基于STM32的智能旅行箱设计与实现.pdf

2023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application1330 引 言近年来，我国旅游业市场正以每年超过 10%的速度急速增长，旅游业市场的竞争一直都很激烈，旅游业对旅游相关产品的需求也呈现逐步增长的趋势，特别是旅行箱，更是旅游出行必备之物。传统的笨重旅行箱已不能满足客户需求，随着物联网技术的发展，结合物联网技术的智能旅行箱，必然成为市场和客户的“宠儿”，因此相关产品的研发也如雨后春笋般不断涌现。ALLOY+是中国最先研发的智能旅行箱1。这个产品在外形上拥有铝镁合金材质的外观，功能上主要有 APP 一键开锁、距离警报和 GPS 定位等。这款旅行箱不仅有其他旅行箱所没有的“智能”，还在提高安全系数上下了很大功夫，再搭配自主开发的手机 APP，拥有天气预报、导航提醒功能，达到有效提高旅行品质的目的。2019 年，全球首款基于视觉识别做到侧面跟随、智能避障的 OVIS 智能行李箱问世2，这款行李箱通过融合多传感器的数据能够实现侧面跟随主人行走、智能躲避障碍物的功能。张明等设计了一款能通过短信及时提醒用户是否有遗漏物品的系统3。周崇秋等设计了一款通过安卓手机客户端提醒客户，避免旅行箱丢失，如果丢失，可采用 GPS 定位，查找旅行箱在地图中的实时位置的系统4。综上所述，智能旅行箱的研究方兴未艾，但是没有可以通过手机 APP 图形界面核对旅行箱箱内物品信息的系统，基于这种情况，本文设计了能实现该功能的系统。经调试，所设计系统具备实用性和市场应用价值。1 系统总体设计系统框架图如图 1 所示，该系统主要应用 STM32 模块作为硬件设计的主要模块，STM32 模块是一款配置Cortex-M3 内核的 32 位处理器，具备低成本、低功耗、高性能等优点5。将放入旅行箱的每件物品上都贴有一个相应电子标签，系统主要通过 RFID 模块读取物品上电子标签的序列码，而 STM32 则通过 WiFi 模块控制其他各模块之间的信息传输，然后处理信息。首先在系统手机端 APP，选择出门所要带的物品信息，待物品都放入旅行箱内，RFID 模块读取放入箱内的电子标签序列号并将其传送给 STM32，通过WiFi 模块与服务器通信，把电子标签序列号及数量存入数据库中，再与已选择好的物品对应的序列号及数量进行比对，如能完全匹配则无物品遗漏，否则有物品遗漏，并把所遗漏物品的信息在界面显示，防止出现用户出门后才发现忘带了物品。图 1 系统框架图2 系统软件设计系统开始运行，STM32 模块会初始化其余模块，LED灯处于熄灭状态，可通过按键控制 LED 灯亮和灭，LED 灯灭代表物品放入，LED 灯亮代表物品取出。然后 RFID 模块开始寻卡，当一件物品放入旅行箱中，RFID 模块可直接获取装入旅行箱箱内物品的序列号，STM32 模块将电子标签序列号和 LED 灯的标志位传给服务器。服务器根据收到的数据通过插入、查询、更新将物品信息存入数据库。系统一直基于 STM32 的智能旅行箱设计与实现王刘榕1，王 聪1,2，刘持标1,2（1.三明学院 信息工程学院，福建 三明 365004；2.福建省农业物联网应用重点实验室，福建 三明 365004）摘 要：文中设计一种基于STM32的智能旅行箱。该智能旅行箱系统以STM32模块为核心，再结合RFID模块、WiFi 模块、安卓手机等硬件，能识别旅行箱箱内物品和数量，并将数据传输至服务器。经调试，设计的安卓手机APP 能实现获取、查询旅行箱箱内所有物品信息，核对旅行需要携带物品信息并且给出遗漏物品信息清单等功能。关键词：智能旅行箱；STM32；RFID；WiFi；数据传输；SQL 数据库中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）08-0133-05收稿日期：2022-09-11 修回日期：2022-10-27基金项目：福建省中青年教师教育科研项目（JA15482）；福建省农业物联网应用重点实验室DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.08.036物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application134循环，不断地寻卡、读卡，达到将所有物品信息都存入数据库的目的。系统程序流程如图 2 所示。图 2 系统程序流程2.1 WiFi 模块的初始化函数WiFi 是一种以 IEEE 802.11b 协议为基础的短距离无线传输技术，拥有较好的网络稳定性和较高的可靠性。与传统局域网的布线成本相比而言，WiFi 网络需要的成本资金要低，其网络只要装置一定数量的无线接入点就能覆盖整个指定区域6。WiFi 模块在使用之前需要进行相关的一些配置，首先向模块发送 AT+CWMODE=3 r n 指令，选择 WiFi应用模式为 AP+Station 模式，等模块返回 OK；向模块发送AT+RST r n 指令，重启模块，等待模块返回 OK；发送AT+CIPMUX=1rn 指令，建立 TCP 多路连接模式；再发送 AT+CWJAP=212，qrs221122 r n 指令，加入WiFi 名称和密码，等待加入该 AP 成功则返回 OK；最后发送 AT+CIPSTART=4，TCP 192.168.1.107，8080 r n，等待模块返回 CONNECT OK，WiFi 模块初始化就完成了。