基于单片机的自动存储柜的设计

金红娟 张娣 王历

摘  要： 隨着科技的日趋发展，智能化产品随处可见，极大地方便了人们的生产生活。在一些综合超市，大型购物商场等一些公共场合，由于人流大，购物的人多，仅靠人工来存储物品速度慢，效率低，是远远不能满足要求的，所以就需要自动存储柜来存取物品，以达到更方便、更快捷的目的。但传统的电子存储柜由于价格等因素，只出现在一些大型超市等场合，在其它公共场合并没有得到广泛的应用。

关键词： 自动存储柜;单片机;随机密码

中图分类号： TP30    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.08.020

本文著录格式：金红娟，张娣，王历，等. 基于单片机的自动存储柜的设计[J]. 软件，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

单片机是单片机微控器的简称，是20世纪90年代兴起的一种大规模器件，具有体积小，功能强，重量轻，使用方便灵活等诸多优点，由于其本身具有的这些优势，单片机在各个领域都有广泛的应用，并且有效保障了诸多领域智能化产品的发展[1]。而基于单片机的自动存储柜系统使用单片机能降低成本，更好地实现智能化物品存取，给人们的生活带来更大的方便。

1  系统方案

本设计由STC89C52单片机最小系统、LCD1602液晶模块、存储柜指示灯、电源模块、蜂鸣器报警模块、按键模块以及电源模块所组成[2]。单片机进行实时按键扫描，当顾客有存储需求时，按下存键，系统会给出4位随机提去密码，并打开相应柜门。存储好物品后，在液晶显示器上显示FULL（提示此存储柜已经存了物品），对应的指示灯也会点亮。想要取出物品时，先按下取键然后再输入存储时系统给定的4位密码，按下确认键后，对应的存储箱指示灯熄灭，并在液晶上显示NULL，表示本号存储箱是空的。

基于单片机的自动储物柜的系统方案总体框图如图1所示。

2  硬件设计

2.1  单片机最小系统

单片机最小系统是利用最少的外围器件而使单片机工作的电路组织形式，它只包含单片机、振荡器、复位电路和电源[3]。本次设计选用的是STC89C52单片机最小系统，外接两片8255芯片I/O扩展槽，74LS373键盘管理芯片管理4×4键盘矩阵，LCD1602字符点阵式液晶。其中两片8255芯片扩展I/O接口有48路，分别连接继电器、红外传感器、限位开关，各为16路。其中PA口驱动继电器开锁，PB口连接限位开关，控制柜门的打开，PC口来判断柜子里是否存有物品[4]。

2.2  存储柜指示灯

本设计使用发光二极管（LED）作为存储柜指示灯来显示柜子是否存有物品。当顾客获取密码并存好物品后，关闭柜门，其实存储柜指示灯亮，表示此柜已满。同理，当顾客输入密码，柜门打开，取出物品之后，指示灯熄灭，表示此柜是空的，可以使用。

2.3  LCD1602液晶模块

LCD1602液晶显示器体积小，功耗低，显示内容丰富，超薄轻巧，在智能化产品中被广泛应用。本次设计采用LCD液晶显示器可实现存取显示，清屏等控制命令，内部包含复位电路，其工作电压通常为3.3～ 5V，主要显示存取情况与密码输入提示等信息[5]。当单片机检测到所有的门磁传感器均表明为闭合且有物时，液晶显示“FULL（满箱）”;当至少有一个箱门闭合且无物时，液晶屏显示实时时间;当顾客有存包需求时，若有空箱，则显示空箱号码，按下存包按键后，给出四位随机密码，存包完成后，将显示存储成功。同理，取包时，通过矩阵键盘输入密码，显示器上将显示成功取出。图2为LCD1602液晶显示器实物图。

2.4  电源模块

本次设计可采用20 V直流电源来驱动存储柜门的打开与闭合，所需功率为20 W以上，可产生1A的驱动电流。

2.5  蜂鳴器报警模块

在存取过程中，顾客忘记关门是经常发生的现象，所以需要一个报警装置来起到提醒的作用。蜂鸣器是一种结构一体化的电子讯响器，广泛应用于各个领域。本次设计采用常见的电压式蜂鸣器报警装置，主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成[6]。当顾客存取完物品而忘记关柜门时，蜂鸣器就会发出警报来提醒顾客，关好柜门，避免造成不必要的麻烦。

