rfid的智能货架的设计与实现
摘 要本文以智能货架为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现对货架上货物进行实时统计、货物信息存储显示、生产日期查询以及过期报警等功能的智能货架控制系统，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设的所有功能指标。
目录
一、 引言 1
（一） 智能货架控制系统的发展背景 1
（二） 智能货架系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） STC89C51单片机介绍 4
（三） RC522型射频ID识别模块介绍 5
（四） DHT11温湿度传感器 5
（五） LCD1602型液晶简介 6
（六） 有源蜂鸣器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 智能货架系统的系统结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 货物识别模块电路设计 10
（四） 货架环境温湿度采集电路设计 11
（五） 液晶显示电路设计 12
（六） 报警电路设计 12
（七） 按键电路 13
四、 软件系统设计 14
（一） 智能货架系统的软件工作流程设计 14
（二） RC522型射频ID识别模块工作流程图 15
（三） DHT11温湿度传感器工作流程设计 15
（四） 液晶显示流程设计 16
五、 实物展示 18
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
附录一 原理图 22
附录二 元器件列表 23
附录三 程序 24 引言
智能货架控制系统的发展背景
智能货架控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配RFID射频ID识别模块、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种智能货架控制系统主要为了对货架上货物进行实时统计、货物信息存储显示、生产日期查询以及过期报警等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能货架系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能货架系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如货物信息实时查询、过期报警等功能的加入，使得传统智能货架系统更加具有实用性，使用者在用这种传统智能货架系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能货架系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能货架系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能货架系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将高性能RFID标签、实时时钟等模块的搭配，实现了非接触式货物信息快速查询、高效过期报警等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能货架控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能货架系统的最佳搭配。
智能货架系统的国内外发展现状
智能货架控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能货架控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能货架系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能货架控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能货架系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能货架系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
1、本文从多个角度对智能货架控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，论文第五章选用了Proteus 7.8仿真软件平台对控制系统在电脑上进行了模拟仿真，将实际控制系统所能表现出的功能现象通过电脑显示器显示出来；
2、本课题将以STC89C51单片机作为主控芯片，设计了一款能够实现对货物进行库存量保存、货品基本信息、生产日期等信息的保存和查询，并可通过非接触式IC卡进行货物ID号的封存；
3、非接触刷卡式信息查询功能将通过RFID模块来实现，通过对R522模块进行电路配置，在STC89C51单片机的驱动下将实现通过对货架上货物的非接触式刷取，将得到货架上货物的基本信息；
4、为了实现对货架周围环境的温湿度进行检测，从而能够有效的了解货架所处环境是否适宜存放货物，配置了DHT11型温湿度传感器电路，通过该电路将实现对温度和湿度两项参数的测量；
5、为了实现对货架系统各项参数的实时显示，配置了LCD1602液晶屏电路，通过该电路将能够实现液晶显示效果。
案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
目录
一、 引言 1
（一） 智能货架控制系统的发展背景 1
（二） 智能货架系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） STC89C51单片机介绍 4
（三） RC522型射频ID识别模块介绍 5
（四） DHT11温湿度传感器 5
（五） LCD1602型液晶简介 6
（六） 有源蜂鸣器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 智能货架系统的系统结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 货物识别模块电路设计 10
（四） 货架环境温湿度采集电路设计 11
（五） 液晶显示电路设计 12
（六） 报警电路设计 12
（七） 按键电路 13
四、 软件系统设计 14
（一） 智能货架系统的软件工作流程设计 14
（二） RC522型射频ID识别模块工作流程图 15
（三） DHT11温湿度传感器工作流程设计 15
（四） 液晶显示流程设计 16
五、 实物展示 18
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
附录一 原理图 22
附录二 元器件列表 23
附录三 程序 24 引言
智能货架控制系统的发展背景
智能货架控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配RFID射频ID识别模块、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种智能货架控制系统主要为了对货架上货物进行实时统计、货物信息存储显示、生产日期查询以及过期报警等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能货架系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能货架系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如货物信息实时查询、过期报警等功能的加入，使得传统智能货架系统更加具有实用性，使用者在用这种传统智能货架系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能货架系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能货架系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能货架系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将高性能RFID标签、实时时钟等模块的搭配，实现了非接触式货物信息快速查询、高效过期报警等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能货架控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能货架系统的最佳搭配。
智能货架系统的国内外发展现状
智能货架控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能货架控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能货架系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能货架控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能货架系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能货架系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
1、本文从多个角度对智能货架控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，论文第五章选用了Proteus 7.8仿真软件平台对控制系统在电脑上进行了模拟仿真，将实际控制系统所能表现出的功能现象通过电脑显示器显示出来；
2、本课题将以STC89C51单片机作为主控芯片，设计了一款能够实现对货物进行库存量保存、货品基本信息、生产日期等信息的保存和查询，并可通过非接触式IC卡进行货物ID号的封存；
3、非接触刷卡式信息查询功能将通过RFID模块来实现，通过对R522模块进行电路配置，在STC89C51单片机的驱动下将实现通过对货架上货物的非接触式刷取，将得到货架上货物的基本信息；
4、为了实现对货架周围环境的温湿度进行检测，从而能够有效的了解货架所处环境是否适宜存放货物，配置了DHT11型温湿度传感器电路，通过该电路将实现对温度和湿度两项参数的测量；
5、为了实现对货架系统各项参数的实时显示，配置了LCD1602液晶屏电路，通过该电路将能够实现液晶显示效果。
案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
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