远程电子储物箱系统设计

摘要：介绍了一种使用ARM（Advanced RISC Machines）的储物箱控制系统，该系统的优点在于可以通过互联网与上层管理计算机相连接，在任何有网络的地方，只要身份验证登录成功就可以对储物箱进行监控，实时了解储物箱的储物情况。该控制系统由上位机控制管理与下位机底层接口控制两部分组成。着重介绍下位机控制部分，即使用ARM作为主控芯片，实现与键盘、显示、指纹扫描及驱动电路的接口设计，两部分之间采用互联网通信方式进行数据交换。

关键词：网络技术；电子储物箱；数据库；商业秘密

中图分类号：

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2014）003-0091-03

0 引言

当前使用的寄物柜大多属于机械式的，其钥匙由专人保管，可随身携带或授权保险机构代为保管。但是，各类场所不可能都设置专门存放物品的保管机构。随着信息技术的不断发展，从最原始的人工寄存、自助寄存，到完全取代传统机械锁具的自动化寄存，以及近几年来智能化寄存的迅速发展和推广，传统的寄存方式在逐渐发生着改变，服务方式更加科学化、人文化，储物箱也朝着智能化方向发展。据此，设计一种电子储物箱，此电子储物箱是为了满足公共场合大众存储物品而设计的，后来将其运用于文件管理，但对于保密文件或其它保密物品只能在保密环境下使用，谁上班谁使用，下班必须存回保密文件柜中。针对这一特点，设计了基于互联网的电子储物箱数据库管理系统。

1 硬件系统总体设计

远程电子储物箱管理系统的硬件电路主要有电源电路、控制核心电路、显示屏+触摸屏电路、储物箱驱动电路、指纹采集电路、通讯电路六大模块。系统结构如图1所示。

1.1 指纹采集电路

指纹采集芯片采用美国Veridicom先进的电容式指纹传感器芯片FPS200，FPS200内部的控制电路如图2所示，FPC1011与控制核心接线如图3所示。

FPS20O电容式指纹传感器在1.28cm×1.50cm的表面集成了256×300个电容器，外表面是绝缘层，当用户的手指放在上面时，由皮肤来组成电容阵列的另一面。电容器的电容由于导体间的距离而降低，即脊 （近的）和谷（远的）相对于另一极之间的距离。通过读取充放电之后的电容差值来获取指纹图像。

FPS200传感器的每一列都有两个采样一保持电路，一个用来存储放电前电容两端的电压，另一个用来存储放电后电容两端的电压。两个采样一保持电路的差值可以度量电容的变化。首先指定行高阶地址寄存器（RAH）和行低阶地址寄存器（RAL） 中的数据以指定待读取的行，再指定列地址寄存器（CAL）从而启动行捕获，等待一段时间（行捕获时间）后，连续读取控制寄存器（CTRLA），获得某一点的指纹采样值。读完会自动触发下一次A/D转换，读完一行后再写入RAH、RAL以读取下一行 ，直至最后一个像素。

当手指接触传感器导电框以后，谷和脊因为离传感器阵列的距离不同，产生了不同的电容值，经过运算放大电路，形成不同的电压值，通过内部的A/D转换，获得高质量的数字指纹图像。

1.2 触摸显示电路

选用T1公司新一代四线电阻式触摸屏控制器ADS7846，图4给出了本设计中与触摸屏部分相关的接口电路，其中两个辅助输入端接地不用，ADS7846的片选信号和忙信号脚都接到MCU的通用引脚上，其它则接到SIO的相应控制脚上，笔中断信号（PENIRQ）接到外中断3上。启动转换分两次进行，分别获得X和Y方向的坐标。如图4所示，ADS7846接到MCU的SIO控制单元，该SIO单元可工作在SIO模式也可以工作在普通I/O模式。触摸传感部件是一个四线电阻屏幕，屏上引出四根线，分别对应X轴和Y轴各两根。测量X方向时，将X+、X-之间加上参考电压Vref，Y-断开，Y+作为A/D输入，获得X方向的电压。同理，测量Y方向的时候，将Y+、Y-之间加上参考电压Vref，X-断开，X+作为A/D输入，进行A/D转换获得Y方向的电压，再完成电压与坐标的换算，整个过程类似一个电位器，触摸不同的位置分得不同的电压。

