单片机的自动存包柜的设计与研究
目 录
一、 引言 1
（一） 存包柜的发展背景 1
（二） 存包柜的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
（四） 设计目标 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 单片机的选择与对比 3
（二） AT89C51单片机概述 3
（三） 条形码打印机 5
（四） 条形码扫描仪 5
（五） LCD1602液晶显示器介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） C51单片机最小系统构建 8
（三） 条形码打印机控制电路 10
（四） 条形码扫描机控制电路设计 10
（五） 电磁门控制电路设计 11
（六） LCD1602液晶显示器电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） LCD1602显示流程设计 14
（三） 电磁门工作流程图 14
仿真 15
总结 18
致谢 20
参考文献 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
存包柜的发展背景
随着社会经济以及人们生活质量的迅猛提高，社会提供的公共服务越来越全面，在一些公共场合比如大型超市、企业或者医院都为人群提供了免费的自动存包柜。目前市面上大多数自动存包柜采用条形码的方式进行识别，当用户需要存物品时，按下存包柜控制键盘上的“存”按键，此时存包柜控制系统会驱动内部的条形码打印机将密码以条形码的形式打印出来，当用户取包时，用户按下“取”按键，此时条形码识别模块开始工作，用户需要将印有条形码的密码纸靠近识别模块，当识别成功后，箱门在控制系统的驱动下自动打开，这就是自动存包柜的基本工作流程。当前大多数存包柜控制系统采用PLC作为主控核心，这是考虑到PLC的稳定性以及广泛的工业使用率，然而目前单片机技术的迅猛发展使得其稳定性和处理速度变
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此时存包柜控制系统会驱动内部的条形码打印机将密码以条形码的形式打印出来，当用户取包时，用户按下“取”按键，此时条形码识别模块开始工作，用户需要将印有条形码的密码纸靠近识别模块，当识别成功后，箱门在控制系统的驱动下自动打开，这就是自动存包柜的基本工作流程。当前大多数存包柜控制系统采用PLC作为主控核心，这是考虑到PLC的稳定性以及广泛的工业使用率，然而目前单片机技术的迅猛发展使得其稳定性和处理速度变得非常高，在一些环境恶劣的工业场合，单片机仍能稳定地工作。另外由于早期单片机的可用IO口非常少，远低于PLC的管脚，因此在用单片机做一些稍复杂的控制时则显得非常不方便，而随着单片机的改良，许多性价比非常高的单片机的IO口数达到了几十个比如工业上常用的AT89C51单片机的可控IO管脚数量达到32个。因此本文提出采用单片机作为主控核心的自动存包柜控制系统，以此来降低目前市面上自动存包柜的成本，本课题沿用目前市面上大多数存包柜的所具有的功能，只是将硬件以及软件的总体成本降下来。自动存包柜在硬件构建上，主要由微处理器、条形码扫描仪、条形码打印机、按键以及液晶屏等模块组成，条形码原理在于其黑白相间的条纹，由于光线照射在黑和白色上的反射强度不同，黑色能吸收所有颜色的光线，因此光线照射在黑色码上时无反射，而白色不吸收任何颜色，所以光线照射在白色码上时几乎全反射，这样条形码扫描仪内的光线接受部分在接收条形码反射回来的光线时，就回接收到强度不一的光线，经过电子电路的作用，强度不一的光线就会被转换成0和1数码数字信号，这就是条形码扫描仪的工作原理，存包柜在使用条形码作为识别机制时，能够达到很高的保密性和最快的密码识别速度，因此本系统仍使用条形码的形式作为身份的识别方法。设计基于单片机的自动存包柜的意义在于降低目前市面上存包柜的总体成本，并且对于推动单片机的广泛应用具有重要的意义。
存包柜的国内外发展现状
由于人们对公共场合的自动存包柜的需求量越来越大，并且对于存包柜的安全性能也提出了更高的要求，因此目前国内外对于自动存包柜的设计和改进显得十分的火热，大多数研究小组的研究重点在于选择成本更低同时处理速度更快的微处理器作为主控核心，使得身份识别的速度能变得更快，同时由于存包柜大多在公共场合使用，其安全性和保密性显得十分重要，研究者们为了提高安全性，不得不改进条形码的加密方式以及柜门的牢固性。另外为了能够实现管理者对多组存包柜的监控和管理，研究者们还为存包柜控制系统植入了以太网模块，使得多组存包柜能够组成一个小型的网络，实时地将存包柜工作状态通过网线发送给管理者。
