一种语音播报储物柜的设计

蓝国财，黄梅春，吴树添，黄驷基，欧城辉

(广西民族师范学院，广西 崇左 532200)

0 引言

随着我国社会经济水平的不断提高和互联网技术在不断发展[1-2]，目前储物柜已经被应用于更多的公共场合下，以适应人们对物品存储的需求。但是目前储物柜大多数采用的都是独立存储、自动存储或者纸质条形码存储，这类存储方式只会越来越费时费力，尽管条形码储物柜识别速度快、精度高、但折叠，搓揉后的条形码稍有损坏，这种储物柜识别率会大大降低，甚至会无法识别。并且条形码储物柜的打印纸是一次性的，用完后需要源源不断地加入打印纸才能使其正常工作，这样就大大增加了使用的成本，并且部分用户使用完条形码后会有将条形码乱丢、乱放的现象，这对环境造成极大的影响。这一系列问题表明条形码储物柜已经不能完全满足当前社会需求。于是本文提出一款语音播报的智能储物柜，该设计可以通过手机App扫码或者输入取件码即可完成取件操作，无需操作储物柜。通过蓝牙模块把储物柜的数据上传到手机App，管理员可以通过进入储物柜后台查看储物柜存储情况，与其他类型储物柜对比本设计具有管理方便、操作便捷、成本低、保密性更好的特点。

1 系统组成

本系统涵盖硬件与软件两大方面，系统总体由主控芯片、消杀模块、SIM800A短信模块、人机交互系统、门锁驱动和客户端App 6个部分组成。其中硬件方面包括STM32微控制器、LM2596S电源模块、消杀模块、SIM800A短信模块、电磁锁模块、HC-05蓝牙模块、HMI串口触摸屏，软件方面包含单片机程序开发、手机App客户端开发、HMI串口屏界面设计三方面相融合。系统框架如图1所示。

图1 系统框架

2 系统硬件设计

2.1 STM32F103C8T6单片机

采用STM32F103C8T6单片机作为该系统的主控芯片，主要负责管理系统内数据的发送和接收工作，通过自身的3个串口分别与HMI串口屏、SIM800A短信模块、HC-05蓝牙模块进行通信。STM32F103C8T6单片机 是基于 Cortex-M3 内核的 32 位高性能控制器[3]；具有两个12位A/D转换器、7通道DMA控制器、有64k的闪存存储器、20KB SRAM、多达80路快速I/O端口以及7路定时器和3路UASRT串口，最高频率高达72 MHz。与传统 8 位的 51 系列单片机相比，具有功耗低、处理速度快和硬件资源丰富等优点，其性能参数符合本设计的要求。语音播报储物柜主控系统电路原理图如图2所示。

图2 语音播报储物柜主控系统电路原理

2.2 HMI串口屏

HMI串口屏的分辨率高达800×480，屏幕显示清晰并且自带CPU处理器、数据存储器、可编程口、FLASH存储、音视频解码芯片、SD卡槽等外设。并且HMI串口屏具有触屏输入、按钮控件、音频控件、图片控件和定时器控件等多种组态控件，使得这款串口屏操作简单、开发方便、功能性强、使用范围广等优点。

2.3 SIM800A模块

本设计采用SIM800A短信模块实现取件码的发送，主控芯片通过串口2发送的AT指令给SIM800A短信模块，短信模块通过解析指令后给指定电话号码发送一个由主控芯片随机生成的6位数取件码。

SIM800A的工作频率是GSM/GPRS(900/1 800 MHz)，能够低功耗地实现语音[3],SMS以及数据信息等多种功能。该模块使用SMT封装双频GSM/GPRS模块方案，有处理器运行速度快、成本低、操作简单等优点，符合本设计需求。

2.4 消杀模块与电源模块

消毒模块通过超声波换能，使液态水分子经陶瓷雾化板高频共振分解为天然流动水雾，超声波可使水溶性药物在常温下雾化为1 μm～5 μm微雾颗粒作为消毒水介质，利用超声波的定向压力作用，将消毒水喷洒到物体表面，起到杀菌消毒的作用。

