戶第一次使用這個設備時,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卡只針對本小區的住戶進行注冊和發放,所以對于外賣和從事快遞相關的用戶來說可以在線申請IC卡,在申請IC卡的同時系統會要求用戶填寫用戶類型,比如小區的住戶就填寫住戶,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

樓號系統主要通過讀取IC卡內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卡寫入相應的1、2、3等樓號。當人們掃描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的數據讀取,也可知道該棟樓樓號。

5.3路燈指引系統

該系統是我們最為突出的地方。我們通過IC卡與小區的地燈結合。小區用戶在晚上回家時可在小區入口刷IC卡,此時從入口到該住戶樓宇的地燈便會全部亮起,幫助用戶快速地找到回家路徑。在用戶到達自己小區樓宇刷卡進入樓層后,相關的地燈即會自動關閉。極大地節約了小區的用電資源。同時我們也設計了相關的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,系統會根據時間來判斷路燈指引系統是否啟動,當時間是白天時,路燈指引系統不會啟動,減少了能源損失。當時間是晚上時,路燈指引系統會自動啟動,用戶到自己樓宇之間的地燈會亮起,直到用戶解鎖了樓宇的門禁時,地燈才會關閉。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,當時間超過30時分鐘時,地燈的亮度會變暗。如果超過2小時,地燈就會關閉以此來減少電力的消耗。當地燈變暗時,有人刷卡,地燈就會進入正常工作狀態。

5.4 系統模塊

為了將裝置設計得更加簡單同時還能完整地實現功能,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,可在后期進行生產時可節約購買者的成本,增加該裝置的性價比和維修成本。由于產品結構并不是過于復雜,因此在安裝和維護時就顯得非常輕松。

如圖4所示,這個是本設計的各模塊總圖,由按鍵接口模塊,89C51系統模塊,液晶顯示器模塊,電源管理模塊組成,89C51系統模塊是本設計的中央控制中心,用于處理各種信息和給各個模塊發放指令。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,對裝置進行相應的供電,極大提高了裝置的便捷性。

6項目總結

我們的創新點在于樓號顯示系統、地燈指引系統。在小區入口處刷卡,就可以呈現出這個小區的詳細地圖和需要到達的樓號,并且我們還把系統和小區的地燈相結合,在用戶刷完IC卡后從入口到該住戶樓宇的地燈便會全部亮起,幫助用戶快速地找到回家路徑。我們把樓號系統與路燈系統加入我們設計當中提高了我們使用的方便性,同時也提高了適用范圍。

在設計當中我們利用IC卡的編號加以計算得到三位有效數字作為我們的識別位。同時采用了RC522模塊作為讀卡模塊。用讀卡器讀取數據將數據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加以改進,實現互聯的效果。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動高精度GPS模塊對地圖內的點進行采集,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,會越來越多地實現萬物互聯,同樣這也是我們努力并且需要學習的方向。要從生活中發現問題,通過自己所學的知識來改善這些問題。

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【通聯編輯:唐一東】

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