◆廣東省江門市棠下中學 張錦昆

一、創(chuàng)作背景

我所在的城市，絕大多數(shù)學校對功能室的管理依然使用傳統(tǒng)的門鎖，而非智能門禁系統(tǒng)，致使學生使用功能室不規(guī)范、經(jīng)常找不到功能室鑰匙等問題無法得到很好的解決。

我校高三年級組長帶著以上需求來找我，希望我能開發(fā)一套功能室鑰匙管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，要求能使用飯卡對使用功能室的學生進行身份認證與權(quán)限劃分。

二、設(shè)計原理

在我看來，這套系統(tǒng)更偏向于產(chǎn)品，由于甲方（我校高三年級組長）需求緊迫，要求在4天時間內(nèi)完成“電路+軟件”的開發(fā)與調(diào)試。為實現(xiàn)快速上線，我將MY SQL數(shù)據(jù)庫、Node-red物聯(lián)網(wǎng)消息隊列、siot MQTT服務(wù)器等均部署在同一臺物理服務(wù)器上。管理App采用App inventor進行圖形化編程。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

鑰匙柜采用ESP32主控，ESP32的GPIO與繼電器相連，實現(xiàn)電磁鎖開關(guān)控制。箱體的屏幕采用HMI串口屏，可使用廠家提供的上位機軟件進行快速開發(fā)。

三、工作流程

當RFID模塊檢測到卡片時，將卡號發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器查詢后返回Json至ESP32，ESP32對Json信 息 進行解碼后，通過串口控制串口屏顯示不同內(nèi)容。用戶選擇柜號后，ESP32控制繼電器開啟對應(yīng)柜門的電磁鎖，并上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器保留記錄。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

四、制作過程

該項目的外形設(shè)計是在2021年8月進行的，在完成外形設(shè)計后因為其他原因我暫停了該項目。我在設(shè)計之初就考慮到，重啟該項目后，可用于裝配的時間非常緊張，因此選用激光切割5 mm木板完成作品搭建，木板與木板之間的固定采用2020鋁型材及m4沉頭螺絲進行固定，最終實現(xiàn)快速加工與裝配。

考慮到使用該存儲柜的區(qū)域已實現(xiàn)校園Wi-Fi的覆蓋，因此主控選用ESP32。我在學校的一臺舊電腦上安裝了Windows server2008，部署MQTT服務(wù)器、MY SQL數(shù)據(jù)庫及Node-red，將其作為服務(wù)器，置于實驗室運行。

圖3 繪制電路圖

圖4 作品實物圖

該項目能在4天時間內(nèi)快速上線，得益于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)神器Nodered。Node-red通過“圖形化+低代碼”將硬件設(shè)備、api接口與數(shù)據(jù)庫等在線服務(wù)器連接，上手門檻低且開發(fā)速度快，而且Node的軟件包存儲庫中含有大量拓展模塊，可以輕松實現(xiàn)應(yīng)用開發(fā)。

作者心聲

在我看來，該作品的制作更像一次完整的“產(chǎn)品研發(fā)”過程：甲方提出需求，我為甲方分析需求，確定具體功能，產(chǎn)品研發(fā)、裝配、調(diào)試，產(chǎn)品上線，收集用戶痛點，推送OTA更新。

雖然該項目還存在諸多不足，但在短時間內(nèi)體驗一輪近乎完整的產(chǎn)品研發(fā)流程，讓我提前感受了未來的工作。這項作品的開發(fā)不僅拓展了我的編程思維、提升了我的動手能力，而且讓我的抗壓能力也經(jīng)受住了一次不小的考驗。

專家點評

張錦昆同學完成的基于Node-red的物聯(lián)網(wǎng)鑰匙管理系統(tǒng)，是一件富有技術(shù)支撐的創(chuàng)新實踐作品。這項作品的完成，體現(xiàn)了張錦昆同學具有以下三個方面的素養(yǎng)。

第一，具有良好的創(chuàng)新意識。即在發(fā)現(xiàn)問題的同時，還具有積極主動想運用新的手段或方法等加以解決的決心。

第二，富有開拓與實踐精神。他找到這個課題以后，雖然要花的時間長，耗費的精力大，但他一直堅持利用課余時間把項目做好。青少年的科創(chuàng)能力只有在不斷的實踐中才能養(yǎng)成。

第三，技術(shù)應(yīng)用能力突出。這個作品需運用計算機網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、激光切割技術(shù)和智能電子編程等才能實現(xiàn)。

有一點建議：我們不能滿足于創(chuàng)新實踐，還要在選取項目時進行查新，使項目具有原創(chuàng)性，讓我們的創(chuàng)新成長更具突破性。這是因為創(chuàng)新實踐作品雖然有一定的實用價值，但創(chuàng)新性不夠。這種類型的儲物柜已經(jīng)投入使用多年，如豐巢快遞柜等。