CN111208764A - 基于gsm与rfid技术的智能信报箱系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于GSM与RFID技术的智能信报箱系统。在人体靠近时会点亮内部照明系统，方便夜间操作及观察信报箱内部情况。当有信件投入时，会发信息提醒信报箱主人。信报箱主人可通过IC卡验证身份，打开信报箱。主要用于解决传统邮箱具有的被动性、安全性差和时效性差的问题。主要通过红外感应原理实现对人体的距离观测，光敏传感器实现收件观测，通过射频技术验证用户身份，通过单片机储存的AT指令控制GSM通信模块发送信息。与GSM网络结合可以提醒用户不会错过重要的信件，使用户减少检查信箱的机械劳动；与RFID技术结合用于用户识别，方便用户开箱，还提高了信报箱的安全性。

Description

基于GSM与RFID技术的智能信报箱系统

技术领域

本发明涉及一种信报箱，具体涉及一种基于GSM与RFID技术的智能信报箱系统。

背景技术

现有的传统信箱在互联网以及快递行业飞速发展的冲击下，逐渐变成了广告、宣传单和水电费账单的垃圾桶，在传统信箱使用频率相对较高的办公场所，由于其滞后性与被动性，也被电子邮箱及其他通讯工具代替，只有强制要求上交纸质报告，又不会被信息滞后影响的场合才偶有用武之地。

信报箱虽然看似“过时”但依然有存在的必要。首先各类公共服务商业需要送到当事人手里，比如银行账单,、保险单、水费、电费、煤气等纸质信函；其次，部分居民有订购书、报、期刊的习惯,需定期配送到信箱中。而智能信报箱通过嵌入式系统，巧妙的机械设计，实现智能化操作，通过与互联网有效结合，提高了智能信报箱在时间和空间的利用率，成为提高居民生活质量的智能家居。在这个忙碌的生活安排中，每个人都想得到一些舒适和安全的生活。家庭自动化用于远程控制家用电器，以减少工作量。

本设计就是为了满足现代家居智能化需求而设计的智能信报箱。它相较以前的信报箱，加入了智能系统，具有嵌入式系统的灵活性、便携性、安全性和低成本的安装费用以及低耗电可长期稳定的工作等优点，同时各类模块也为其功能拓展提供了更多地可能性。

本设计为一种智能信报箱，在人体靠近时会点亮内部照明系统，方便夜间操作及观察信报箱内部情况。当有信件投入时，会发信息提醒信报箱主人。信报箱主人可通过IC卡验证身份，打开信报箱。主要用于解决传统邮箱具有的被动性、安全性差和时效性差的问题。主要运用的原理有：通过红外感应原理实现对人体的距离观测，光敏传感器实现收件观测，通过射频技术验证用户身份，通过单片机储存的AT指令控制GSM通信模块发送信息。与GSM网络结合可以提醒用户不会错过重要的信件，使用户减少检查信箱的机械劳动；与RFID技术结合用于用户识别，方便用户开箱，还提高了信报箱的安全性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种融合GSM与RFID技术的智能信报箱。

本发明包括包含信报箱体部分和控制箱体部分。其中信报箱体部分包括人体红外感应模块、光敏感应模块以及两个继电器模块。控制箱体部分包括微控制单元、GSM短信模块、射频读卡器模块以及显示模块。

所述的信报箱体部分中人体红外感应器位于信报箱体投递口右下方，人体红外感应器感应口向外。电磁锁贴近箱体正面左下方，箱子底部有宽度为10mm、长度为19mm、外侧最深处为7mm的斜槽，斜槽尾端为4.5mm小孔。电磁锁未通电时，锁头圆柱体正常伸出15mm，通过底部小孔长度为5mm；通电时，由于内部电磁线圈的磁力吸引，圆柱体伸出长度为8mm。箱内LED灯管尺寸为200*25*30，位于箱体顶端，距投递口所在面约100mm。光敏感应模块则位于箱体内侧、投递口下方约30mm处。

