摘 要： 設(shè)計(jì)了一種便攜式智能存取設(shè)備。它包括以STC12C單片機(jī)為控制中心的下位機(jī)和Android終端。其中Android終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索、借物系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別搜索等；下位機(jī)實(shí)現(xiàn)規(guī)格檢測(cè)和位置提示。Android終端與下位機(jī)之間通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該設(shè)備使用便捷，查找效率高。

　　關(guān)鍵詞： Android ；藍(lán)牙；存取設(shè)備；STC12C單片機(jī)

　　日常生活中有許多物品(如電子元器件、機(jī)械零件、家庭小藥品等)具有種類多、體積小的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使它們不易存儲(chǔ)，管理不便，并且當(dāng)需要時(shí)如果沒(méi)有存放好，則需要大量的時(shí)間去查找。針對(duì)上述情況，蘇州艾隆有限公司針對(duì)藥物存取的問(wèn)題，制造了IRON-240智能存儲(chǔ)機(jī)，極大地提高了藥物急診窗口的使用效率[1]。一些IC生產(chǎn)車間通過(guò)采取一種基于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的存取系統(tǒng)[2]來(lái)提高IC電子部件的管理。但是現(xiàn)有階段的存取設(shè)備都是大型設(shè)備，不易攜帶，存儲(chǔ)物品具有專一性并且制作成本昂貴，操作較為繁瑣。對(duì)此，本文設(shè)計(jì)了一種便攜式存取設(shè)備，它具有成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。并且隨著手持移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展,以智能手機(jī)為代表的Android設(shè)備更是迅猛發(fā)展[3]，因此采用Android機(jī)作為終端設(shè)備，而下位機(jī)則采用STC12C單片機(jī)作為控制中心。該系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，利用Google語(yǔ)音識(shí)別庫(kù)進(jìn)行語(yǔ)音輸入，并且設(shè)備里創(chuàng)新性地加入了借物模塊，它可以在急需某物品而發(fā)現(xiàn)用完時(shí)，在附近發(fā)現(xiàn)誰(shuí)有相同的物品，并提出借物請(qǐng)求。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該存儲(chǔ)設(shè)備非常適合家庭、DIY愛(ài)好者管理小型物品。

1 系統(tǒng)框架

　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，本系統(tǒng)采用Android手機(jī)終端控制，用戶利用手機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音輸入或者手動(dòng)輸入想要存取的物品，終端就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行索引或者新增，并獲得位置信息。然后位置信息通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送給以STC12C單片機(jī)作為主控中心的下位機(jī)。接著下位機(jī)將接收到的信息進(jìn)行解碼，獲得位置信息，然后通過(guò)位置提示模塊對(duì)相應(yīng)的位置進(jìn)行提示。與此同時(shí)，Android終端會(huì)定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得知用戶的使用物品頻率來(lái)彈出相應(yīng)的廣告。利用互聯(lián)網(wǎng)，可以搜索附近是否有人擁有相同物品，并利用開(kāi)發(fā)的借物系統(tǒng)來(lái)發(fā)送請(qǐng)求借用信息。

2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)的主控芯片選擇STC12C5A60S2，原因主要有兩點(diǎn):

　　（1）由于下位機(jī)作為存取物體的主體，必須要實(shí)現(xiàn)位置提示的功能。這里利用LED點(diǎn)陣來(lái)實(shí)現(xiàn)位置的提示，這就需要單片機(jī)具有較快的速度并且I/O口具有較大的驅(qū)動(dòng)電流。而STC12C5A60S2作為一款增強(qiáng)型51單片機(jī)可以設(shè)置為1T模式，具有比通常的51單片機(jī)更快的運(yùn)行速度；另外它的每個(gè)I/O口都具有20 mA的驅(qū)動(dòng)電流，滿足此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。

　　（2）便攜式的容物箱采取每層分格的樣式，為了可以存放大部分物體，每層的格子可以通過(guò)抽掉兩格之間的擋板將格子進(jìn)行相應(yīng)的合并擴(kuò)大。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，下位機(jī)需要知道格子的大小和相應(yīng)的位置。為了達(dá)到此目的同時(shí)又最大限度地的降低成本，采取了A/D采樣的方式，達(dá)到了一個(gè)A/D可以同時(shí)檢測(cè)多路格子是否合并的目的。這樣STC12C5A60S2自帶的8路10位精度ADC又一次滿足了系統(tǒng)的需要。

　　除了以上兩點(diǎn)之外，STC12C5A60S2還具有許多擴(kuò)展功能，并且除了這些擴(kuò)展功能，單片機(jī)本身的使用與通常的51單片機(jī)完全一樣，操作十分便捷。

　　2.1 位置提示功能的實(shí)現(xiàn)

