基于物联网的手机来电提醒智能储物柜设计

马国超 陈志超 唐钰璇 杜锐 李明

摘 要：该文研究了基于物联网的手机来电提醒智能储物柜系统，其不仅具备安全以及密封两大特点，还能智能提示用户柜内手机是否来电，解决了因密封性导致的信息传递不畅的问题。该系统主要由信号检测传输模块、信号处理模块、主控模块、通信模块、射频锁模块、显示和提示模块六部分组成，利用ZigBee技术将储物柜以及服务台组合成局域网，用屏幕显示文字及语音提醒用户手机来电状态以及储物柜门的开关状态，并且利用射频锁代替机械锁，进一步提高储物柜的安全性以及开锁的便捷性。

关键词：物联网 智能提醒 ZigBee技术 安全

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（c）-0016-02

目前，在人们的生活中，普通的浴室专用储物柜均具有安全和密封两大特点，但其厚重的板材或密封性极佳的柜门，常常会导致用户听不到柜中手机的来电提示音，出现漏接电话的情况，造成不必要的损失.此外，储物柜上普通的机械锁，在浴室的潮湿的环境下，大大降低了锁的使用寿命和储物柜的安全性。该设计不仅具备安全、密封的基本特点，而且具备智能提示用户柜内手机是否来电，屏幕显示并语音提醒用户手机来电状态以及储物柜门的开关状态的创新特点。同时还利用射频锁代替机械锁，提高了储物柜的安全性。

1 系统总体设计

智能型储物柜的系统主要由检测装置、控制装置、执行装置、计费装置、显示播报装置以及通讯装置等构成。其中检测装置包括射频读卡器和信号采集数据线，其检测到信号后将其传送至控制装置。控制装置由单片机以及舵机构成，接收到检测装置传送的信号后，单片机进行处理并发送信号至其他装置，舵机根据相应指令进行动作。执行装置由RFID卡构成，配合检测装置射频读卡器进行使用，执行开关锁动作。计费装置包括单片机以及射频读卡器，该装置可以对RFID卡进行充值。显示播报装置由液晶显示屏和语音播报模块构成，在不同情况下对用户进行相应的语音提示。通讯装置由ZigBee模块构成，方便多个储物柜与服务台进行组网，方便管理。系统框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 检测装置和控制装置

检测装置：读卡器替代传统储物柜的检测装置——钥匙插孔。其配合用户所持RFID卡对储物柜进行开锁，大大简化了开锁的过程。其检测用户是否使用RFID卡进行开关门操作并传输信号至单片机进行下一步的处理。通过手机3.5 mm耳机插孔采集手机来电信号，并将信号传送至单片机中进行处理，此方式传输信号稳定，避免了利用震动传感器等其它方式引起来电误报情况的发生，从而稳定地实现智能来电提醒的功能。

控制装置：各模块都需要通过单片机进行控制。单片机负责处理检测模块检测到的信号并发送指令至其它模块从而执行相应指令。该系统选用MSP430单片机，它是一种超低功耗、高性能的16位单片机。具有强大的处理能力、集成度高、可靠性强，具有极高的性价比[1]。

射频锁替代传统的机械锁。其主要功能是根据单片机送出的信号，执行开关门操作。其增强了储物柜的安全性，延长了锁具的寿命。

2.2 执行装置和信号处理装置

该系统执行装置为RFID卡。由于其固有的信息安全、便于携带、比较完善的标准化等优点，射频锁替代传统储物柜的机械锁，避免了金属钥匙遇水长时间使用后生锈的问题。利用RFID卡具有数据存储功能，进行扣费，方便用户使用。相对于普通钥匙而言，射频锁更具有安全保密性，提高了储物柜的安全性能。

信号处理装置由运算放大电路和比较电路两部分组成。由于手机来电时检测信号较为微弱，需要经过相应的放大电路对其进行处理。采用同向比例运算电路对信号放大，并将放大的信号送入比较器处理。利用该装置的特性，将连续不规则的信号转化为方波，送入单片机进行检测处理。

2.3 显示装置和通讯装置

显示装置包括LCD液晶以及语音播报装置。其使储物柜具有人机交互功能，智能提醒用户卡内余额以及储物柜门的开关状态。语音播报装置主要功能是通过声音提示手机来电和用户柜门的开关状态。

通讯装置由ZigBee模块构成，ZigBee是一种短距离、低功耗、可自组网的无线通信技术。由于其网络可以便捷地为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性[2]。该系统采用ZigBee组成无线局网，通过Zigbee构建的无线平台，实现了无线语音来电提醒功能，同时避免了大量走线带来的浪费和安全问题。

3 软件设计

3.1 数字滤波

在微型控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。该作品采样手机信号有随机干扰信号的输入引起系统不稳定，可采用程序判断滤波。程序判断滤波就是根据实践经验确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差ΔY，若小于此偏差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉；若大于偏差值，可将信号作为该次采样值。

限速滤波是程序判断滤波其中的一种方法，限速滤波最多可用3次采样值来决定采样结果，设顺序采样时刻t1，t2，t3的采样值分别为Y（1），Y（2），Y（3），则：

为两次采集值可能出现的最大偏差，其大小取决于来电信号的强弱，由具体情况决定。关于值的选定，值太小，干扰无法滤除，导致系统不稳定，出现乱提醒现象。太大，有用信号被滤除，系统无法提醒用户手机来电。因此选择一个合适值至关重要。

3.2 模糊控制

由于该系统复杂，变量太多，难以正确的描述系统的动态，正确作出判断，因此模糊控制算法来处理这些控制问题，使得系统更加稳定。模糊控制是采用由模糊数学语言描述的控制律来操作系统工作的控制方式。模糊控制系统是根据系统输出的误差和误差变化率来决定控制对象的输入量。模糊算法实现方法有很多种，常用用：查表法、解析公式法和关系矩阵法等[4]。该系统采用查表法，将查询表存入单片机内部ROM中，单片机将采样值与论域元素对比，根据对比值在控制表中得出控制量，以达到期望要求。图2为模糊控制系统框图。

该系统将采集信号进行数字滤波，得到采样值。根据采样值与控制表对比，决定是否语音提醒用户手机来电。

4 结语

该系统设计安全可靠，实用性强，针对人们日常生活中因洗澡而引发的一系列问题，不仅适用于个人浴室，而且适用于公共浴室，成本不高，推广性强。具有以下功能特点。

（1）智能提醒。该系统可接收并传递手机的来电信息，一旦手机来电，便通过无线局域网和显示提示模块提示用户来电信息，避免了人们因洗浴漏接电话而造成的损失。

（2）安全方便。该系统应用射频锁代替机械锁，并用屏幕显示并语音提醒用户手机来电状态以及储物柜门的开关状态，极大地方便了人们的生活，提高安全系数。

（3）使用寿命长。普通储物柜损坏，主要是因为其锁的损坏，该系统应用射频锁代替机械锁，是浴室潮湿的环境对它的影响大大降低，提高了它的使用寿命。

参考文献

[1] 任保宏，徐克军.MSP430单片机原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2] 金纯，罗祖秋，罗凤.ZigBee技术基础及案例分析[M].北京：国防工业出版社，2008.

[3] 张翼飞，杨辉，邓方林.二阶系统模糊变结控制器设计及稳定性分析[J].系统工程与电子技术，2005.