基于蓝牙的校园共享雨伞系统的设计*

郑来芳，管 婷，常璇宇

(太原工业学院电子工程系,山西 太原030008)

0 引言

有时天气预报得准确性还有一些问题,偶尔也会有突如其来的暴雨出现。虽然校园内公共场合这些人员密集的地方有提供便捷雨伞可以使用,然而,若使用者在适当的情况下,将其物归原“主”,就不会造成一些问题,而一些使用者因缺乏公共意识,就易造成失物现象[1]。基于此,设计一个共享雨伞系统,主要是针对雨伞的使用,以应对突发的雨季。

1 控制系统总体方案设计

本系统搭建了一个共享雨伞平台,让特定区域内的用户可以租用共享雨伞。在扫描伞桩上的二维码后,可以将雨伞进行租借,同时后台开始计费,用户在使用各个阶段都会产生一定的费用,并在租借过程中全程计费。当用户租用雨伞完毕并成功归还雨伞后,系统会根据使用时长计算所需费用。

本系统以STM32作为主控芯片,驱动电磁阀和继电器等硬件模块;利用蓝牙和RFID射频识别技术,实现共享雨伞的借与还、实时计费的功能。计费系统的实时处理系统。主要是运用微信扫描识别伞桩上对应的二维码,将共享雨伞的信息转至手机,进行费用收取等活动。共享雨伞系统框图如图1所示,系统通过运用物联网技术中的感知层、网络层以及应用层实现[2]。

图1 共享雨伞系统框图

2 系统硬件设计

2.1 STM32F103C8T6单片机

STM32F103C8T6是采用ARM®CortexTM-M3内核STM32系列的32位的微控制器,程序存储器容量是64 k或128 k字节Flash程序存储器,以及高达20 Kbit的SRAM数据存储器;-40 ℃～+85 ℃的工作温度范围,以及-40 ℃～105 ℃的扩展温度范围,工作频率最高可以到72 MHz。STM32系列产品提供2.0～3.6 V的电源,增强了I/O接口和总线外设,上电复位,断电复位,可编程电压监控器,4～16 MHz晶体振荡器,出厂调整后的8 MHz RC振荡器,40 kHz RC振荡器、具有校正功能的32 kHz RTC振荡器。

2.2 蓝牙模块

HC-05-06的蓝牙串口通信模块,它是一种基于Bluetooth2.0标准的数字传送模块,它使用了蓝牙技术EDR(EDR)来提高蓝牙的速率。该系统采用2.4 GHz的ISM技术,采用GFSK的调制模式。该模块具有4 dBm的最大传输能力和-85 dBm的接收灵敏度,以及板上的PCB天线,能够在10 m的范围内进行通讯。

3 系统软件设计

3.1 主程序设计

该软件的开发采用了模块化的方法。用手机扫描二维码后,电磁阀打开并开始计费,完成借伞操作。在需要还伞时,由蓝牙检测伞是否为借出伞,选择是否打开继电器,检测为借出伞,则打开继电器,否则,继续等待检测信号,在伞放回伞桩后结束计费。系统软件设计流程图如图2。

图2 系统软件设计流程图

3.2 借还伞程序设计

借还伞程序设计是本设计当中最重要的一部分,它涉及了伞与伞桩之间的识别、连接以及计费,显示了在借还伞过程当中所经历的所有步骤。借还伞程序设计流程如图3所示。

图3 借还伞程序设计流程图

首先,由蓝牙中断检测信号是否可以传输,之后判断继电器是否打开,再判断雨伞是否被取走,取走之后开始计费。由单片机驱动,WIFI模块与手机端APP无线连接,手机端的APP调用手机摄像头扫描二维码之后,对设备可以进行相应操作,继电器打开之后进行计费,计费过程中可以临时归还雨伞,收费标准为每1秒增加0.5元;临时还伞每3秒增加0.5元,最高封顶金额为10元。在使用完成之后,点击归还设备,伞桩检测是否有伞,会弹出结算提醒并进行结算。

在使用APP过程当中,关闭后可再次打开继续之前的使用状态以及数据,若二维码扫描失败,对应操作将无法进行处理。在设备中会显示“空闲”、“临时上锁”、“使用中”等按键。在结束计费后,伞桩会检测雨伞信号是否存在,若无雨伞信号则继续等待检测,若雨伞存在,则继电器打开。

4 系统测试

4.1 系统总体调试

图4所示为基于蓝牙的校园共享雨伞系统的简略实物图。系统以系统二维码与电磁锁为主要工作,系统先通过蓝牙与设备进行连接,之后需要通过扫描二维码进行伞桩与手机APP之间的识别,确保使用的是本系统的共享雨伞系统,并通过蓝牙模块进行手机与系统之间的信息交互传递。同时,蓝牙也将控制继电器的开关情况。系统在上电后可正常通电,指示灯灯亮,各个模块可以运转。

图4 共享雨伞系统实物图

4.2 软件系统调试

如图5所示,打开手机APP后会显示如图所示界面,有打开设备、归还设备、扫描二维码等界面,在连接借伞成功后还会有临时上锁界面,可提供临时上锁服务功能。手机端查找蓝牙设备JDY-S31-PP(JDY-S31-PP)并连接,APP界面上就会出现蓝牙连接成功的提示。

图5 手机APP界面

如图6所示,手机APP右上角显示蓝牙断开则证明蓝牙连接成功,接下来应当扫描系统二维码进行连接匹配,只有扫描正确二维码才能成功开启设备,开始使用,若扫描二维码不是本系统二维码则如图5所示在手机APP界面则显示该二维码不是本系统设备!

图6 设备和电磁锁处于开启状态

5 结论

本课题研究了基于蓝牙的校园共享雨伞系统设计,利用继电器来控制电磁锁的开关,通过手机APP进行对系统的控制。当用户需要租用共享雨伞时,可以用手机APP扫描系统二维码,通过蓝牙与系统进行连接,并通过手机APP与蓝牙的结合对借还伞进行操作。本系统在设计当中还是有很多可以改进的地方,比如在雨伞上设定固定标签,只能识别固定区域内的伞桩,这样用户就可以很好地保证本区域内的雨伞流动性。跨区域还伞,会提高计费金额。在实际应用中,可以加一个红外感应电磁锁,在用户选择打开伞桩上的电子锁时,也可以利用红外感应伞桩上的伞是否还存在选择电磁锁的开关,避免不必要的麻烦发生。