本文主要内容
本文选用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为主控核心，片外结合条形码扫描仪、条形码打印机、键盘、液晶屏以及门锁控制电路等模块设计了一个存包柜控制系统。为了能够方便描述本课题的设计过程及原理，本文通过原理图及软件流程图的形式对硬件和软件系统进行了详细描述。在论文结构上共分为五个章节，第一章主要对存包柜的发展背景以及发展现状做阐述，第二章主要经过了设计方案的对比，从而选择系统硬件所需的器件，并做介绍。第三章对硬件系统的设计过程做了阐述。第四章通过流程图对软件系统做了描述。第五章通过Proteus和Keil软件进行了系统的联合仿真。
设计目标
以AT89C51单片机作为主控核心，设计一个能够在公共场合实现自动存包的存包柜控制系统，以条形码作为身份识别机制，控制系统能够控制9个箱柜。
方案选择及元器件介绍
单片机的选择与对比
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然目前市面上C51单片机的生产厂家众多，目前使用最多的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司生产的STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选择意大利意法半导体（SST）公司推出的STM32系列单片机作为主控核心，STM32单片机的最大特色是采用了ARM结构作为内核，其32位的总线宽度使得它在处理一些数据时能够表现出更大的优势，由于采用ARM内核，因此这种类型的单片机被业内人士称之为微处理器，同MCU有较大区别。STM32系列的低端芯片的主频就已经达到了72M，高端系列能够达到168M，由于片内集成了高性能的锁相环（PLL），所以采用精度较高的低频晶振（8M）就可以给芯片提供时钟信号，经过锁相环的作用，能够将频率倍频到72M甚至更高。STM32采用了Cortex-M3或者Cortex-M4作
一、 引言 1
（一） 存包柜的发展背景 1
（二） 存包柜的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
（四） 设计目标 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 单片机的选择与对比 3
（二） AT89C51单片机概述 3
（三） 条形码打印机 5
（四） 条形码扫描仪 5
（五） LCD1602液晶显示器介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） C51单片机最小系统构建 8
（三） 条形码打印机控制电路 10
（四） 条形码扫描机控制电路设计 10
（五） 电磁门控制电路设计 11
（六） LCD1602液晶显示器电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） LCD1602显示流程设计 14
（三） 电磁门工作流程图 14
仿真 15
总结 18
致谢 20
参考文献 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
存包柜的发展背景
随着社会经济以及人们生活质量的迅猛提高，社会提供的公共服务越来越全面，在一些公共场合比如大型超市、企业或者医院都为人群提供了免费的自动存包柜。目前市面上大多数自动存包柜采用条形码的方式进行识别，当用户需要存物品时，按下存包柜控制键盘上的“存”按键，此时存包柜控制系统会驱动内部的条形码打印机将密码以条形码的形式打印出来，当用户取包时，用户按下“取”按键，此时条形码识别模块开始工作，用户需要将印有条形码的密码纸靠近识别模块，当识别成功后，箱门在控制系统的驱动下自动打开，这就是自动存包柜的基本工作流程。当前大多数存包柜控制系统采用PLC作为主控核心，这是考虑到PLC的稳定性以及广泛的工业使用率，然而目前单片机技术的迅猛发展使得其稳定性和处理速度变
