设计与研发
2017. 13
智慧校园中基于校园卡的智能储物柜设计
张容娟
(阳光学院，福建福州，350015 )
摘要：储物柜被广泛的应用于高校的图书馆、实验室等场合中。针对传统的储物柜的不足之处，开发了以STM32为控制核心， 校园卡为开拒凭据的RFID智能储物柜，具有操作简便，信息化、智能化程度高等特点。关键词：STM32 ；校园卡；智能储物柜
Smart Lockers Design Based on Campus Cards in Smart Campus
Zhang Rongjuan
(Sunshine College, Fuzhou Fujian, 350015)
Abstract: Lockers are widely used in university libraries, laboratories and other occasions. In view of the
shortcomings of traditional lockers, We design RFID intelligent lockers, which take STM32 as the core of control and campus cards as opening cabinets. They are easy to operate, information-based and intelligent. Keywords : STM32; campus card; intelligent locker
〇引言
伴随微电子和RFID技术的发展，储物柜有了较大的发展空 间。高校图书馆、实验室等场合对储物柜的质量和数量要求慢慢 增加。目前绝大多数的储物柜还是条码扫描储物柜或者是投币式 储物柜，这两种储物柜不仅操作麻烦而且不安全，同时信息化水 平不高，当密码凭条丢失时由于缺乏上位机管理系统，不能及时 为用户打开柜门，为管理带来了一系列不便[1]。本设计结合智慧 校园中对储物柜的实际需求，鉴于校园内每位师生都有一张非接 触式1C 卡(校园卡)，拟采用“校园卡”作为储物柜的开柜凭据，开 发了基于STM32的智能储物柜，同时增加上位机管理部分，能够 检测储物柜的实时使用情况，并能自动记录所有存取记录，远程 实现开柜等功能。
1系统麵受计方案
本次设计由硬件部分与软件部分构成。其中STM32F 103单片 机、MF-RC522读写模块、12864液晶显示模块、柜门模块、串口 通信模块、声光模块等构成了系统的硬件部分，对应的主程序、初 始化程序、液晶显示程序、MF-RC522读写程序、上位机程序等构 成了系统的软件部分。系统整体框图如图1
所示。
图1系统整体框图
2硬件设计 2.1最小系统电路
本系统使用的主控芯片为STM32F 103ZET6，采用ARM 32位 的Cortex M3 C P U 内核，最高支持主频72MH，内部有从256K 至 512K 字节的闪存程序存储器和高达64K 字节的SRAM，拥有112 个快速I/O端口、13个通信接口、和11个定时器[2]。图2为 STM32最小系统电路图。
在复位重启电路中，STM32低电平复位，高电平下开始工作， 开始最小系统启动的动作和运行方式，该功能由B00T0和B00T 1 两个引脚的电平主导。STM32最小系统的时钟由晶振产生，为单 片机和R T C 提供两组不同频率的时钟，主时钟需要32. 768KHz, R TC通常是8MHz。
2.2刷卡模块
利用校园中校园卡（一卡通）作为存取包的凭证，完成存包 和取包的过程。刷卡模块采用RFID无线射频识别技术。一卡通是 射频识别技术的典型应用案例，可完成购物、就餐、借阅书籍等活 动，极大的方便了同学们的生活，本课题是基于校园卡一卡通在 另外一个新的服务领域的应用，在图书馆、实验室等区域实现物 品的寄存。
设计使用非接触式MF-RC522，它是高集成度的非接触式通 信读写卡芯片里面的一种，是一种具有价格便宜、小尺寸、高性能 以及单电源的非接触式读写芯片[3]。MF-RC522采取调制和解调 的概念，把调制和解调集成到了 13. 56M h z 下各种非接触式通信 方法和协议中。产品完全兼容IS014443A 标准协议，可支持SPI、 I2C、UART 接口。
MF-RC522工作时是让天线发射一组固定频率的电磁波，当 射频卡进入MF-RC522天线的工作范围内，射频卡会获得一个激
基金项目：福建省教育厅中青年教师教育科研项目/科技A 类项目（JA14359)。
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2017-13设计与研发
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励信号，让卡片内部产生能量满足工作的需求。单片机通过控制 读卡器进行读卡或者是写卡的操作，当单片机完成以上步骤之 后，通过串口将射频卡的信息传到上位机，由上位机对射频卡的 数据做进一步处理。MF-RC522电路图如图3所示。
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图4 12864显示屏电路图2.3液晶显示模块
本模块主要用于显示操作步骤信息以及储物柜状态显示，是 实现可视化输入输出的重要部分。12864中文显示屏模块是一 种能够显示汉字也可完成图形的显示[4]。它的分辨率为128*64, 内置8192个16*16点阵的汉字、128个ASCII字符(8*16点阵）以及64*256点阵显示RAM。电路图如图4所示。
2.4电麵模块
电磁锁电路都是使用一个三极管驱动电磁锁工作并且连接 了一个电阻来防止电流过大起到了对这个电路的保护作用。电磁锁电路图如下图5所示。
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GND
图5电磁锁电路图
2.5通信模块