　　為了提示相應(yīng)存儲(chǔ)位置，需要明確指出格子的位置和編號(hào)。這里采用的方式是在格子底部的四周裝上LED燈，在用戶尋找相應(yīng)物體時(shí)，相應(yīng)格子底部的LED燈將會(huì)亮起，以此來(lái)提示物體的存儲(chǔ)位置。同時(shí)由于這需要大量的I/O口來(lái)控制大量的LED亮滅，為了解決I/O口不足的問(wèn)題，本方案采取了點(diǎn)陣屏的思想，構(gòu)成了N×M的LED點(diǎn)陣屏，本方案中設(shè)計(jì)為6×8的LED點(diǎn)陣屏。同時(shí)為了便于以后多層擴(kuò)展和提高驅(qū)動(dòng)能力，進(jìn)一步減少I/O口的使用，采用了串轉(zhuǎn)并芯片74hc595的級(jí)聯(lián)電路來(lái)分別控制點(diǎn)陣屏的行和列，如圖2所示。

　　格子的編號(hào)是在下位機(jī)軟件編程時(shí)按照一定的順序進(jìn)行編碼的。這里需要轉(zhuǎn)成相應(yīng)的串口數(shù)據(jù)，然后串行輸入到74hc595，并驅(qū)動(dòng)它并行輸出控制信號(hào)，從而具體控制一個(gè)或多個(gè)LED格子燈亮起，提示相應(yīng)的位置。

　　2.2 規(guī)格檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)

　　規(guī)格檢測(cè)的主要目的是檢測(cè)格子間的隔板是否被抽掉，并判斷被抽掉的隔板分別是哪幾列。將跳帽和隔板進(jìn)行粘合，當(dāng)跳帽安插時(shí)就有部分電路被短路。進(jìn)而設(shè)計(jì)了利用A/D采樣來(lái)獲得規(guī)格數(shù)據(jù)的方案。經(jīng)檢驗(yàn)該方案在容納盒不是很大的情況下，下位機(jī)檢查結(jié)果十分穩(wěn)定、精確，并具有成本低廉、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

　　該方案的數(shù)學(xué)原理如下：依據(jù)數(shù)學(xué)集合的知識(shí)可知，假設(shè)有一個(gè)無(wú)窮集合2n(n為非負(fù)整數(shù))，任取集合里面的任意個(gè)數(shù)進(jìn)行相加得到的和是唯一的。也就是說(shuō)對(duì)于任意一個(gè)正整數(shù)，此集合中都有且只有唯一一組不重復(fù)的元素相加的和與其相等。

　　根據(jù)以上數(shù)學(xué)原理及電阻分壓原理，分別取電阻值為X、2X、4X、 8X...2nX 的電阻串聯(lián)，串聯(lián)的阻值記為R'，然后再與一個(gè)已知電阻值為R的電阻串聯(lián)分壓并測(cè)量此電阻兩端的電壓。跳帽按下則R'中就有一個(gè)電阻被短路。此時(shí)R'電阻發(fā)生唯一性變化，那么根據(jù)分壓公式電阻R兩端電壓為：V=R/(R+R'),由于R'被唯一確定，因此V也被唯一確定，進(jìn)而測(cè)量V就可以唯一確定哪幾列的隔板被抽出，也就知道了此時(shí)抽屜格子的規(guī)格。

3 Android終端應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

　　目前Android設(shè)備普遍流行，Android是一種基于Linux的自由及開(kāi)放源碼的操作系統(tǒng)，最常見(jiàn)的Android設(shè)備就是大家使用的Android手機(jī)，通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)APP來(lái)管理自己的物品，方便日常生活,并且還提供了簡(jiǎn)單的借物交友功能。此APP的主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)終端手持設(shè)備與STC12C單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，得到數(shù)據(jù)之后分析處理并且保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，還可以通過(guò)接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行附近用戶的搜索并向其發(fā)起聊天和借物請(qǐng)求。

　　3.1 藍(lán)牙通信

　　Android平臺(tái)支持藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之間數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。STC12C單片機(jī)作為服務(wù)端，通過(guò)串口來(lái)控制藍(lán)牙模塊，Android端則是以客戶端方式連接。Android端使用BlueToothAdapter（本地藍(lán)牙適配器）來(lái)搜索遠(yuǎn)程的服務(wù)端設(shè)備，當(dāng)服務(wù)端和客戶端在同一個(gè)RFCOMM信道上都有一個(gè)BluetoothSocket時(shí)，就可以認(rèn)為它們建立了一個(gè)連接，并可以獲得一個(gè)InputStream和OutputStream來(lái)開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙連接成功后就開(kāi)辟一個(gè)線程一直監(jiān)聽(tīng)下位機(jī)是否有數(shù)據(jù)傳過(guò)來(lái)并進(jìn)行相應(yīng)的處理，防止UI線程阻塞并進(jìn)行異步處理以提高程序的效率[4]，通過(guò)Handle機(jī)制與主UI線程通信。