该模块主要代码如下所示：void wifi_init()printf(AT+CWMODE=3rn);printf(AT+RSTrn);HAL_Delay(4 000);printf(AT+CIPMUX=1rn);printf(AT+CWJAP=212,qrs221122rn);HAL_Delay(4 000);printf(AT+CIPSTART=4,TCP,192.168.1.107,8080rn);HAL_Delay(2 000);2.2 RFID 模块的读卡操作读操作函数：char PcdRead(unsigned char addr,unsigned char*pData)函数说明：密码验证成功，就能从 Mifare 卡中的扇区中获取 16 B 的数据。部分代码如下：while(1)status=RC522_Request(PICC_REQALL,CT);/*寻卡*/if(status=RC522_OK)/寻卡成功 HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,LD3_Pin,GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(600);status=RC522_ERR;status=Anticoll(SN);/*防冲撞*/if(status=RC522_OK)/防冲撞成功 status=RC522_ERR;printf(AT+CIPSEND=4,11rn);HAL_Delay(300);printf(%02x%02x%02x%02x%dn,SN0,SN1,SN2,SN3,key_up);3 PC 服务器端的设计3.1 数据库表的创建SQL Server 能满足各种公司单位构建网络数据库的开发需求，在大型联机事务处理、电子商务以及数据仓库等方面得到很广泛的运用，是现在开发各种大型数据库管理系统的不二之选7。SQL Server 能有效地降低数据库管理成本，在操作维护方面非常便捷，支持存储、处理多种类型的 数据。系统设计了一个名为 Suitcase 的 SQL 数据库，在该数据库中建有 2 张表：Table_1 和 Bill。表 Table_1 中有 2 个列名：ID 和 NAME，该表存有卡号（ID）和与卡号一一对应的物品名称（NAME），见表 1 所列。表 1 Table_1 表IDNAMEFab6f4cb衣服2bb74913裤子4b1d4513帽子ebbd4713鞋子8281f965袜子表 Bill 中有 4 个列名：ID（卡号）、COUNT（已放入物品的数量）、MCOUNT（旅行要带的物品数量）、DMOUNT（要带的物品数量与已放入的物品数量之差），见表 2 所列。2023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application135表 2 Bill 表IDCOUNTMCOUNTDCOUNTFab6f4cb0002bb749130004b1d4513000ebbd47130008281f9650003.2 PC 端与数据库的通信PC 端与数据库的连接：通过使用 SqlConnection 对象从而完成对 SQL Server 数据库的连接，以数据库名连接方式连接。代码如下：public class DBConnection /单例模式，建立数据库连接 private static DBConnection instance=new DBConnection();private Connection conn=null;private DBConnection()try Class.forName(com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQL ServerDriver);catch(ClassNotFoundException e)e.printStackTrace();try conn=DriverManager.getConnection(jdbc:sqlserver:/localhost:1433;DatabaseName=Suitcase,sa,123456);catch(SQLException e)e.printStackTrace();public Connection getConn()return conn;public static DBConnection getInstance()return instance;通过 PC 端更新数据库：物品放入旅行箱，PC 端根据ID 号和 LED 灯标志位更新数据库中表 Bill 中 COUNT 的数据。