通信模块采用U S B转串口模块。CH340G芯片作为双向转换 器，能够从STM32接受数据并转化为RS232信息传输到上位机，也能够从上位机接受数据转化为U S B数据传输回STM32。
3软件设计
软件设计使用C和C#分别实现下位机和上位机的程序编程。下位机主要包括液晶显示、射频卡信息读入、单片机与上位机的 通信、电磁锁控制输出等几部分，上位机的程序设计主要包括射 频卡的注册与注销程序、管理员紧急开柜设计、信息的导出设计 等几方面功能。系统程序主流程图如下图6所示。
每个储物柜通过射频读卡器读取校园卡存/取信息，STM32 控制器再将信息通过串口传给上位机管理系统。上位机可以对数 据以及相关操作信息进行存储，并能根据管理人员需求进行历史 记录查询。
(下转第25页）
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设计与研发2017.13
便携式密闭终端设备的散热设计及仿真分析
彭伟，王虎军，陆景松，王志海
(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥，230088 )
摘要：为了有效解决便携式终端设备在密闭结构形态下的散热问题，通过针对T/R组件芯片底部预埋钼铜载体、FPGA和DSP 局部热点生长导热凸台等一系列方法打通了设备散热路径，优化了设备内部环境热场，并借助工程热仿真平台分析验证了设 备散热设计的有效性，为今后类同便携式密闭设备的热设计提供了参考。
关键词：便携式；密闭设备；芯片温度；局部热点
Thermal Design and Simulation Analysis for a Portable Sealed Terminal
Equipment
Peng Wei,Wang Hujun,Lu Jingsong,Wang Zhihai
(No. 38 Research Institute of CETC,Hefei Anhui,230088)
Abstract: In order to solve the heat dissipation problem of portable terminal equipment in a confined structure,through to the bottom of the chip embedded T/R components FPGA and DSP molybdenum copper carrier,local hot growth heat boss and a series of methods to open up the equipment cooling path, optimize the internal environment of equipment thermal field,and with the analysis of engineering thermal simulation platform is proved to be effective the design of cooling equipment,which provides a reference for the thermal design of the future similar portable airtight equipment.
Keywords: portable;closed equipment;chip temperature;local hot spots
〇引言
终端设备一般是由多种不同的接口控制和输入输出的电子 器件组合而成，这些电子器件的可靠性直接关系到整个设备的 性能，而热性能又是其中一项重要的可靠性指标[1_2]。当前随着 系统集成度和器件热损耗的逐步提髙，单位空间热流密度的不断 增大，加之各项环境适应性要求进一步强化，从而加速恶化了设 备的热性能状态，同时也给热设计带来了更大的难度[3_5]。文中 所研宄的便携式密闭终端设备即是此类问题的一个典范，此设备 要求实现轻量型的一体化设计，且整体结构密闭，具备防潮湿、风 沙、盐雾等一系列高环境适应性，如此导致内部有效单位面积的 热流密度显著升高[6]。由于上述因素的
制约，根本不可能考虑以 往工程上常用的风冷和液冷设计思路，惟有依赖单纯热传导以及 局部热点扩展等方式进行设计，本文通过该设备的散热设计及计 算分析，给出了详实的热设计要素和仿真验证，为结构设计提供 了可靠真切的技术支撑，进而保障设备稳定运行，同时也为今后 类同设备的散热问题提供了有效参考。
1基本描述
终端设备主要由信号处理集成单元、T/R组件、接收机模块、低压电源模块等功能部件及其相关结构组成，如图1所示。信号 处理集成单元上的主要发热器件为FPGA和DSP，其中FP G A的热 耗为6.8瓦，D S P的热耗为5.3瓦；T/R组件的热耗为0.5瓦/件，共6件；接收机模块中的发热单元为差波束形成网络、频率合成 器、上变频通道和模拟接收机等，其中差波束形成网络的热耗为 5. 1瓦，频率合成器为4.7瓦，上变频通道为6.2瓦，模拟接收机
I32为5.5瓦；低压电源模块热耗为近10瓦。上述器件中局部热点 主要集中在FPGA、DS P及T/R组件上，因此散热设计应重点关注。
图1终端设备组成示意图
2热设计
源于上述总体要求此设备整体结构处于防护密闭态，且能 便携式运输，因此设备的结构设计应尽量缩减结构件的体积和厚 度，同时采用质地轻巧的合金制作，而且针对于各接口界面添加 一系列的密封橡胶和油漆，于此这些工作是利于“密闭，便携”特 性的，但恰巧又与设备的散热设计思路是相悖的，降低了设备的 散热热沉，阻碍了各器件的散热通道(路径）。本文终端设备的散 热设计在兼顾以上结构设计的同时，综合优化设备内部散热路 径，使得器件热量能够高效率地传递到设备外环境空间，从而满 足各类器件的耐受温度。具体如：信号处理集成单元上的FPGA
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