基于STM32的智能门禁卡片（开题报告)

基于STM32的智能门禁卡片（开题报告)

一、研究目的和意义

目前可穿戴设备不断发展，而可穿戴设备的目的，就是让我们的生活变得越来越方便。不用再携带各种IC卡片、也不用动不动就掏出手机，而由于安全原因，一般的智能手环，手表都不可以复制加密卡片，这导致了我们生活中不可避免的带着不少卡片，比如学校的饭卡，公司的工牌，小区的门禁等等。如果我们不小心丢失了卡片，这将会给我们带来不小的麻烦。
因此本设计希望实现一个智能门禁卡，这个智能门禁卡的主要目的是，可以复制各种频段的非接触式IＣ芯片，无论是门禁、楼宇门、考勤卡，都可以用这枚智能门禁卡代替，实现一张智能门禁卡通过多个设备，即一卡通。可以通过设置多个按键，实现不同卡片的切换，在理论上，添加任意多张IC卡的信息。第二点是，该智能门禁卡自带一个墨水屏，通过NFC通信技术，用手机与该门禁卡通信，同时通过手机端的APP设置墨水屏上的显示内容，利用该智能门禁卡用来显示个人的信息，例如二维码个人名片，事件备忘录等等。第三点，实现该智能门禁卡低功耗，即系统耗电量少，以此减少续航的困扰。

二、国内外研究现状及其发展

智能穿戴设备现状
智能穿戴设备是一种可以佩戴在身体或者穿在身上的，且具有传感、通信、导航、监测等功能的智能终端。在飞速发展的移动互联网浪潮中，智能穿戴设备实现了人与机器更方便、更快捷、更流畅的数据交流。同时，智能穿戴设备能够通过传感器与人体进行信息交互，使生活变得越来越智能化及便捷化。尽管与智能穿戴设备有关的相关技术已相对成熟，但在很多方面还有待完善，主要包括：
（1）不能保证数据采集的精确度。例如，对于号称能够计算每日运动步数的设备，只需要振动手臂，就可以轻易“欺骗”系统；无创的血糖、血压数据的采集设备，其准确性也远远不如传统的人工测量。
（2）功能不具有足够的颠覆性和扩展性。同智能手机相比，软件功能不具有吸引力，因为很多手机应用软件如微信运动、智能体重管理等，基本可以取代类似的穿戴设备。
（3）用户和设备之间的交流反馈机制不够完善。相关调查表明，51.1% 的使用者认为，智能穿戴没有给自身生活带来任何科技变化；唯一的变化只是通过佩戴设备，产生了更多的用户使用数据；而超过 20%的使用者甚至会中途放弃使用智能穿戴设备。这也说明智能穿戴设备采集用户信息后，没有实现专业的数据匹配、数据分析及数据可视化。
（4）设备的功耗及续航能力并不理想。目前，智能穿戴产品的设备性能、设备功耗和设备电池，在一定程度上限制了智能穿戴产品的发展。例如，智能穿戴设备功能的极大丰富，导致设备运行功耗的急剧增加，传统的电池难以满足其发展需要，而仅通过增加电池的积及质量来提高电池容量的方式，并不能很好地解决这个问题。考虑到电池与智能穿戴设备便携性、舒适性的匹配，需要设备电池体积相对更小，续航时间相对更长。因此，在设备电池容量、设备功耗、设备功能这三者之间，需要进一步进行技术革新和升级迭代。
智能穿戴设备发展趋势
从智能手环、智能眼镜到智能鞋子、智能服饰， 根据不同的产品设计理念，可以将智能穿戴设备分为两大类。一类是自我量化型，如运动健身领域使用的手表、手环， 这些设备通过对用户相关数据的采集，为用户有关运动等事项提供强大的数据支撑；另一类是体外进化型，如智能眼镜、智能手表等，这类设备促进了用户间更好的沟通，具有更随意的娱乐性，同时提升了用户的信息感知能力和信息 处理能力。这两种设备，均被广泛地应用于收集、记录、监测用户的运动健身情况和生理健康指标，并具有以下发展特点：
（1）以大数据存储技术、云存储技术为基础，以智能穿戴设备为前提，建立健康管理服务体系，集疾病预防、体征监测、紧急呼救等功能为一体，结合大数据的管理与应用技术，充分发挥智能穿戴设备的优势。
（2）保证监控、测量的准确性。设备的精确性受控于软件与硬件两个方面：软件方面，需要优化开发代码和设计相应算法；硬件方面，需要增强设备内置传感器对动作监测的灵敏性和准确性。
（3）解决智能设备续航问题。智能穿戴设备正常运行所需的能量，来源于收集到的各类可持续、环保的能量，可以将太阳能、振动能量、热能等转化成电 能并将其存储起来，从而为智能设备的正常运行提供 可持续的电能。总之，未来的智能穿戴设备，不仅要保证精确的数据测量、舒适的设备体验，还要实现智能设备穿戴 的可持续性和完善的配套服务，让智能穿戴设备成为必不可少的日用品

三、主要研究内容（提纲）

1.可以存储多张卡片信息
2.卡片内容可以擦写
3.具备NFC标签功能
4.可以通过APP设置内容
5.带一块显示屏幕（墨水屏）
6.系统体型迷你

四、拟解决的关键问题

1.整个系统的功耗问题，主要的耗电是电子墨水屏功耗（26毫瓦），主芯片运行时的耗电。
2.图像的传输与显示问题，实现手机通过APP设置墨水屏显示内容。
3.屏幕架和外壳的3D结构设计问题，保证系统密封，设置相应的螺丝孔位，最后可以拼接成一个迷你系统。

五、研究思路和方法

该系统由三个部分组成，电路部分，结构部分和电源部分。
1.电路部分：运用Altium Designer18设计整个系统电路，主要是STM32芯片的供电电路和NFC通信芯片的天线电路，然后使用Altium Designer18绘制系统的PCB。在嘉立创下单，打板，然后购买元器件自行焊接，最后测试电路是否正常工作。
2.结构部分：使用Unigraphics NX构建模型，绘制系统的外壳，主要是设置好屏幕的槽位和螺丝孔位，然后利用学校的3D打印机打印模型，最后将所有模块装好。
3.电源部分：对于系统低功耗的实现，一个方面可以利用NFC通信芯片的能量捕获功能,捕获卡片与设备通信过程中电磁波能量，进而为系统提供部分电能，而另一个方面系统主要供电是一块纽扣电池，在理论上，该系统可以连续工作一年以上不用更换电池。