自动存包柜的设计【字数：10040】
摘 要随着国家经济的迅速发展，人们对生活质量的要求也逐渐提高。当人们外出游玩的时候，零碎的物件总是一个麻烦。现如今微控制器广泛使用，为人们的生活带来许多便利，存包柜便是其一，是大型场所必不可少的便民设施，本设计主要研究自动存包柜系统整体的软硬件设计。本文在硬件设计电路过程中，通过设计并组合5个模块来实现，第一部分是控制核心电路，选用STM32F103RBT6芯片，通过USB供电；第二部分是显示部分，核心板通过I2C协议控制OLED显示屏，用于人机交互，和显示用户输入的指令；第三部分是用来实现人机交互的矩阵键盘，用户通过它进行密码的输入；第四部分是通过三极管和继电器，通过三极管驱动5V继电器开合，以此控制存包柜开关。第五部分是条码识别，通过红外检测条码是否合法，并匹配采集的信息。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究与意义 1
1.2本文研究的内容与方法 1
第二章 存包柜硬件设计 3
2.1利用Altium Designer对硬件电路进行绘制 3
2.2硬件模块设计 3
2.2.1电源模块 3
2.2.2条码识别 4
2.2.3矩阵按键 5
2.2.4显示模块 5
2.2.5继电器电路 6
2.3电路布局设计 7
2.4电路焊接调试 8
第三章 系统软件设计 9
3.1软件整体框架 9
3.2初始化系统设计 9
3.3多按键检测设计 10
3.4密码比对设计 10
第四章 系统测试 12
4.1用户输入测试 12
4.2整体性能测试 12
总结与展望 14
致 谢 15
参考文献 16
第一章 绪论
1.1课题研究与意义
近年来，随着人民生活水平的提高，人们对社会服务质量的要求不断提高。为了更好地为广大客户服务，在一些人较多的公共场所，如连锁超市、水上公园和主题公园、图书馆、公共检查法、医院等专业应用，通常都有自动登记簿，方便客户寄存物品。自助存包服务在日常生活中 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
得到了广泛的推广。自动存包柜具有收银柜、密码柜、储物柜等多种功能，广泛应用于各种公共场所[1]。
（1）商场
商场的特点是客流量大，人员流动性大，进出商场的顾客随身携带的个人物品管理困难[2]。顾客需要安全的一次性物品存放，而大量顾客连续进出公共场所，需要便捷和快速的货物存储方式，方便快捷的存储解决方案，可以有效地解决商超系统所面临的库存问题。条码识别智能寄存器的特点正好满足大型连锁超市的需求[3]。
（2）水上乐园和主题乐园
水上游乐场、主题公园等移动娱乐场所，客户携带的货物需要妥善保管，因此企业一般会为客户提供各种形式的货物存储服务，传统的存储服务包括人工存储、机械储物柜等[4]，但存在效率低下、人力不足等问题。或多或少存在丢失钥匙的缺陷。网络式和投币式智能存储柜克服了传统存储服务的不足。他们可以很容易地实现客户对货物的自由存储，极大地保证了货物存储的安全性，同时也极大地释放了商场的压力。
（3）图书馆
目前，我国图书馆保管库中仍有大量常用的储物柜。它要求用户交付一定押金。这种存放方式不仅使存放物品不安全，而且重复率和浪费率都很高，不利于公共资源的合理利用。采用条形码识别式自备登记柜将大大提高图书馆的管理和服务水平[5]。
（4）公诉法律的其他专业适用
企业、事业单位和政府保密机构作为重点单位，主要为来访者提供非随身物2品（手机、钱包、工具等），以避免潜在的安全隐患和储物丢失纠纷[6]。其共同特点是人员流动性强，管理难度大，适用于随机一次性存包。网络和条码识别智能登记柜最大限度地保证了存放物品的安全[7]。
1.2本文研究的内容与方法
主要设计内容
本设计研究的主要是利用单片机进行控制自动存包柜的存取功能，研究以及控制对象分别为红外传感器OLED 屏幕，矩阵按键以及继电器。
（2）主要设计思路
设计一个由STM32系列芯片作为MCU的硬件电路，把OLED连接到具有I2C功能的引脚用来显示人机交互的信息，包括输入输出指令的显示等，通过单片机GPIO口来读取红外传感器采集然后返回的电平，然后把采集到的信息返回到单片机加以计算处理及判断，决定是否进行继电器的触点转移来实现开柜或者闭柜。
（3）硬件框图
整个硬件电路的组成：STM32系列单片机、条码识别模块、OLED模块、按键控制模块、电源模块、继电器。具体框图，如图11所示，电源模块负责给条形码模块，单片机和OLED供电，单片机负责核心逻辑的处理和人机交互信息处理，矩阵键盘不需要供电，通过单片机内部引脚直接控制输出，循环检测。
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图11系统总体框图
根据系统总框图可以看出来，本设计研究的内容可细化为如下几点：
电源模块的设计，包括稳压芯片的选取，输入电压和输出电压的确定，STM32系列芯片所需电压。
红外传感器的选取以及机制原理，采集的模拟量或数字量，如果是模拟量则需要使用MCU的ADC功能口进行模数量转换，如果用数字量的红外传感器则需要使用MCU的GPIO口读取数字量用来判断返回值。
矩阵按键的运用与单片机的连接通信。
OLED 屏幕与单片机之间的通信协议,包括I2C协议和SPI协议。
三极管与单片机以及继电器之间电路的连接，要实现可以通过改变单片机引脚高低电平来控制继电器的吸合或者断开。
最后一点也就是最重要的一点，就是STM32系列芯片的选取，在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列；新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合STM32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求，在此经过考虑性价比以及开发难易程度方面进行对比，本设计决定选用STM32F103RBT6此款芯片作为控制核心。通过以上几点的细化分析，需要一定的硬件设计软件以及软件编程软件，在这里本设计选取的是Altium Designer 15以及Keil 5这两款软件，用前者画出硬件电路的原理图并导出PCB文件以及实物化，用后者进行C语言的编程以及烧录进芯片。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究与意义 1
