摘 要： 設(shè)計了一種便攜式智能存取設(shè)備。它包括以STC12C單片機為控制中心的下位機和Android終端。其中Android終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索、借物系統(tǒng)、語音識別搜索等；下位機實現(xiàn)規(guī)格檢測和位置提示。Android終端與下位機之間通過藍牙進行數(shù)據(jù)交互。經(jīng)過測試，該設(shè)備使用便捷，查找效率高。
關(guān)鍵詞： Android ；藍牙；存取設(shè)備；STC12C單片機
日常生活中有許多物品(如電子元器件、機械零件、家庭小藥品等)具有種類多、體積小的特點。這些特點使它們不易存儲，管理不便，并且當需要時如果沒有存放好，則需要大量的時間去查找。針對上述情況，蘇州艾隆有限公司針對藥物存取的問題，制造了IRON-240智能存儲機，極大地提高了藥物急診窗口的使用效率[1]。一些IC生產(chǎn)車間通過采取一種基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的存取系統(tǒng)[2]來提高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，存儲物品具有專一性并且制作成本昂貴，操作較為繁瑣。對此，本文設(shè)計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。并且隨著手持移動設(shè)備的發(fā)展,以智能手機為代表的Android設(shè)備更是迅猛發(fā)展[3]，因此采用Android機作為終端設(shè)備，而下位機則采用STC12C單片機作為控制中心。該系統(tǒng)通過藍牙模塊進行數(shù)據(jù)交互，利用Google語音識別庫進行語音輸入，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，在附近發(fā)現(xiàn)誰有相同的物品，并提出借物請求。經(jīng)過測試，該存儲設(shè)備非常適合家庭、DIY愛好者管理小型物品。
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手機終端控制，用戶利用手機進行語音輸入或者手動輸入想要存取的物品，終端就會對數(shù)據(jù)庫進行索引或者新增，并獲得位置信息。然后位置信息通過藍牙模塊發(fā)送給以STC12C單片機作為主控中心的下位機。接著下位機將接收到的信息進行解碼，獲得位置信息，然后通過位置提示模塊對相應(yīng)的位置進行提示。與此同時，Android終端會定期對數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得知用戶的使用物品頻率來彈出相應(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，并利用開發(fā)的借物系統(tǒng)來發(fā)送請求借用信息。
2 下位機設(shè)計
下位機的主控芯片選擇STC12C5A60S2，原因主要有兩點:
?。?）由于下位機作為存取物體的主體，必須要實現(xiàn)位置提示的功能。這里利用LED點陣來實現(xiàn)位置的提示，這就需要單片機具有較快的速度并且I/O口具有較大的驅(qū)動電流。而STC12C5A60S2作為一款增強型51單片機可以設(shè)置為1T模式，具有比通常的51單片機更快的運行速度；另外它的每個I/O口都具有20 mA的驅(qū)動電流，滿足此系統(tǒng)設(shè)計的需要。
?。?）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抽掉兩格之間的擋板將格子進行相應(yīng)的合并擴大。為了實現(xiàn)準確定位，下位機需要知道格子的大小和相應(yīng)的位置。為了達到此目的同時又最大限度地的降低成本，采取了A/D采樣的方式，達到了一個A/D可以同時檢測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。
除了以上兩點之外，STC12C5A60S2還具有許多擴展功能，并且除了這些擴展功能，單片機本身的使用與通常的51單片機完全一樣，操作十分便捷。
2.1 位置提示功能的實現(xiàn)
為了提示相應(yīng)存儲位置，需要明確指出格子的位置和編號。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，相應(yīng)格子底部的LED燈將會亮起，以此來提示物體的存儲位置。同時由于這需要大量的I/O口來控制大量的LED亮滅，為了解決I/O口不足的問題，本方案采取了點陣屏的思想，構(gòu)成了N×M的LED點陣屏，本方案中設(shè)計為6×8的LED點陣屏。同時為了便于以后多層擴展和提高驅(qū)動能力，進一步減少I/O口的使用，采用了串轉(zhuǎn)并芯片74hc595的級聯(lián)電路來分別控制點陣屏的行和列，如圖2所示。
格子的編號是在下位機軟件編程時按照一定的順序進行編碼的。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)動它并行輸出控制信號，從而具體控制一個或多個LED格子燈亮起，提示相應(yīng)的位置。
2.2 規(guī)格檢測功能的實現(xiàn)
規(guī)格檢測的主要目的是檢測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。將跳帽和隔板進行粘合，當跳帽安插時就有部分電路被短路。進而設(shè)計了利用A/D采樣來獲得規(guī)格數(shù)據(jù)的方案。經(jīng)檢驗該方案在容納盒不是很大的情況下，下位機檢查結(jié)果十分穩(wěn)定、精確，并具有成本低廉、實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。
該方案的數(shù)學原理如下：依據(jù)數(shù)學集合的知識可知，假設(shè)有一個無窮集合2n(n為非負整數(shù))，任取集合里面的任意個數(shù)進行相加得到的和是唯一的。也就是說對于任意一個正整數(shù)，此集合中都有且只有唯一一組不重復的元素相加的和與其相等。