所述的信报箱体部分中的人体红外感应模块具体选型为HC-SR501，相较于SR501，外观小巧，更适合信报箱的尺寸，灵敏度高、可靠性强。拥有全自动感应模式，当人进入其感应范围输出高电平，在延时时间段内，人体如果在其感应范围内移动，其输出将一直保持高电平；当人离开感应范围则自动延时，延时结束后将高电平变成低电平。其包括电源端、接地端和信号输出端。其中电源端口接+5v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P16接口相接。

所述的光敏感应模块包括电源端、接地端和信号输出端。其中电源端口接5v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P17接口相接。

所述的第一继电器模块包括第一继电器GDQ和LED灯L1。第一继电器GDQ包括电源端、接地端，信号输入端，常闭端、公共端和常开端。其中电源端口接+5v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P32接口相接，常闭端口悬空，公共端口接+5v电压，常开端口接上LED正极后，LED负极接地。

所述的第二继电器模块包括包括第二继电器GDQ和电磁锁EC。包括第二继电器GDQ包括电源端、接地端，信号输入端，常闭端、公共端和常开端。其中电源端口接+12v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P33接口相接，常闭端口悬空，公共端口接+12v电压，常开端口接上电磁锁正极后，电磁锁负极接地。

所述的控制箱体部分中，箱体正面有一个长为70mm、宽为30mm的长方形开孔，LCD1602显示屏正好能固定在此处。射频读卡器则安装在箱体下部内侧，外部贴有感应区示意图。GSM短信模块与微控制单元则直接放在控制箱体内部，工作时需连接电源。

所述的微控制单元MCU主要包括主控芯片STC89C52、复位电路和时钟电路。

所述的时钟电路包括第一电容C1、第二电容C2和第一晶体XTAL。第一电容C1的2端和第二电容C2的2端接地；第一电容C1的1脚和第一晶体XTAL的2脚接主控芯片STC89C52的38脚；第二电容C2的1脚和第一晶体XTAL的1脚接主控芯片STC89C52的39脚。

所述的复位电路包括第一电阻R1和第三极性电容C3。第三极性电容C3的正极接+5v的电源；第三极性电容C3的负极和第一电阻R1的1脚接主控芯片STC89C52的9脚；第一电阻R1的2脚接地。

主控芯片STC89C52在指令和引脚上完全兼容51单片机，且内存比传统51单片机大，I/O口多，可用C语言编程。其中主控芯片STC89C52的40引脚接地。主控芯片STC89C52的1-6引脚分别接射频读卡器的1、2、3、4、5、7引脚。主控芯片STC89C52的10、11引脚分别接GSM短信模块的1、2引脚。主控芯片STC89C52的14、15、16引脚分别接LCD1602显示屏的4、5、6引脚，30-37引脚接LCD1602显示屏的7-14引脚。主控芯片STC89C52的18、27引脚接电源。。主控芯片STC89C52的40引脚接地。主控芯片STC89C52的17、19、20、21、22、23、24、25、26、28、29引脚悬空。

所述的GSM短信模块选型为SIM800A，包括电源端、接地端、TXD端和RXD端。其中电源端口接5v电压，接地端口与地端相接。

所述的射频读卡器模块选型为MF-RC522,具有低电压、低成本、体积小等特点。利用了先进的调制和解调概念，继承了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，它与微控制单元的通信采用SPI模式，有利于减少连线，缩小PCB板体积。引脚主要包括SDA、SCK、MOSI、MOSO、IRQ、复位端、电源端和接地端。其中电源端口接+5v电压，接地端口与地端相接。

所述的显示模块主要包括LCD1602液晶显示屏及第一滑动变阻器R2。LCD1602芯片的1、16引脚接地，3、16引脚接+5v电压，3引脚与第一滑动变阻器R2的2脚和3脚相接，第一滑动变阻器R2的1脚接地。