HMI串口屏、SIM800A短信模块、消杀模块都是需要5 V大电流来驱动的，主控芯片驱动电流是远远不够的，故本设计采用LM2596S电源模块可以更好地为本系统提供稳定的电源。

2.5 蓝牙模块

本设计使用主控芯片的串口3和蓝牙模块进行通信，实现数据的传输，蓝牙模块是主从一体的蓝牙串口模块所以蓝牙模块既可作为主机也可作为从机[4]。当我们需要蓝牙从主控芯片中获取数据时，蓝牙就作为从机接收数据，然后再作为主机给手机App传送数据由此实现数据的双向传输。

3 软件设计

本设计包含硬件程序设计和软件程序设计。硬件是基于主控芯片STM32F103C8T6单片机的C语言程序设计、HMI串口屏的界面设计，软件设计则是采用App Inventor在线网站图形化编程的方式实现。

3.1 STM32单片机的程序设计

本设计使用的编译平台是Keil5 MDK编译器，这款编译器功能非常强大，并且支持在线调试、仿真等功能。首先将主控芯片的3个串口分别与HMI串口屏、SIM800A短信模块和HC-05蓝牙模块用导线连接好。其电磁锁及消杀模块按照电路图分别用导线与主控芯片对应的IO口连接好即可，硬件连接完成后，即可对其程序进行编写，其主要程序就是如何处理串口接收和发送的大量数据，为解决这类问题，本设计采用结构体和数组的方式进行处理。将接收到HMI串口屏的数据存入数组中，经过主控芯片处理后随机生成一个6位数的取件码，通过SIM800A给对应用户发送取件码，同时主控芯片通过蓝牙模块给手机App云端发送数据以便管理员查看后台数据。单片机程序流程如图3所示。

图3 单片机程序流程

3.2 手机App的程序设计

App Inventor是一款完全在线图形化的手机App开发网站，这款在线手机App开发网站非常适合编程基础比较薄弱的人去使用，开发环境的大部分组件只需要在使用时去看一眼数据手册即可，使用时首先要对手机App的页面进行布局，这个布局的方式比较人性化，完全可以按照用户自己的想法，去进行布局，其布局就是将用户需要的按钮、图片、标签、文本输入框、密码输入框、各类传感器、多媒体等组件拖拽到对应的屏幕位置中即可，最后一步就是编写程序了，与其说是编写程序，不如说是玩俄罗斯方块，这个程序的编写只需要把对应的代码块拼接到一起即可完成程序的编写，不需要花太多的时间去学习和钻研这个程序如何编写，极大程度地方便了开发人员和初学者。

3.3 HMI串口屏的界面设计

USART HMI编程软件是一款完全基于C语言的编程环境，并且HMI串口屏是支持触屏的，不仅如此，HMI串口屏还可以通过插入视频控件，来播放广告或者宣传其他产品。所以本设计采用其代替按键和其他显示屏的显示工作。首先第一步是界面的布局，打开USART HMI软件通过在工具栏添加对应的文本框、按钮、图片、二维码、音频和视频等多种组态控件，该系统总共制作了3个页面，分别是选择存取件页面、取件页面、存件页面。第二步是对HMI串口屏的程序编写，主控芯片可以通过串口1发送指令来更改HMI串口屏的显示内容和切换音频。第三步使用串口下载工具连接到电脑把程序下载到屏幕即可。用户取件页面设计如图4所示。

图4 用户取件页面设计

4 结语

本设计介绍了结合手机App对储物柜进行物品的存取操作，在取件和存件时采用智能语音播报的方式提醒用户，以便在柜门较多的场合下，用户打开柜门后找不到自己所打开的是那个柜门的问题。经实践证明该设计可行性高、操作简单、安全性好、运营成本低等优点，符合目前社会的需求。