根據(jù)以上數(shù)學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'，然后再與一個已知電阻值為R的電阻串聯(lián)分壓并測量此電阻兩端的電壓。跳帽按下則R'中就有一個電阻被短路。此時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，進而測量V就可以唯一確定哪幾列的隔板被抽出，也就知道了此時抽屜格子的規(guī)格。
3 Android終端應(yīng)用程序開發(fā)
目前Android設(shè)備普遍流行，Android是一種基于Linux的自由及開放源碼的操作系統(tǒng)，最常見的Android設(shè)備就是大家使用的Android手機，通過開發(fā)一個APP來管理自己的物品，方便日常生活,并且還提供了簡單的借物交友功能。此APP的主要內(nèi)容是實現(xiàn)終端手持設(shè)備與STC12C單片機通過藍牙進行數(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，還可以通過接入互聯(lián)網(wǎng)進行附近用戶的搜索并向其發(fā)起聊天和借物請求。
3.1 藍牙通信
Android平臺支持藍牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，實現(xiàn)藍牙設(shè)備之間數(shù)據(jù)的無線傳輸。STC12C單片機作為服務(wù)端，通過串口來控制藍牙模塊，Android端則是以客戶端方式連接。Android端使用BlueToothAdapter（本地藍牙適配器）來搜索遠程的服務(wù)端設(shè)備，當服務(wù)端和客戶端在同一個RFCOMM信道上都有一個BluetoothSocket時，就可以認為它們建立了一個連接，并可以獲得一個InputStream和OutputStream來開始數(shù)據(jù)傳輸。藍牙連接成功后就開辟一個線程一直監(jiān)聽下位機是否有數(shù)據(jù)傳過來并進行相應(yīng)的處理，防止UI線程阻塞并進行異步處理以提高程序的效率[4]，通過Handle機制與主UI線程通信。
3.2 數(shù)據(jù)庫與廣告推送
Google為Android的數(shù)據(jù)保存提供了SQLite，它可以使數(shù)據(jù)存儲、管理、維護具有輕量級、獨立性、安全性等優(yōu)點。SQLite數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)庫級上的獨占性和共享鎖來實現(xiàn)獨立事務(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保存。主要字段有：物品名稱、存儲位置、存儲時間、數(shù)量、類別、使用頻率等。程序運行時則是通過鏈表作為cache，將數(shù)據(jù)庫的表導入鏈表里，然后對鏈表做一些相應(yīng)的操作（如增、刪、改、查等），同時也會及時將鏈表的數(shù)據(jù)保存到SQLite里。定期統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)（如物品使用頻率），對各類物品的剩余數(shù)量進行有針對性的廣告推送，提醒用戶哪些物品需要購買。
3.3 規(guī)格UI設(shè)計
該系統(tǒng)的存儲設(shè)備的規(guī)格可以根據(jù)用戶需求進行變更，可以將格子的大小任意合并，Android端則需要時時反映出規(guī)格的變化以方便用戶存取物品。因此UI設(shè)計就是通過建立一個Canvas在Bitmap上用Paint來畫每一個格子。STC12C傳過來的規(guī)格是一個0與1的數(shù)組，每一個數(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)組并畫出變化的規(guī)格格子。
3.4 語音查找
通過語音輸入來代替手動輸入可以提高效率。語音識別是采用Google提供的API來實現(xiàn)的，將用戶的聲音轉(zhuǎn)變成聲譜圖，傳送到Google云服務(wù)器上進行處理后返回一個String List,然后遍歷這個List與本地的SQLite數(shù)據(jù)內(nèi)的詞條目進行匹配查找，當找到后就獲取存儲位置并通過藍牙發(fā)送給STC12C單片機，向用戶提供相應(yīng)物品的聲光提示。
3.5 借物聊天系統(tǒng)開發(fā)
當用戶急需某個物品時，就可以通過搜索附近來發(fā)起請求，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)登錄服務(wù)器，并搜索附近使用同款軟件的用戶，對其發(fā)起聊天和借物請求。
3.5.1 簡易服務(wù)器的搭建
服務(wù)器通過JAVA進行編寫，功能比較簡單。通過socket套接字在TCP協(xié)議的基礎(chǔ)上進行通信，采用accept等待連接，每當有客服端連接時就返回一個socket對象實例并開辟一個線程與其通信?？梢詫崿F(xiàn)用戶登錄驗證、注冊、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
當用戶查找附近時會先向服務(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)在地圖上標注出來，用戶可以點擊來發(fā)起聊天與借物請求。
本文設(shè)計了一個基于STC12C單片機主控板及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)格檢測模塊和位置提示功能，可以任意合并規(guī)格，同時還帶有借物聊天系統(tǒng)，可與附近的其他用戶進行互動以借物。較現(xiàn)有的大型存儲設(shè)備而言，本設(shè)計中的存儲設(shè)備成本低廉，容易上手，具有較高的實用性與推廣價值。
參考文獻
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