基于單片機(jī)的自動(dòng)存儲(chǔ)柜的設(shè)計(jì)

金紅娟 張娣 王歷

摘 ?要： 隨著科技的日趨發(fā)展，智能化產(chǎn)品隨處可見(jiàn)，極大地方便了人們的生產(chǎn)生活。在一些綜合超市，大型購(gòu)物商場(chǎng)等一些公共場(chǎng)合，由于人流大，購(gòu)物的人多，僅靠人工來(lái)存儲(chǔ)物品速度慢，效率低，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的，所以就需要自動(dòng)存儲(chǔ)柜來(lái)存取物品，以達(dá)到更方便、更快捷的目的。但傳統(tǒng)的電子存儲(chǔ)柜由于價(jià)格等因素，只出現(xiàn)在一些大型超市等場(chǎng)合，在其它公共場(chǎng)合并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)存儲(chǔ)柜;單片機(jī);隨機(jī)密碼

中圖分類號(hào)： TP30 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.08.020

本文著錄格式：金紅娟，張娣，王歷，等. 基于單片機(jī)的自動(dòng)存儲(chǔ)柜的設(shè)計(jì)[J]. 軟件，2020，41（08）：67-68+77

【Abstract】： With the development of science and technology， intelligent products can be seen everywhere， greatly facilitating people's production and life. In a few comprehensive supermarket， large shopping mall wait for a few public places， because stream of people is big， the person that shopping is much， rely on manpower only to store article speed is slow， efficiency is low， it is far cannot satisfy a requirement， need automatic storage ark to come so store article， in order to achieve more convenient， faster goal. But because of the price and other factors， the traditional electronic storage cabinet only appears in some large supermarkets and other occasions， and is not widely used in other public places.

【Key words】： Automatic storage cabinet; SCM; Random password

0 ?引言

單片機(jī)是單片機(jī)微控器的簡(jiǎn)稱，是20世紀(jì)90年代興起的一種大規(guī)模器件，具有體積小，功能強(qiáng)，重量輕，使用方便靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，由于其本身具有的這些優(yōu)勢(shì)，單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，并且有效保障了諸多領(lǐng)域智能化產(chǎn)品的發(fā)展[1]。而基于單片機(jī)的自動(dòng)存儲(chǔ)柜系統(tǒng)使用單片機(jī)能降低成本，更好地實(shí)現(xiàn)智能化物品存取，給人們的生活帶來(lái)更大的方便。

1 ?系統(tǒng)方案

本設(shè)計(jì)由STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD1602液晶模塊、存儲(chǔ)柜指示燈、電源模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、按鍵模塊以及電源模塊所組成[2]。單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)按鍵掃描，當(dāng)顧客有存儲(chǔ)需求時(shí)，按下存鍵，系統(tǒng)會(huì)給出4位隨機(jī)提去密碼，并打開(kāi)相應(yīng)柜門(mén)。存儲(chǔ)好物品后，在液晶顯示器上顯示FULL（提示此存儲(chǔ)柜已經(jīng)存了物品），對(duì)應(yīng)的指示燈也會(huì)點(diǎn)亮。想要取出物品時(shí)，先按下取鍵然后再輸入存儲(chǔ)時(shí)系統(tǒng)給定的4位密碼，按下確認(rèn)鍵后，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)箱指示燈熄滅，并在液晶上顯示NULL，表示本號(hào)存儲(chǔ)箱是空的。

基于單片機(jī)的自動(dòng)儲(chǔ)物柜的系統(tǒng)方案總體框圖如圖1所示。

2 ?硬件設(shè)計(jì)

2.1 ?單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是利用最少的外圍器件而使單片機(jī)工作的電路組織形式，它只包含單片機(jī)、振蕩器、復(fù)位電路和電源[3]。本次設(shè)計(jì)選用的是STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)，外接兩片8255芯片I/O擴(kuò)展槽，74LS373鍵盤(pán)管理芯片管理4×4鍵盤(pán)矩陣，LCD1602字符點(diǎn)陣式液晶。其中兩片8255芯片擴(kuò)展I/O接口有48路，分別連接繼電器、紅外傳感器、限位開(kāi)關(guān)，各為16路。其中PA口驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)鎖，PB口連接限位開(kāi)關(guān)，控制柜門(mén)的打開(kāi)，PC口來(lái)判斷柜子里是否存有物品[4]。

2.2 ?存儲(chǔ)柜指示燈

本設(shè)計(jì)使用發(fā)光二極管（LED）作為存儲(chǔ)柜指示燈來(lái)顯示柜子是否存有物品。當(dāng)顧客獲取密碼并存好物品后，關(guān)閉柜門(mén)，其實(shí)存儲(chǔ)柜指示燈亮，表示此柜已滿。同理，當(dāng)顧客輸入密碼，柜門(mén)打開(kāi)，取出物品之后，指示燈熄滅，表示此柜是空的，可以使用。

2.3 ?LCD1602液晶模塊

LCD1602液晶顯示器體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧，在智能化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示器可實(shí)現(xiàn)存取顯示，清屏等控制命令，內(nèi)部包含復(fù)位電路，其工作電壓通常為3.3～ 5V，主要顯示存取情況與密碼輸入提示等信息[5]。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到所有的門(mén)磁傳感器均表明為閉合且有物時(shí)，液晶顯示“FULL（滿箱）”;當(dāng)至少有一個(gè)箱門(mén)閉合且無(wú)物時(shí)，液晶屏顯示實(shí)時(shí)時(shí)間;當(dāng)顧客有存包需求時(shí)，若有空箱，則顯示空箱號(hào)碼，按下存包按鍵后，給出四位隨機(jī)密碼，存包完成后，將顯示存儲(chǔ)成功。同理，取包時(shí)，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入密碼，顯示器上將顯示成功取出。圖2為L(zhǎng)CD1602液晶顯示器實(shí)物圖。

