基于NFC设计的新式建筑物标签

    刘佳金 刘志文 朱晓骏

    

    

    

    摘要：以往的建筑物标识牌功能单一、安装位置过高容易发生安全事故并且后期维修很麻烦;长年暴露在墙外，遭受太阳的照射和雨水的浸泡容易出现褪色、变形、脱落等问题;本设计是一种新的建筑标签技术，将射频识别技术应用与楼号以及路灯结合，做成一个功能完善的楼号显示系统和光线昏暗时的路灯指引系统。IC射频卡存有一份该区域的详细信息，能够实时更新，扫描IC卡获得楼号信息，可使用支持NFC的手机接触标签快速获取。

    关键词：IC卡;射频识别

    中图分类号：TP311? ? ? 文献标识码：A

    文章编号：1009-3044（2021）18-0230-03

    开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

    New Building Label Based on NFC Design

    LIU Jia-jin， LIU Zhi-wen， ZHU Xiao-jun

    （AnhuiSanlian University， Hefei 230000， China）

    Abstract：In the past， the function of the building signboard is single， the installation position is too high， and it is easy to cause safety accidents， and the later maintenance is very troublesome; if it is exposed to the wall for a long time， it is easy to fade， deform and fall off when exposed to the sun and rain. This design is a new building tag technology， which combines the application of radio frequency identification technology with building number and street lamp to make a function Sun's building number display system and street light guidance system when the light is dim. The IC radio frequency card stores a detailed information of the area， which can be updated in real time. The building number information can be obtained by scanning the IC card. It can be quickly obtained by using the mobile phone contact tag supporting NFC.

    Key words：IC card;RFID

    1设计思路和要点

    随着科学的进步、社会的发展，各种相关的科学技术在路灯上取得了广泛的运用，尤其是诞生了一些比较先进的光源产品、节能产品，这些影响着我们原有的设计观念。像NFC，RFID芯片的应用越来越多，版本更新的很快功能也越来越强大。它们拥有强大的信息存储能力和无法媲美的便携性，同时越来越多的人使用支持NFC的手机，像手机模拟小区门卡，用手机刷公交等。技术发展的越来越快，一个手机就可以走遍大江南北，衣食住行都可以用手机解决，還在为坐公交车和坐地铁因为忘带公交卡或者硬币而烦恼吗？不！不需要，只需要打开手机的NFC功能就可以坐公交车和乘地铁。这些只是NFC众多功能应用中的一个。如何改善和提高住宅区的路灯系统，为城市居民创造一个更加舒适的生活环境这正是我们目前要去研究的课题。这里结合实际操作中的设计经验，对小区路灯的设计要点做进一步的探讨与分析。

    2项目前景

    本产品是将先进的光源产品同节能与RFID控制系统相结合，旨在改善和提高住宅区的地灯引导系统，为居民创造一个更加舒适的生活环境。在很多小区采用的路灯都是在晚上一直亮着，浪费了资源。在国内某些道路采取了自动检测来往车辆亮灯，但因小区的特殊性该模式无法转移到小区中使用，而我们的创新刚好解决了这一难题。此产品当前尚未出现在国内外市场，属于经济环保型产品，在价格方面其价格低廉且高性价比，在功能方面，具有许多功能供用户选择和使用且具有很好的易用性。在当前市场销售方面有着广阔的发展优势和应用前景。并且随着现在楼宇的不断增加以及城乡居民区的不断改建，在此更加突显出本次装置对现在以及未来的人们生活的需要，而该种模块还可进行其他方向的不断延伸，其中就包括商场、火车站等人流量较大且处于室外的标志牌的使用，可极大地减少标志牌的建设投资以及维护资源的浪费。

    3项目规划

    对于本项目我们采取边设计边解决问题的方法，通过前期论证证明技术的可行性，在问题分析和收集资料的过程中发现出现的问题，查阅相关资料，探索解决这些问题。在各方面技术都得到一定量提高的基础下完善电子芯片的制作与电子芯片信息的录入，从而实现电子芯片中的信息可被读取设备所识别。在完成这些基本模块调试和正常使用的前提下，模拟实现小区中的实际情况将路灯调制成“地灯指引模式”，完成这些后进行灯罩外壳的制作和撰写使用说明书。

    4创新点

    本项目有两个创新点：

    第一点是楼号显示系统。使用IC卡在小区入口处刷卡，就可以呈现出这个小区的详细地图和需要到达的楼号，比如：当一个新人进入一个陌生环境后，例如一片小区一所高校或者一片工业园，只需要在入口刷一下IC卡，就可以在显示器上看到需要去的对应位置的详细信息。有利于帮助外卖和快递等相关工作人员的工作。

    第二点是地灯指引系统。我们通过IC卡与小区的地灯结合。小区用户在晚上回家时可在小区入口刷IC卡，此时从入口到该住户楼宇的地灯便会全部亮起，帮助用户快速地找到回家路径。在用户到达自己小区楼宇刷卡进入楼层后，相关的地灯即会自动关闭，极大地节约了小区的用电资源。还有效地解决了小区路灯不够亮的问题，对这些进入小区的人，在夜间行驶也是起到了保护的作用。