液晶屏背后有一个40p的PFC连接器，通过FFC/FPC软排线连接到本设计的系统主电路板，电路板上是对应的FFC-40p接口，如图5所示的XS3接口。触摸屏是7寸电阻式触摸屏，自带一根4 pin的排线，直接连接到系统主电路板上的FFC-4p接口，如图5所示的XS5接口，4p排线代表触摸屏的4个方向，4个接口处都加一个22pF的滤波电容。

1.3 驱动电路

储物箱使用电控锁，由继电器控制，本设计中控制核心通过ULN2003A驱动继电器，从而控制储物箱的开合。ULN2003是大电流驱动阵列，多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中，可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。

ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由7个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下： ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。

2 软件设计

自动储物柜下位机软件具体设计过程如下：

（1）判断是否有键按下。若有键按下，并且有键或者触摸显示主界面，选择“管理员界面”转到步骤（2），“用户界面”转到步骤（5）。

（2）“管理员界面”。进入管理员界面之后，首先管理员要输入自己的密码，刷入IC卡、指纹，通过验证后显示“添加用户”和“删除用户”两个界面。“删除用户”转到步骤（3），“添加用户”转到步骤（4）。

（3）“添加用户”界面。包括录入新的指纹、刷入IC卡和设置初始密码，保存后返回到主界面。

（4）“删除用户”界面。选择所要删除的用户，再次输入管理员密码，刷入管理员IC卡和指纹后，确定并删除，返回到主界面。

（5）“用户界面”。进入用户界面后，显示“取文件”和“存文件”两个选项。选择“存文件”转到步骤（6），选择“取文件”转到步骤（7）。

（6）“存文件”界面。用户选择存放文件后，系统自己判断是否有空箱，若有空箱系统自动弹开，用户放置文件并选择文件保密级别（绝密/机密/秘密），放置完成关箱后返回到主界面。

（7）“取文件”界面。用户选择拿取文件后，输入所要拿取文件的箱子编号，系统判断文件所属的机密级别。文件属于绝密，转到步骤（8）；文件属于机密，转到步骤（9）；文件属于秘密，转到步骤（10）。

（8）文件属于绝密，则用户想要拿取文件，必须密码、指纹和IC卡三者全部都输入，并且验证通过后才能够拿取。

（9）文件属于机密，则用户想要拿取文件，只需要密码、指纹和IC卡三者中的两者输入，并且验证通过后即可拿取。

（10）文件属于秘密，则用户想要拿取文件，只需要密码、指纹和IC卡三者中的任一种输入，并且验证通过后即可拿取。

（11）文件拿取完成关上箱子门后，系统自动记录开箱的用户、开箱时间，以及开箱的号码、文件级别等一系列相关信息，以便查询和管理。

正常情况下系统设计总流程如图7所示，考虑到有异常情况时流程中有中断服务子程序，即下位机判断是否是来自上位机的数据来判断是否强制开门，因此本系统采用这样的形式来实现自动存取物品，并且对异常处理也能够很好地加以解决。

3 结语

本系统采用了上位机和下位机的通信，把下位机的数据传至上位机，可让管理员实时监控储物柜的状态，并能针对异常情况进行上位机处理。对客户丢失条形码能作实时处理，并且设置报警标志送至下位机实现整个系统的智能化。电子储物箱数据库系统设计解决了远程查询管理储物箱问题，同时也解决了储物箱文件柜的保密泄密问题，方便了各种保密文件的借阅，从网上就知道保密文件的借阅人、借阅时间，以及保密文件有哪些人调阅等信息。

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