本发明操作方便；温度设定范围广，更加人性化；红外检测进一步提高安全系数。

附图说明

图1是本发明的整体功能模块示意图。

图2是本发明的信报箱体的人体红外感应模块。

图3是本发明的信报箱体的光敏感应模块。

图4是本发明的信报箱体的继电器模块1。

图5是本发明的信报箱体的继电器模块2。

图6是本发明的控制箱体的微控制单元MCU模块。

图7是本发明的控制箱体的GSM短信模块。

图8是本发明的控制箱体的射频读卡器模块。

图9是本发明的显示模块。

具体实施方式

本发明包括包含信报箱体部分和控制箱体部分。其中信报箱体部分包括人体红外感应模块、光敏感应模块以及两个继电器模块。控制箱体部分包括微控制单元MCU、GSM短信模块、射频读卡器模块以及显示模块。

基于GSM与RFID技术的智能信报箱系统整体工作流程如下：

当人体靠近时，信报箱体内LED会被点亮；如果人体不动，在设定好的八秒钟延时后，灯会熄灭。

当将一个有厚度的信件投入信报箱时，控制箱体上的LCD液晶屏幕会显示“MAILINSIDE”，表示已感应到信件投入；与此同时，GSM短信模块会开始工作，向程序中预设的AT指令中的手机号码发送预设的短信。

当用户将预存了卡序号的正确IC卡片靠近控制箱体上的射频读卡器模块时，屏幕会显示“DOOR OPEN”,此时电磁锁也会打开；若是错误的卡片，则电磁锁不会打开。

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明采用STC89C52单片机作为嵌入式系统的控制中心，最终达到简化操作和长期稳定运行的箱体。其工作原理为热释电人体红外传感器和光敏传感器共同工作，将信号传递给单片机系统，与预设的结果比对，判断人体行为，执行相应程序。利用GSM短信模块发送短信提醒，真正与网络相连，实时提醒用户收件。运用射频识别用户身份，LCD屏幕则提供操作提醒，实现简易的人机交互。

图1为本发明的整体功能模块示意图，其中包括人体红外感应模块、光敏感应模块、两个继电器模块、微控制单元、GSM短信模块、射频读卡器模块以及显示模块。图2为人体红外感应模块。用于感应人体靠近。当每次有人靠近信报箱体时，人体红外传感器模块将信号发送给单片机，单片机通过预定程序，进行控制箱内LED灯的点亮与熄灭。

所述的人体红外感应模块包括人体红外感应器HC-SR505，其中人体红外感应器HC-SR505的1脚接+5v电源，2脚接地，3脚接主控芯片STC89C52的7脚。

图3为光敏感应模块，位于信报箱体内侧，投递口下方，用于感应进入投递口的光线强弱,以此来判断是否发生投递邮件行为。感光元件采用光敏电阻,光敏电阻的电阻值随入射光的强弱变化而变化,光越强电阻值越小,光越弱电阻值越大。

所述的光敏感应模块包括光敏电阻传感器LDR，其中光敏电阻传感器LDR的1脚接+5v电源，2脚接地，3脚接主控芯片STC89C52的8脚。

图4为第一继电器模块，用于接受MCU信号，控制箱内LED的点亮与熄灭。

所述的第一继电器模块包括第一继电器GDQ和LED灯。其中第一继电器GDQ的1脚和5脚接+5v电源；第一继电器GDQ的3脚和LED灯的负极接地；LED灯的正极接第一继电器GDQ的4脚；第一继电器GDQ的2脚接主控芯片STC89C52的12脚；第一继电器GDQ的6脚悬空。

图5为第二继电器模块，用于接受MCU信号，控制箱内电磁锁的开关状态。

所述的第二继电器模块包括第二继电器GDQ和电磁锁EC。其中第二继电器GDQ的1脚接+5v电源；第二继电器GDQ的3脚和电磁锁EC的2脚接地；第二继电器GDQ的4脚接电磁锁EC的1脚；第二继电器GDQ的5脚接+12V电压；第二继电器GDQ的IN脚接主控芯片STC89C52的13脚；第二继电器GDQ的6脚悬空。