    5基本方案

    5.1 IC卡的序号读取

    RFID射频识别是一种非接触的自动识别技术，该技术科识别多个IC卡标签的信息，其自动带的天线让RFID标签与读卡器可通过通讯信道的方式进行数据的传输。在生活中常用的IC卡都存在卡号一般是16位或者19位，同时用作个人账号标识往往从第七位开始，且IC卡的卡号是不会完全相同的。而在本次设计中，我们将IC卡的卡号经过特殊的取值计算后得到有效的三位数字作为我们使用的识别位。同时采用了RC522模块作为读卡模块。读卡器将读取的数据传送给单片机进行处理。如图1所示。

    本程序可以对IC卡的信息进行读取和修改，主要功能是当用户第一次使用这个设备时，对用户的IC卡进行注册，使得IC卡读卡器能够正常识别并判断用户是否本小区的住户。

    对于手机使用NFC的用户来说，可以进行NFC卡模拟，从而达到用手机就可以刷卡的目的。只需要使用手机和IC触碰在一起，然后使用手机内置的NFC卡模拟功能就可以把NFC卡添加到手机里面。

    由于本IC卡只针对本小区的住户进行注册和发放，所以对于外卖和从事快递相关的用户来说可以在线申请IC卡，在申请IC卡的同时系统会要求用户填写用户类型，比如小区的住户就填写住户，外卖和快递人员就填写外卖和快递。这样有利于后期的管理。

    5.2楼号系统

    楼号系统主要通过读取IC卡内的信息从而得知该栋楼的信息。首先我们将IC卡镶嵌在每栋楼的墙壁表面，其次会对IC卡写入相应的1、2、3等楼号。当人们扫描IC卡时即可得知每栋楼的楼号。如图2所示。

    用户把IC卡放在镶嵌在墙体表面上的IC卡的写卡装置上，读卡装置会自动读取IC卡的信息，并把读取到的信息显示在显示屏上，同时对于手机自带NFC功能的用户可以直接打开手机进行相应的数据读取，也可知道该栋楼楼号。

    5.3路灯指引系统

    该系统是我们最为突出的地方。我们通过IC卡与小区的地灯结合。小区用户在晚上回家时可在小区入口刷IC卡，此时从入口到该住户楼宇的地灯便会全部亮起，帮助用户快速地找到回家路径。在用户到达自己小区楼宇刷卡进入楼层后，相关的地灯即会自动关闭。极大地节约了小区的用电资源。同时我们也设计了相关的IC卡控制的模拟电路，以此证明上述所有功能的可实行性。如图3所示。

    用户把IC卡放在IC卡读卡器上，系统会根据时间来判断路灯指引系统是否启动，当时间是白天时，路灯指引系统不会启动，减少了能源损失。当时间是晚上时，路灯指引系统会自动启动，用户到自己楼宇之间的地灯会亮起，直到用户解锁了楼宇的门禁时，地灯才会关闭。如果用户刷了IC卡，但是没有达到楼宇，或者到达楼宇时没有再次刷IC卡，当时间超过30时分钟时，地灯的亮度会变暗。如果超过2小时，地灯就会关闭以此来减少电力的消耗。当地灯变暗时，有人刷卡，地灯就会进入正常工作状态。

    5.4 系统模块

    为了将装置设计得更加简单同时还能完整地实现功能，在元件上都采用了最常用的芯片和模块，例如读卡器模块，按键接口模块，STC89C51系统模块等，成品在整体成本上不超过十五元，可在后期进行生产时可节约购买者的成本，增加该装置的性价比和维修成本。由于产品结构并不是过于复杂，因此在安装和维护时就显得非常轻松。

    如图4所示，这个是本设计的各模块总图，由按键接口模块，89C51系统模块，液晶显示器模块，电源管理模块组成，89C51系统模块是本设计的中央控制中心，用于处理各种信息和给各个模块发放指令。液晶显示模块用于显示信息，例如IC卡的卡号和楼层信息。按键接口模块给用户提供功能选择的功能。在供电系统上，因为单片机的供电为5V，而日常生活中大家常用的手机充电头或者充电宝都为5V电源，在本次的装置上有稳压电路可直接将充电宝或5V手机充电器直接连接至装置中，对装置进行相应的供电，极大提高了装置的便捷性。

    6项目总结

    我们的创新点在于楼号显示系统、地灯指引系统。在小区入口处刷卡，就可以呈现出这个小区的详细地图和需要到达的楼号，并且我们还把系统和小区的地灯相结合，在用户刷完IC卡后从入口到该住户楼宇的地灯便会全部亮起，帮助用户快速地找到回家路径。我们把楼号系统与路灯系统加入我们设计当中提高了我们使用的方便性，同时也提高了适用范围。

    在设计当中我们利用IC卡的编号加以计算得到三位有效数字作为我们的识别位。同时采用了RC522模块作为读卡模块。用读卡器读取数据将数据传送给单片机进行处理。

    但在项目中我们使用到了IC卡，但是其自身还是有一定局限性，还有好多地方可以继续加以改进，实现互联的效果。在日后的改进中我们可以脱离IC卡使用二维码，这样适用范围会更加宽广，而且使用更加方便。

    在用户扫描二维码来获取地图的时候，对在地图范围内的每个点的位置信息获取同时也很重要，我们可以通过单片机驱动高精度GPS模块对地图内的点进行采集，随后上传到上位机对所采集到的点进一步地绘制，绘制成具体的地图。

    在日后的生活中，会越来越多地实现万物互联，同样这也是我们努力并且需要学习的方向。要從生活中发现问题，通过自己所学的知识来改善这些问题。

    参考文献：

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    【通联编辑：唐一东】