1.2本文研究的内容与方法 1
第二章 存包柜硬件设计 3
2.1利用Altium Designer对硬件电路进行绘制 3
2.2硬件模块设计 3
2.2.1电源模块 3
2.2.2条码识别 4
2.2.3矩阵按键 5
2.2.4显示模块 5
2.2.5继电器电路 6
2.3电路布局设计 7
2.4电路焊接调试 8
第三章 系统软件设计 9
3.1软件整体框架 9
3.2初始化系统设计 9
3.3多按键检测设计 10
3.4密码比对设计 10
第四章 系统测试 12
4.1用户输入测试 12
4.2整体性能测试 12
总结与展望 14
致 谢 15
参考文献 16
第一章 绪论
1.1课题研究与意义
近年来，随着人民生活水平的提高，人们对社会服务质量的要求不断提高。为了更好地为广大客户服务，在一些人较多的公共场所，如连锁超市、水上公园和主题公园、图书馆、公共检查法、医院等专业应用，通常都有自动登记簿，方便客户寄存物品。自助存包服务在日常生活中 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
得到了广泛的推广。自动存包柜具有收银柜、密码柜、储物柜等多种功能，广泛应用于各种公共场所[1]。
（1）商场
商场的特点是客流量大，人员流动性大，进出商场的顾客随身携带的个人物品管理困难[2]。顾客需要安全的一次性物品存放，而大量顾客连续进出公共场所，需要便捷和快速的货物存储方式，方便快捷的存储解决方案，可以有效地解决商超系统所面临的库存问题。条码识别智能寄存器的特点正好满足大型连锁超市的需求[3]。
（2）水上乐园和主题乐园
水上游乐场、主题公园等移动娱乐场所，客户携带的货物需要妥善保管，因此企业一般会为客户提供各种形式的货物存储服务，传统的存储服务包括人工存储、机械储物柜等[4]，但存在效率低下、人力不足等问题。或多或少存在丢失钥匙的缺陷。网络式和投币式智能存储柜克服了传统存储服务的不足。他们可以很容易地实现客户对货物的自由存储，极大地保证了货物存储的安全性，同时也极大地释放了商场的压力。
（3）图书馆
目前，我国图书馆保管库中仍有大量常用的储物柜。它要求用户交付一定押金。这种存放方式不仅使存放物品不安全，而且重复率和浪费率都很高，不利于公共资源的合理利用。采用条形码识别式自备登记柜将大大提高图书馆的管理和服务水平[5]。
（4）公诉法律的其他专业适用
企业、事业单位和政府保密机构作为重点单位，主要为来访者提供非随身物2品（手机、钱包、工具等），以避免潜在的安全隐患和储物丢失纠纷[6]。其共同特点是人员流动性强，管理难度大，适用于随机一次性存包。网络和条码识别智能登记柜最大限度地保证了存放物品的安全[7]。
1.2本文研究的内容与方法
主要设计内容
本设计研究的主要是利用单片机进行控制自动存包柜的存取功能，研究以及控制对象分别为红外传感器OLED 屏幕，矩阵按键以及继电器。
（2）主要设计思路
设计一个由STM32系列芯片作为MCU的硬件电路，把OLED连接到具有I2C功能的引脚用来显示人机交互的信息，包括输入输出指令的显示等，通过单片机GPIO口来读取红外传感器采集然后返回的电平，然后把采集到的信息返回到单片机加以计算处理及判断，决定是否进行继电器的触点转移来实现开柜或者闭柜。
（3）硬件框图
整个硬件电路的组成：STM32系列单片机、条码识别模块、OLED模块、按键控制模块、电源模块、继电器。具体框图，如图11所示，电源模块负责给条形码模块，单片机和OLED供电，单片机负责核心逻辑的处理和人机交互信息处理，矩阵键盘不需要供电，通过单片机内部引脚直接控制输出，循环检测。
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图11系统总体框图
根据系统总框图可以看出来，本设计研究的内容可细化为如下几点：
电源模块的设计，包括稳压芯片的选取，输入电压和输出电压的确定，STM32系列芯片所需电压。
红外传感器的选取以及机制原理，采集的模拟量或数字量，如果是模拟量则需要使用MCU的ADC功能口进行模数量转换，如果用数字量的红外传感器则需要使用MCU的GPIO口读取数字量用来判断返回值。
矩阵按键的运用与单片机的连接通信。
OLED 屏幕与单片机之间的通信协议,包括I2C协议和SPI协议。
三极管与单片机以及继电器之间电路的连接，要实现可以通过改变单片机引脚高低电平来控制继电器的吸合或者断开。
最后一点也就是最重要的一点，就是STM32系列芯片的选取，在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列；新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合STM32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求，在此经过考虑性价比以及开发难易程度方面进行对比，本设计决定选用STM32F103RBT6此款芯片作为控制核心。通过以上几点的细化分析，需要一定的硬件设计软件以及软件编程软件，在这里本设计选取的是Altium Designer 15以及Keil 5这两款软件，用前者画出硬件电路的原理图并导出PCB文件以及实物化，用后者进行C语言的编程以及烧录进芯片。
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