图6为微控制单元MCU模块，接收人体红外感应模块的信号，将信号进行处理后，控制两个模块继电器模块。

所述的微控制单元MCU包括主控芯片STC89C52、时钟电路和复位电路。其中所述的时钟电路包括第一电容C1、第二电容C2和第一晶体XTAL。第一电容C1的2端和第二电容C2的2端接地；第一电容C1的1脚和第一晶体XTAL的2脚接主控芯片STC89C52的38脚；第二电容C2的1脚和第一晶体XTAL的1脚接主控芯片STC89C52的39脚。所述的复位电路包括第一电阻R1和第三极性电容C3。第三极性电容C3的正极接+5v的电源；第三极性电容C3的负极和第一电阻R1的1脚接主控芯片STC89C52的9脚；第一电阻R1的2脚接地。主控芯片STC89C52的18脚和27脚接+5v的电源；主控芯片STC89C52的40脚接地；主控芯片STC89C52的的17脚、19-26脚和28脚悬空。

图7为GSM短信模块，作用是当接受到MCU发出的投递信号时，启动短信发送功能，给预先设定的信报箱主人的手机号发送收件短信，以便能及时处理。

所述的GSM短信模块包括GSM芯片SIM800A。其中GSM芯片SIM800A的3脚接+5v的电源，4脚接地，1脚接主控芯片STC89C52的11脚，2脚接主控芯片STC89C52的10脚。

图8为射频读卡器模块，用来读IC卡的信息，当有卡进入到读卡器读卡的范围内时就会读取到该卡的卡序列号，与MCU中的卡号序列进行对比，根据对比结果进行预设操作。

所述的射频读卡器模块包括射频读卡器MF-RC522。其中射频读卡器MF-RC522的8脚接+3.3V的电压，6脚接地，1脚接主控芯片STC89C52的1脚，2脚接主控芯片STC89C52的2脚，3脚接主控芯片STC89C52的3脚，4脚接主控芯片STC89C52的4脚，5脚接主控芯片STC89C52的5脚，7脚接主控芯片STC89C52的6脚。

图9为显示模块，用于操作提醒，实现简易的人机交互。

所述的显示模块包括LCD1602液晶显示屏和第一滑动变阻器R2。LCD1602液晶显示屏的1脚、16脚和第一滑动变阻器R2的1脚接地；LCD1602液晶显示屏的2脚和15脚接+5v电压；第一滑动变阻器R2的2脚和3脚接CD1602液晶显示屏的3脚；LCD1602液晶显示屏的4脚接主控芯片STC89C52的14脚；LCD1602液晶显示屏的5脚接主控芯片STC89C52的15脚；LCD1602液晶显示屏的6脚接主控芯片STC89C52的16脚；LCD1602液晶显示屏的7脚接主控芯片STC89C52的30脚；LCD1602液晶显示屏的8脚接主控芯片STC89C52的31脚；LCD1602液晶显示屏的9脚接主控芯片STC89C52的32脚；LCD1602液晶显示屏的10脚接主控芯片STC89C52的33脚；LCD1602液晶显示屏的11脚接主控芯片STC89C52的34脚；LCD1602液晶显示屏的12脚接主控芯片STC89C52的35脚；LCD1602液晶显示屏的13脚接主控芯片STC89C52的36脚；LCD1602液晶显示屏的14脚接主控芯片STC89C52的37脚；

工作方式一(信报查看)：当有人或信报箱使用者距离信报箱3m内时，热释电红外传感器检测到人体信号，然后电红外传感器将信号传递给控制箱体的单片机，单片机判断确实为信报箱使用者后，单片机控制信报箱体内的LED灯打开照亮信报箱体并控制控制箱体的显示模块显示“SHOW CARD”，信报箱使用者可以查看信件。信报箱使用者离开后，显示模块关闭，LED关闭。

工作方式二(放入信报)：当信报箱使用者投递信报于信报箱中时，信报箱体内的光敏传感器检测信报投递的信号，将信号传递给控制箱体的单片机，单片机控制控制箱体内的显示模块显示“MAIL INSIDE”并控制控制箱体的GSM短信模块为收信报人发送提示短信。信报箱使用者离开后，显示模块关闭。