2.4 ?電源模塊

本次設(shè)計(jì)可采用20 V直流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)柜門(mén)的打開(kāi)與閉合，所需功率為20 W以上，可產(chǎn)生1A的驅(qū)動(dòng)電流。

2.5 ?蜂鳴器報(bào)警模塊

在存取過(guò)程中，顧客忘記關(guān)門(mén)是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，所以需要一個(gè)報(bào)警裝置來(lái)起到提醒的作用。蜂鳴器是一種結(jié)構(gòu)一體化的電子訊響器，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)采用常見(jiàn)的電壓式蜂鳴器報(bào)警裝置，主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成[6]。當(dāng)顧客存取完物品而忘記關(guān)柜門(mén)時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)來(lái)提醒顧客，關(guān)好柜門(mén)，避免造成不必要的麻煩。

2.6 ?按鍵模塊

按鍵的主要功能是讓顧客選擇合適的柜來(lái)存包，包括數(shù)字鍵和功能鍵。常用的按鍵接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤(pán)接口，本系統(tǒng)主要采用了普遍的4×4矩陣式鍵盤(pán)，工作方式采用外部中斷掃描。其原理為當(dāng)有鍵按下將會(huì)觸發(fā)一個(gè)中斷源，提醒處理器進(jìn)行鍵值掃描查詢。鍵盤(pán)的中斷方式一般有定時(shí)中斷和外部中斷兩種，本系統(tǒng)采用的是外部中斷INT0。單片機(jī)先讓行線輸出低電平，當(dāng)有鍵按下時(shí)列線電平不全為高，四輸入與門(mén)輸出端產(chǎn)生下降沿，將觸發(fā)外部中斷INT0，單片機(jī)進(jìn)入中斷后先延時(shí)去抖動(dòng)，再掃描查尋鍵盤(pán)，讀出鍵值，然后處理相應(yīng)的鍵值處理子程序，無(wú)鍵按下則不進(jìn)入中斷，單片機(jī)不掃描，從而節(jié)約了大量的資源[7]。按鍵功能模塊圖如圖3所示。

3 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 ?主程序模塊

該模塊的功能主要是顯示的初始化，判斷是否有空箱以及鍵盤(pán)掃描、密碼掃描等問(wèn)題。程序流程圖如圖4所示。

3.2 ?控制系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用以STC89C52為核心的單片機(jī)控制方案。單片機(jī)使用方便靈活，有豐富的I/O端口以及靈活的編程設(shè)計(jì)，功能強(qiáng)大。STC89C52單片機(jī)能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)柜的系統(tǒng)控制，包括鍵盤(pán)輸入、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖電路、顯示電路、報(bào)警電路。

3.3 ?驅(qū)動(dòng)顯示電路

本設(shè)計(jì)采用LCD1602 16*2字符液晶點(diǎn)陣式LCD，數(shù)據(jù)線掛接總數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)或命令端RS接P2.2，讀寫(xiě)端R/W接P2.3，使能端E接P2.4，命令寫(xiě)入地址為E3FFH，數(shù)據(jù)寫(xiě)入地址為E7FFH，讀狀態(tài)地址為EBFFH，不需要生成新的字符，只要使用其內(nèi)部字符庫(kù)的字符即可，使用時(shí)送入需要顯示的數(shù)據(jù)ASCII碼[8]。

（1）輸入、顯示器接口電路

該系統(tǒng)采用4×4的矩陣鍵盤(pán)，包含10個(gè)數(shù)字健和6個(gè)功能鍵，分別用作密碼輸入與存取功能控制，鍵盤(pán)用SAT89C52單片機(jī)經(jīng)過(guò)74LS373擴(kuò)展一片8255A來(lái)構(gòu)建鍵盤(pán)接口電路。

（2）開(kāi)柜門(mén)控制電路

開(kāi)柜門(mén)控制電路用來(lái)控制存儲(chǔ)柜門(mén)的打開(kāi)和閉合，該系統(tǒng)共有24個(gè)儲(chǔ)物柜，當(dāng)顧客有存儲(chǔ)需求時(shí)，系統(tǒng)將給出四位隨機(jī)密碼，柜門(mén)打開(kāi)，顧客存入物品，然后關(guān)閉柜門(mén)。想要將物品取出時(shí)，使用if語(yǔ)句來(lái)將鍵盤(pán)輸入的密碼與存儲(chǔ)時(shí)給出的設(shè)定密碼進(jìn)行比較，若完全正確，則開(kāi)鎖;若不正確，則返回繼續(xù)輸入，輸入次數(shù)超過(guò)三次，蜂鳴器報(bào)警[9]。其次，柜門(mén)上還裝有限位開(kāi)關(guān)，來(lái)檢測(cè)柜門(mén)是否關(guān)好，若顧客沒(méi)關(guān)好柜門(mén)，則適時(shí)發(fā)出警報(bào)，以達(dá)到提醒的目的。

4 ?結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)的自動(dòng)存儲(chǔ)柜系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)化存取，無(wú)需人員管理，方便快捷，能避免人工存儲(chǔ)不必要的沖突，并節(jié)約人員開(kāi)支。自動(dòng)儲(chǔ)物柜具有較好的應(yīng)用價(jià)值，可以解放顧客的雙手，使顧客能更方便地進(jìn)行購(gòu)物等，安全系數(shù)高，操作簡(jiǎn)單，管理方便，和傳統(tǒng)存儲(chǔ)柜相比，具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。使用單片機(jī)可降低成本，使自動(dòng)存儲(chǔ)柜在各個(gè)場(chǎng)合能得到廣泛而實(shí)際的應(yīng)用。

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