　　3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)與廣告推送

　　Google為Android的數(shù)據(jù)保存提供了SQLite，它可以使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、維護(hù)具有輕量級(jí)、獨(dú)立性、安全性等優(yōu)點(diǎn)。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)級(jí)上的獨(dú)占性和共享鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立事務(wù)處理。本系統(tǒng)具有多層抽屜，每層抽屜需要存放各種物品，因此每一層都建立一張表來(lái)保存。主要字段有：物品名稱、存儲(chǔ)位置、存儲(chǔ)時(shí)間、數(shù)量、類別、使用頻率等。程序運(yùn)行時(shí)則是通過(guò)鏈表作為cache，將數(shù)據(jù)庫(kù)的表導(dǎo)入鏈表里，然后對(duì)鏈表做一些相應(yīng)的操作（如增、刪、改、查等），同時(shí)也會(huì)及時(shí)將鏈表的數(shù)據(jù)保存到SQLite里。定期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)（如物品使用頻率），對(duì)各類物品的剩余數(shù)量進(jìn)行有針對(duì)性的廣告推送，提醒用戶哪些物品需要購(gòu)買。

　　3.3 規(guī)格UI設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備的規(guī)格可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行變更，可以將格子的大小任意合并，Android端則需要時(shí)時(shí)反映出規(guī)格的變化以方便用戶存取物品。因此UI設(shè)計(jì)就是通過(guò)建立一個(gè)Canvas在Bitmap上用Paint來(lái)畫(huà)每一個(gè)格子。STC12C傳過(guò)來(lái)的規(guī)格是一個(gè)0與1的數(shù)組，每一個(gè)數(shù)據(jù)都代表格子的邊，0代表已經(jīng)合并了，1代表有隔板，解析這些數(shù)組并畫(huà)出變化的規(guī)格格子。

　　3.4 語(yǔ)音查找

　　通過(guò)語(yǔ)音輸入來(lái)代替手動(dòng)輸入可以提高效率。語(yǔ)音識(shí)別是采用Google提供的API來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將用戶的聲音轉(zhuǎn)變成聲譜圖，傳送到Google云服務(wù)器上進(jìn)行處理后返回一個(gè)String List,然后遍歷這個(gè)List與本地的SQLite數(shù)據(jù)內(nèi)的詞條目進(jìn)行匹配查找，當(dāng)找到后就獲取存儲(chǔ)位置并通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送給STC12C單片機(jī)，向用戶提供相應(yīng)物品的聲光提示。

　　3.5 借物聊天系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

　　當(dāng)用戶急需某個(gè)物品時(shí)，就可以通過(guò)搜索附近來(lái)發(fā)起請(qǐng)求，用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄服務(wù)器，并搜索附近使用同款軟件的用戶，對(duì)其發(fā)起聊天和借物請(qǐng)求。

　　3.5.1 簡(jiǎn)易服務(wù)器的搭建

　　服務(wù)器通過(guò)JAVA進(jìn)行編寫(xiě)，功能比較簡(jiǎn)單。通過(guò)socket套接字在TCP協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行通信，采用accept等待連接，每當(dāng)有客服端連接時(shí)就返回一個(gè)socket對(duì)象實(shí)例并開(kāi)辟一個(gè)線程與其通信。可以實(shí)現(xiàn)用戶登錄驗(yàn)證、注冊(cè)、保存用戶地理位置信息、廣播通信等功能。

　　3.5.2 客戶端描述

　　當(dāng)用戶查找附近時(shí)會(huì)先向服務(wù)器上傳自己的地理位置信息（經(jīng)緯度），服務(wù)器則會(huì)返回附近其他用戶的地理信息，然后將這些數(shù)據(jù)在地圖上標(biāo)注出來(lái)，用戶可以點(diǎn)擊來(lái)發(fā)起聊天與借物請(qǐng)求。

　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STC12C單片機(jī)主控板及Android手持終端的智能存取設(shè)備，可以幫助管理那些多而小的DIY器件或者是家里的一些小藥物，設(shè)備有自帶的規(guī)格檢測(cè)模塊和位置提示功能，可以任意合并規(guī)格，同時(shí)還帶有借物聊天系統(tǒng)，可與附近的其他用戶進(jìn)行互動(dòng)以借物。較現(xiàn)有的大型存儲(chǔ)設(shè)備而言，本設(shè)計(jì)中的存儲(chǔ)設(shè)備成本低廉，容易上手，具有較高的實(shí)用性與推廣價(jià)值。

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