工作方式三(收取信报)：当信报箱使用者需要收取信报时，先按工作方式一执行后，信报箱使用者将IC卡放置控制箱体的射频读卡器模块上时，射频读卡器模块读取IC卡信息传递给控制箱体的单片机，单片机确定正确则控制控制箱体内的显示模块显示“DOOROPEN”并控制信报箱体的电磁锁打开信报箱体，若单片机确定错误，则控制箱体的显示模块保持显示“SHOW CARD”。信报箱使用者离开后，显示模块关闭，LED关闭。

Claims (1)

1.基于GSM与RFID技术的智能信报箱系统，包含信报箱体部分和控制箱体部分；其中信报箱体部分包括人体红外感应模块、光敏感应模块以及两个继电器模块；控制箱体部分包括微控制单元、GSM短信模块、射频读卡器模块以及显示模块；

所述的信报箱体部分中人体红外感应器位于信报箱体投递口右下方，人体红外感应器感应口向外；光敏感应模块设置在位于箱体内侧、投递口下方；

所述的人体红外感应模块包括电源端、接地端和信号输出端；其中电源端口接+5v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P16接口相接；

所述的光敏感应模块包括电源端、接地端和信号输出端；其中电源端口接5v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P17接口相接；

所述的第一继电器模块包括第一继电器GDQ和LED灯L1；第一继电器GDQ包括电源端、接地端，信号输入端，常闭端、公共端和常开端；其中电源端口接+5v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P32接口相接，常闭端口悬空，公共端口接+5v电压，常开端口接上LED正极后，LED负极接地；

所述的第二继电器模块包括包括第二继电器GDQ和电磁锁EC；包括第二继电器GDQ包括电源端、接地端，信号输入端，常闭端、公共端和常开端；其中电源端口接+12v电压，接地端口与地端相接，信号输出端与微控制单元P33接口相接，常闭端口悬空，公共端口接+12v电压，常开端口接上电磁锁正极后，电磁锁负极接地；

所述的控制箱体部分中，箱体正面有一个长为70mm、宽为30mm的长方形开孔，LCD1602显示屏正好能固定在此处；射频读卡器则安装在箱体下部内侧，外部贴有感应区示意图；GSM短信模块与微控制单元则直接放在控制箱体内部；

所述的微控制单元MCU，包括主控芯片STC89C52、复位电路和时钟电路；

所述的时钟电路包括第一电容C1、第二电容C2和第一晶体XTAL；第一电容C1的2端和第二电容C2的2端接地；第一电容C1的1脚和第一晶体XTAL的2脚接主控芯片STC89C52的38脚；第二电容C2的1脚和第一晶体XTAL的1脚接主控芯片STC89C52的39脚；

所述的复位电路包括第一电阻R1和第三极性电容C3；第三极性电容C3的正极接+5v的电源；第三极性电容C3的负极和第一电阻R1的1脚接主控芯片STC89C52的9脚；第一电阻R1的2脚接地；

主控芯片STC89C52在指令和引脚上完全兼容51单片机，且内存比传统51单片机大，I/O口多，可用C语言编程；其中主控芯片STC89C52的40引脚接地；主控芯片STC89C52的1-6引脚分别接射频读卡器的1、2、3、4、5、7引脚；主控芯片STC89C52的10、11引脚分别接GSM短信模块的1、2引脚；主控芯片STC89C52的14、15、16引脚分别接LCD1602显示屏的4、5、6引脚，30-37引脚接LCD1602显示屏的7-14引脚；主控芯片STC89C52的18、27引脚接电源；；主控芯片STC89C52的40引脚接地；主控芯片STC89C52的17、19、20、21、22、23、24、25、26、28、29引脚悬空；

所述的GSM短信模块包括电源端、接地端、TXD端和RXD端；其中电源端口接5v电压，接地端口与地端相接；

所述的射频读卡器模块选型为MF-RC522,包括SDA、SCK、MOSI、MOSO、IRQ、复位端、电源端和接地端；其中电源端口接+5v电压，接地端口与地端相接；

所述的显示模块包括LCD1602液晶显示屏及第一滑动变阻器R2；LCD1602芯片的1，16引脚接地，2、15引脚接+5v电压，3引脚与第一滑动变阻器R2的2脚和3脚相接，滑动变阻器R2的1脚接地。

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