多选择解锁的雨伞放置器
摘 要：本文简要介绍了目前雨伞寄存时存在的易丢失、错拿等问题，结合电磁学、无线技术、电路原理、自动控制原理等方面知识，在普通伞架的基础上设计制作了一种可以记录个人信息与通过电子控制开锁的多选择解锁的雨伞存放装置，并对其原理与多选择解锁带来的便捷使用方式进行了详细的阐述，最后我们对此装置在共享模式和便民服务方面的应用与推广进行了展望。
关键词：雨伞存放 多选择解锁 共享模式 便民服务
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（a）-0151-03
1 研究背景
雨天出行时，雨伞作为一种不可或缺的携带品，其随意放置导致的丢伞现象成为一个值得引起重视的问题。通过校内问卷调查（70.99%调研对象为大一、大二学生），我们发现大学在校期间，58.2%的学生存在丢失过雨伞的情况，其中，雨伞丢失数量达到三把及三把以上的占总调查人数16%，这表明大学生丢伞问题或者丢伞问题，是一种普遍现象。调查还发现，53.69%的学生在教室丢失过雨伞，39.6%的学生在图书馆、商场丢失过雨伞，错拿、忘拿雨伞是雨伞丢失的主要原因。因此，教室、图书馆、商场等公共场所都急需一种便捷安全的雨伞放置装置。此外，调查显示，95.31%的大学生认为，刷卡开锁方式放置雨伞优于钥匙开锁方式。而我们设计的多选择解锁的雨傘放置器利用不同类型磁卡进行刷卡开锁和精准的数据记录，在刷卡放伞时自动开启雨伞锁环，防止雨伞错拿现象。若此装置效果良好，在后续的开发中，即可进一步建设提供刷卡借伞服务的平台，以建立一种安全有效的“共享雨伞”新模式，成为一项有利的便民新举措。
2 系统结构单元
伞架示意图如图1所示，其中1是磁卡刷卡器；2是单片机；3是数据储存模块；4是稳压模块；5是蜂鸣器；6、7、8、9、10、11是电控锁；12是整个装置的外金属框架；13是锁环；14、15是万向轮；16是电源线；17是信号线；18、19、20、21、22、23是指示灯。
2.1 磁卡模块
磁卡刷卡器1用于接收磁卡信号，将持卡人磁卡信息储存于数据储存模块3，并将该信号传输至单片机模块2。
2.2 单片机模块
单片机2用于分析处理磁卡信号，并根据情况打开电控锁6、7、8、9、10、11中指定电控锁，控制蜂鸣器5发出一段短提示音。
2.3 电控锁组
电控锁6、7、8、9、10、11用于在单片机2的控制下开启，使用户能够存取雨伞。
2.4 指示灯组
指示灯18、19、20、21、22、23用于在单片机2的控制下通过闪烁提示用户电控锁已打开。
2.5 蜂鸣器
蜂鸣器5用于在单片机2的控制下通过鸣叫提示用户电控锁已打开。
2.6 供电模块
稳压模块4和电源线16配合工作，组成供电模块，用于给控制模块供电，以确保控制模块正常工作。
2.7 外壳及底座
整个装置的外金属框架12作为支架，万向轮14、15方便装置移动。
3 工作原理及逻辑流程
3.1 工作原理
（1）电源开启，系统参数初始化。
（2）判断磁卡刷卡器是否检测到磁卡信息同时判断是否有按键输入，若检测到磁卡，则读取持卡人磁卡信息并进入流程a，若检测到有按键输入，则进入到流程c。
①流程a。
1）判断磁卡信息对应电控锁编号是否为第一个电控锁编号，若是，直接进行步骤3），若否，则进行步骤2）；
2）判断磁卡信息对应电控锁编号是否为下一个电控锁编号，若是，进行步骤3），若否，则继续重复步骤2），若无下一电控锁，进入流程b；
3）打开此编号对应电控锁并把当前电磁锁次数清零，蜂鸣器发出一段短提示音、指示灯闪烁一次，结束流程。
②流程b。
1）检测第一个电控锁打开次数是否为1，若是，进行步骤Ⅱ，若否，则直接进行步骤3）；
2）检测下一个电控锁打开次数是否为0，若是，进行步骤3），若否，则继续重复步骤2），若后续无可检测的电控锁，则发出一段长提示音，回到流程2；
3）打开此时检测的电控锁，蜂鸣器发出一段短提示音、指示灯闪烁一次；
4）将此张磁卡信息写入到单片机中与此电控锁相对应的位置，回到流程2。
③流程c。
1）检测下一按键输入，直到输满，等待用户确认，确认完毕后进行步骤2）；
2）检测当前输入密码是否正确，若是则进入步骤3），若否则回到流程2；
3）打开此时检测的电控锁，蜂鸣器发出一段短提示音、指示灯闪烁一次；
4）若输入需要打开的电控锁编号，则打开相应的电控锁，若输入退出，则回到流程2。
3.2 逻辑流程
本装置的逻辑流程图如图2所示。
3.3 理想化模型的说明
伞架的电控锁锁只设置了自动打开，无自动关锁功能，需要用户自行关闭。根据实际情况，放伞时用户必定会将锁关闭（否则雨伞无法放在伞架上）；取伞后，根据用户在生活中使用商场寄存柜的经验，用户一般会习惯性将锁扣关闭，若用户不慎忘记，后来的用户也一般不会将伞直接放入。若真有不慎将雨伞放入未关闭的锁中的情况出现，我们也有设置管理员解锁模块，用户可联系管理员取伞。
4 模块参数及选择考量
系统主要由单片机模块、稳压模块、显示模块、射频模块4部分组成。