如果标志位为 1，代表物品的放入，相应的 COUNT+1；代码如下：public void insert(String temp)String sql;String no=temp.split(,2);char ch=no1.toCharArray();try if(ch0=1)sql=update Bill set COUNT=COUNT+1 where ID=?;else sql=update Bill set COUNT=COUNT-1 where ID=?;PreparedStatement st=conn.prepareStatement(sql);st.setString(1,no0);st.executeUpdate();catch(SQLException e)System.out.println(更新数据失败);通过 PC 端查询数据库：当用户选择查询自己的物品是否有遗漏时，PC 端通过多表查询，对比 Bill 表中 MCOUNT与 COUNT 的 数 据，计 算 出 物 品 遗 漏 的 信 息，代 码 如下：private void checkview()throws SQLException String show;String sqlstr=select NAME,DCOUNT from Bill,Table_1 where Bill.ID=Table_1.ID;PreparedStatement pstmt;pstmt=(PreparedStatement)conn.prepareStatement(sqlstr);ResultSet rs=pstmt.executeQuery();rs=pstmt.executeQuery();while(rs.next()if(!rs.getString(DCOUNT).equals(0)System.out.println(rs.getString(NAME)+rs.getString(DCOUNT);show=D+rs.getString(NAME)+rs.getString(DCOUNT);System.out.println(show);sendto(show);try Thread.currentThread().sleep(100);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();4 安卓手机客户端的设计4.1 手机 APP 界面设计手机 APP Suitcase 设计有 6 个界面，分别为欢迎界面、主界面、帮助界面、查询全部物品界面、选择指定物品界面、查询指定物品界面。点击欢迎界面的“开始体验”按钮，连接服务器端，之后会跳转到主界面，如图 3 所示。主界面有 4 个按钮，点击“帮助”，跳转到帮助界面；点击“全部物品”，跳转到查询全部物品界面；点击“指定物品”，系统会跳转到选择指定物品界面，如图 4 所示。物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application136 图 3 欢迎界面 图 4 主界面查询全部物品界面，点击“刷新”按钮，APP 自动列出旅行箱内所有物品名称及数量，如图 5 所示。选择指定物品界面，手动选择要带物品的数量，点击“提交”，跳转到查询指定物品界面；点击“清空”，可重新选择物品数量，如图 6 所示。图 5 查询所有物品界面 图 6 选择指定物品界面查询指定物品界面，点击“刷新”，APP 自动列出已带物品与要带物品的差件数值，如图 7 所示。帮助界面可查看该 APP 的用法，如图 8 所示。图 7 查询指定物品界面 图 8 帮助界面4.2 手机客户端与 PC 服务器端的通信手机 APP 通过 Socket 连接 PC 服务器端，完成通信。代码如下：try mSocket=new Socket(HOST,PORT);OutputStream outputStream=mSocket.getOutputStream();printWriter=new PrintWriter(outputStream);CheckBoxListener listener=(CheckBoxListener)getApplication Context();Listener.sendsocket(mSocket);Listener.setOutStream(printWriter);In=mSocket.getInputStream();myHandler.sendEmptyMessage(2);showInfo(连接成功);catch(Exception e)isConnected=false;showInfo(连接失败);Log.e(tag,exception+e.toString();客户端接收到 PC 端返回的数据，之后客户端将数据分解为物品的名称及数量，显示到手机界面，代码如下：String result=readFromInputStream(in);try if(!result.equals()Message msg=new Message();msg.what=1;Bundle data=new Bundle();data.putString(msg,result);msg.setData(data);myHandler.sendMessage(msg);catch(Exception e)Log.e(in,Exiting by Exception);用户在 APP 选择指定物品界面选定需要带的物品后，客户端将这些数据打包后一起发送给 PC 端，后由 PC 端存入数据库。