基于STM32单片机的智能手机柜的设计与实现

徐帅，韩颖，沈宇杰

杭州萧山技师学院，浙江杭州，311200

0 引言

手机已成为现代生活中不可或缺的工具之一，尤其对于中高职学生而言，其手机依赖程度更高。然而，学校禁止携带手机进入教室或学习区域，学生离校或联系家长无法取得有效的信息沟通。为了解决这一问题，需要提供便捷的手机存取服务，本研究设计实现了一种基于STM32单片机的智能手机柜，为学校和教育机构提供了一种解决方案。智能手机柜有望在学校和其他场所发挥重要作用，为学生提供便捷的手机存取服务，同时培养学生合理使用手机的意识和习惯。

1 系统结构

该设计由电源管理、ESP8266WIFI模块、指纹模块、触摸屏模块、检测电路、电磁锁模块等部分组成，系统框图如图1所示。

图1 系统组成框图

1.1 检测电路

手机检测电路通过红外传感器，对箱体内的物质进行检测，并将检测结果反馈到显示屏上，并反馈到教师端APP上。

1.2 指纹模块

当学生在规定时间内领取手机时，通过在学生端刷自己的指纹，打开自己的柜子，将手机拿出。

1.3 触摸屏模块

触摸屏进行界面显示，显示手机柜中手机存在与否及相应位置，同时作为密码输入的显示界面、指纹录入的显示界面、电子时钟显示界面、手机柜的实时状态显示等。

1.4 ESP8266WIFI模块

ESP8266是一款低功耗的UART-WIFI透传控制模块，可把用户的物理地址传送到WIFI网络上，开展物联网技术或局域网络通信，完成连接网络作用，完成手机柜的学生端与教师端间的联网。

1.5 电磁锁模块

本产品的门锁采用电磁锁，使用便捷。

1.6 电源管理

考虑到产品的便捷性，电源管理部分采用3.3V直流电源供电，同时为了满足更多的教室设计要求，也提供交流220V电源，经过小型变压器后，再通过直流稳压模块最终将交流电转化成直流电。

2 电路与程序设计

2.1 检测电路的分析

手机检测原理图如图2所示。红外传感器的发射端不断向外发出红外线，当发出的红外线没有碰到物品或者没有接收到返回来的红外线的时候，在输出端就会输出一个高电平，开关显示灯此时处于熄灭状态[1-2]。当被测手机在被测范围之内时，发射端发出的红外线碰到手机时，就会将红外线返送回传感器的接收端，此时，在输出端就会输出一个低电平，开关显示灯此时处于点亮状态。

图2 手机检测原理图

2.2 ESP8266WIFI模块

此模块以ESP8266模组为核心，配合稳压电路、USB-TTL电路、串口下载电路，实现ESP8266的SDK开发，实现物联网功能。配合以OLED、DHT11模块，实现温度上报到云端、显示云端下发的消息等。其实物图如图3所示。在本设计中，采用ESP8266WIFI模块实现学生端与教师端之间的通信，通过通信协议将两者进行数据的传输。

图3 ESP8266WIFI 模块实物图

2.3 STM32单片机

在设计初，考虑到模块的复杂和多样性，传统的STC芯片恐难胜任，所以选择了相对更高级的STM芯片，STM相比STC的优势在于：模块化接口相对更加简单、工作速度快、高性能、低成本、时钟频率快、外设多、有三个串口和多个定时器I/O口等[3-4]。当然，这也与芯片的使用息息相关，如：指纹、触摸屏、WIFI模块刚好用完三个串口、在切换时间时定时器有一定的精度等。

2.4 指纹模块

处理芯片内嵌DSP运算单元，搭载了指纹验证优化算法，能有效迅速收集图像并识别指纹特点。模块配置了串口通信、USB通信接口，客户不用研究繁杂的数字图像处理及指纹验证优化算法，仅需通过串口通信、USB通信依照通信协议便能操纵模块[5-6]。系统可录入指纹数量达300枚，实物图如图4所示。

图4 指纹模块实物图

2.5 程序流程图

控制程序流程图如图5所示。

图5 程序流程图

3 硬件可实现功能

功能界面如图6所示。

图6 功能界面

（1）上电时初始化，并对指纹模块进行检测。

（2）时钟显示，可随意更改时间，精准误差值在0.0001。

（3）管理员界面：①有密码锁，可用密码进入管理员界面；②有指纹锁，可以精确比对、添加和删除指定的指纹；③可在触摸屏界面进入管理员界面，并进行对柜子的开关（全开单开）；④可重置密码，方便快捷，支持多位。

（4）学生界面：①设定的时间为7:30～16:30，在这段时间内学生指纹是无效的；②如果在7:30～16:30之外，学生可以进行放入手机和拿出手机等操作。

（5）WIFI界面：①可使用微信小程序进行远程操控；②可以对端口进行PWM输出，为后续的开发做铺垫；③可以进行登录操作，确认柜子的身份信息。

4 总结

基于STM32单片机的智能手机柜设计面向对象非常广泛，尤其对于技工院校班级手机管理，通过传感器的集成，形成一个有效的手机闭环管理系统，能够精准地把控班级手机上交情况，更好地服务于班主任班级手机管理。本款基于STM32单片机的智能手机柜，相比市面上的智能手机柜，在功能上更加全面，在使用体验上更加方便，易操作，因此具有推广应用的价值。