4.1 单片机模块
本装置使用STC89C52RC单片机，其是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。
（2）工作电压：5.5～3.3V（5V单片机）/3.8～2.0V（3V单片机）。
（3）工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的 0～80MHz，实际工作频率可达48MHz 。
（4）用户应用程序空间为 8K 字节。
（5）片上集成 512 字节 RAM。
（6）通用I/O口（32个）复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
（8）具有EEPROM功能。
（9）具有看门狗功能。
（10）共3个16位定时器/计数器，即定时器T0、T1、T2。
（11）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
（12）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。
（13）工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。
（14）PDIP 封装。
4.2 稳压模块
本装置使用LM1117线性稳压集成电路，LM1117是三端可调输出的线性稳压器集成电路。LM1117的输出电压范围是1.2～37V，负载电流最大为1.5A。
在本装置中选用的是3.3V的规格，不需要调节电压，所以不需要加电阻，但为了保证输出电压稳定，加入了输出电容和输入电容。
4.3 显示模块
在本装置中使用的是LED显示屏，1602LCD主要技术参数为：显示容量为16×2个字符，工作电流为2.0mA（5.0V），模块最佳工作电压为5.0V，字符尺寸2.95mm×4.35mm（W×H）。
4.4 射频模块
在本装置中使用的是RFID-RC522射频模块，MF RC522 是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低 电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携 式手持设备研发的较好选择 。
MF RC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持ISO14443A的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶 &CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE？更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。
作为13.56MHz高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522与MF RC500和MF RC530有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取SPI、I2C 或串行UART（类似RS232）模式之一，有利于减少连线，缩小PCB 板体积，降低成本。
5 结语
随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，国家大力提升发展质量和效益，更好地满足人民日益增长的美好生活需要。本组提出的模型以人流量大的场所为背景，使用磁卡识别技术以达到利用不同种类磁卡进行多选择解锁，极大地提高了雨伞存取效率并增强了雨伞存取安全性，实现了更为便捷的人机交互，且该装置具有多选择的解锁功能，能够有效识别校园卡、图书卡、银行卡等磁卡，适用广大人群与多种场合。若此装置效果良好，在后续的开发中：第一，可以在不同场地进行放置，有效防止雨伞丢失，解决生活中极其普遍却让人困扰的丢伞问题，以此作为一项便民措施；第二，可进一步建设提供刷卡借伞服务的平台，以建立一种安全有效的“共享雨伞”新模式；第三，可为其他寄存服务带来多选择解锁的新思路。
参考文献
[1]孤灯下亮.共享雨伞离不开信用做伞架[J].人民法治，2017（7）：66.
[2]王红林.基于RFID技术的门控管理系统设计与实现[D].南京信息工程大学，2006.
[3]秦阳，高欣怡，王宇娣，等.基于校园卡的智能诚信伞架——建设诚信校园[J].科技经济市场，2017（3）：135-136.
[4]刘升涛.基于RFID的智能工具管理系统的设计与实现[D].西南交通大学，2017.
[5]郁美霞. 基于校园卡的智能储物柜人机交互系统的设计[D].兰州交通大学，2015.
[6]陈晓萌.报警防丢 预报天气 智能雨伞来了！[N].消费日报，2016-05-27.