部分代码如下：private void setyfnum()final String num=new String 1,2,3,4,5;AlertDialog.Builder builder=new AlertDialog.Builder(AppointActivity.this);builder.setTitle(选择数量);builder.setItems(num,new DialogInterface.OnClickListener()public void onClick(DialogInterface dialog,int which)yf=numwhich;yfnum.setText(yf););builder.show();5 系统调试首先将 STM32 模块、RFID 模块和 WiFi 模块放入到盒子中，模拟真实系统，在旅行箱放入物品时，RFID 模块识别物品的标签，STM32 单片机 LED3 灯闪烁；当从旅行箱取物品前，按 STM32 单片机的 UESR 按键，LED4 亮。物品全部都放入旅行箱后，选择查询所有物品信息，手机 APP 界面显示，如图 9 所示。在手机 APP 选择要带的物2023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application137品，如图 10 所示，选择查询指定物品信息的界面，如图 11 所示。图 9 选择查询界面 图 10 选择要带物品界面 图 11 查询后界面6 结 语经过系统运行和调试，智能旅行箱系统实现了通过RFID 模块可识别物品的标签，读取 IC 卡的信；将卡号信息存入 PC 端数据库；通过手机 APP 设置所要带的物品及其数量；通过手机 APP 查询旅行箱中所有物品的信息；通过手机 APP 查询所要带物品是否带齐，防止发生遗漏等功能。智能旅行箱系统设计过程中主要采用标准化和模块化的设计方式，因此软件具有较强的可移植性，同时选择的硬件模块也具备低功耗和低成本的优点。注：本文通讯作者为王聪。参考文献1 佚名.ALLOY 智能合金旅行箱问世用“芯”伴你看世界 EB/OL.（2015-09-11）.http：/ 齐欧.全球首款“侧跟”行李箱发布：基于视觉识别，实现智能避障 J.防灾博览，2019，19（5）：88-89.3 张明，吕玥，黄晓，等.基于 RFID 和 GSM 的智能化旅行箱的设计 J.中国新通信，2014，16（13）：114-115.4 周崇秋，沈瑾佳，蔡其恩，等.基于物联网技术的智能旅行箱防丢系统 J.电脑编程技巧与维护，2019，26（1）：118-119.5 梁金梅，程琪彬，刘持标.基于 STM32 的孕妇安全监护设备开发 J.三明学院学报，2019，36（2）：60-66.6 曾磊，张海峰，侯维岩.基于 WiFi 的无线测控系统设计与实现 J.电测与仪表，2020，48（7）：81-83.7 邱李华，李晓黎，任华，等.SQL Server 2008 数据库应用教程 M.北京：人民邮电出版社，2019：11-13.8 董文龙.面向智能旅行箱的自动跟踪技术的研究 D.杭州：浙江工业大学，2019.9 罗奕帮，谭晓静，陈海亮，等.一种基于多传感器数据融合的智能旅行箱设计 J.装备制造技术，2019，47（2）：101-104.10 徐松，艾青，向波，等.基于 PLC 智能旅行箱运动控制系统设计 J.科技资讯，2017，15（34）：73-74.作者简介：王 聪（1984），男，硕士，讲师，研究方向为物联网技术应用、语音信号处理。图 15 车位详情（四）图 16 车位详情（五）4 结 语为了解决公共场所车辆出入效率低、停车拥堵、停车服务落后等社会问题，本文设计一种基于物联网技术的智能停车场系统。该系统以 STM32F103C8T6 为核心，配置多个地磁传感器和 ESP8266 WiFi 模块，目的在于可以快速直观地显示停车场的车位信息，帮助驾驶者减少找寻车位的时间，提高停车场的进出效率。此外，该系统还可借助手机页面掌握停车场和车位的实时信息。通过对整体系统的测试和验证，该系统可以满足预设功能，实时性和实用性满足需求，具有应用价值。注：本文通讯作者为殷婷婷。参考文献1 谭宇婷，李梦珠.车辆检测地磁技术研究现状及趋势 J.科技创新与应用，2017，7（2）：92.2 林楷焱，钟俊健，陶铭.基于物联网技术的智能停车场系统设计与实现 J.物联网技术，2022，12（6）：93-95.3 常本超，夏宁，但唐仁.嵌入式系统开发技术 M.北京：人民邮电出版社，2015.4 张梅，何福贵.嵌入式开发技术总结 J.中国教育信息化，2009，15（17）：78-80.5 李娣娜，黄同，薛娓娓.磁阻传感器 HMC5883L 在车辆检测及分类中的应用 J.电子技术与软件工程，2017，6（4）：249.6 孙凯，李建权.基于地磁传感器的新型车辆检测器 J.自动化应 用，2017，58（9）：151-152.7 张琥石，林伟龙，杨发柱，等.基于 ESP8266 WiFi 模块的物联网体温监测系统 J.物联网技术，2020，10（12）：32-35.8 王轻，吴连威，何龙祥，等.基于阿里云物联网平台的医疗数据管理系统设计与实现 J.软件，2021，42（12）：153-157.9 黄娇郁，唐海.基于阿里云物联网平台的自动气象站设计 J.湖北农业科学，2020，59（17）：166-169.10 李佳旺.基于 ESP8266 无线 WiFi 模块的交互装置作品的设计与实现 D.武汉：武汉音乐学院，2020.（上接第132页）