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此时存包柜控制系统会驱动内部的条形码打印机将密码以条形码的形式打印出来，当用户取包时，用户按下“取”按键，此时条形码识别模块开始工作，用户需要将印有条形码的密码纸靠近识别模块，当识别成功后，箱门在控制系统的驱动下自动打开，这就是自动存包柜的基本工作流程。当前大多数存包柜控制系统采用PLC作为主控核心，这是考虑到PLC的稳定性以及广泛的工业使用率，然而目前单片机技术的迅猛发展使得其稳定性和处理速度变得非常高，在一些环境恶劣的工业场合，单片机仍能稳定地工作。另外由于早期单片机的可用IO口非常少，远低于PLC的管脚，因此在用单片机做一些稍复杂的控制时则显得非常不方便，而随着单片机的改良，许多性价比非常高的单片机的IO口数达到了几十个比如工业上常用的AT89C51单片机的可控IO管脚数量达到32个。因此本文提出采用单片机作为主控核心的自动存包柜控制系统，以此来降低目前市面上自动存包柜的成本，本课题沿用目前市面上大多数存包柜的所具有的功能，只是将硬件以及软件的总体成本降下来。自动存包柜在硬件构建上，主要由微处理器、条形码扫描仪、条形码打印机、按键以及液晶屏等模块组成，条形码原理在于其黑白相间的条纹，由于光线照射在黑和白色上的反射强度不同，黑色能吸收所有颜色的光线，因此光线照射在黑色码上时无反射，而白色不吸收任何颜色，所以光线照射在白色码上时几乎全反射，这样条形码扫描仪内的光线接受部分在接收条形码反射回来的光线时，就回接收到强度不一的光线，经过电子电路的作用，强度不一的光线就会被转换成0和1数码数字信号，这就是条形码扫描仪的工作原理，存包柜在使用条形码作为识别机制时，能够达到很高的保密性和最快的密码识别速度，因此本系统仍使用条形码的形式作为身份的识别方法。设计基于单片机的自动存包柜的意义在于降低目前市面上存包柜的总体成本，并且对于推动单片机的广泛应用具有重要的意义。
存包柜的国内外发展现状
由于人们对公共场合的自动存包柜的需求量越来越大，并且对于存包柜的安全性能也提出了更高的要求，因此目前国内外对于自动存包柜的设计和改进显得十分的火热，大多数研究小组的研究重点在于选择成本更低同时处理速度更快的微处理器作为主控核心，使得身份识别的速度能变得更快，同时由于存包柜大多在公共场合使用，其安全性和保密性显得十分重要，研究者们为了提高安全性，不得不改进条形码的加密方式以及柜门的牢固性。另外为了能够实现管理者对多组存包柜的监控和管理，研究者们还为存包柜控制系统植入了以太网模块，使得多组存包柜能够组成一个小型的网络，实时地将存包柜工作状态通过网线发送给管理者。
本文主要内容
本文选用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为主控核心，片外结合条形码扫描仪、条形码打印机、键盘、液晶屏以及门锁控制电路等模块设计了一个存包柜控制系统。为了能够方便描述本课题的设计过程及原理，本文通过原理图及软件流程图的形式对硬件和软件系统进行了详细描述。在论文结构上共分为五个章节，第一章主要对存包柜的发展背景以及发展现状做阐述，第二章主要经过了设计方案的对比，从而选择系统硬件所需的器件，并做介绍。第三章对硬件系统的设计过程做了阐述。第四章通过流程图对软件系统做了描述。第五章通过Proteus和Keil软件进行了系统的联合仿真。
设计目标
以AT89C51单片机作为主控核心，设计一个能够在公共场合实现自动存包的存包柜控制系统，以条形码作为身份识别机制，控制系统能够控制9个箱柜。
方案选择及元器件介绍
单片机的选择与对比
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然目前市面上C51单片机的生产厂家众多，目前使用最多的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司生产的STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选择意大利意法半导体（SST）公司推出的STM32系列单片机作为主控核心，STM32单片机的最大特色是采用了ARM结构作为内核，其32位的总线宽度使得它在处理一些数据时能够表现出更大的优势，由于采用ARM内核，因此这种类型的单片机被业内人士称之为微处理器，同MCU有较大区别。STM32系列的低端芯片的主频就已经达到了72M，高端系列能够达到168M，由于片内集成了高性能的锁相环（PLL），所以采用精度较高的低频晶振（8M）就可以给芯片提供时钟信号，经过锁相环的作用，能够将频率倍频到72M甚至更高。STM32采用了Cortex-M3或者Cortex-M4作
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