2.6  按键模块

按键的主要功能是让顾客选择合适的柜来存包，包括数字键和功能键。常用的按键接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口，本系统主要采用了普遍的4×4矩阵式键盘，工作方式采用外部中断扫描。其原理为当有键按下将会触发一个中断源，提醒处理器进行键值扫描查询。键盘的中断方式一般有定时中断和外部中断两种，本系统采用的是外部中断INT0。单片机先让行线输出低电平，当有键按下时列线电平不全为高，四输入与门输出端产生下降沿，将触发外部中断INT0，单片机进入中断后先延时去抖动，再扫描查寻键盘，读出键值，然后处理相应的键值处理子程序，无键按下则不进入中断，单片机不扫描，从而节约了大量的资源[7]。按键功能模块图如图3所示。

3  系统软件设计

3.1  主程序模块

该模块的功能主要是显示的初始化，判断是否有空箱以及键盘扫描、密码扫描等问题。程序流程图如图4所示。

3.2  控制系统

本设计采用以STC89C52为核心的单片机控制方案。单片机使用方便灵活，有丰富的I/O端口以及灵活的编程设计，功能强大。STC89C52单片机能实现存储柜的系统控制，包括键盘输入、密码检测、开锁电路、显示电路、报警电路。

3.3  驱动显示电路

本设计采用LCD1602 16*2字符液晶点阵式LCD，数据线挂接总数据线，数据或命令端RS接P2.2，读写端R/W接P2.3，使能端E接P2.4，命令写入地址为E3FFH，数据写入地址为E7FFH，读状态地址为EBFFH，不需要生成新的字符，只要使用其内部字符库的字符即可，使用时送入需要显示的数据ASCII码[8]。

（1）输入、显示器接口电路

该系统采用4×4的矩阵键盘，包含10个数字健和6个功能键，分别用作密码输入与存取功能控制，键盘用SAT89C52单片机经过74LS373扩展一片8255A来构建键盘接口电路。

（2）开柜门控制电路

开柜门控制电路用来控制存储柜门的打开和闭合，该系统共有24个储物柜，当顾客有存储需求时，系统将给出四位随机密码，柜门打开，顾客存入物品，然后关闭柜门。想要将物品取出时，使用if语句来将键盘输入的密码与存储时给出的设定密码进行比较，若完全正确，则开锁;若不正确，则返回继续输入，输入次数超过三次，蜂鸣器报警[9]。其次，柜门上还装有限位开关，来检测柜门是否关好，若顾客没关好柜门，则适时发出警报，以达到提醒的目的。

4  结语

基于单片机的自动存储柜系统能实现物品的自动化存取，无需人员管理，方便快捷，能避免人工存储不必要的冲突，并节约人员开支。自动储物柜具有较好的应用价值，可以解放顾客的双手，使顾客能更方便地进行购物等，安全系数高，操作简单，管理方便，和传统存储柜相比，具有不可比拟的优点。使用单片机可降低成本，使自动存储柜在各个场合能得到广泛而实际的应用。

参考文献

[1] 蒋建方. 智能化电子产品中单片机技术的应用[J]. 现代信息科技， 2018， 2（8）： 45-46+49.

[2] 吕晓颖. 电子超市自动存储柜设计与制作[J]. 科技与创新， 2019， （14）.

[3] 张萍， 马树军， 史可福. 基于51单片机的指纹电子密码锁的设计与实现[J]. 实验室研究与探索， 2018， 37（8）： 141- 145+168.

[4] 马鸿文. 基于AT89C52单片机的自动存取柜的设计与实现[J]. 微计算机信息， 2006（2）： 109-111.

[5] 闫利超， 邸金红. 基于单片机的自动存物柜的设计[C]// 科学中国人（人文社科版）. 0.

[6] 谭梧浩. 基于dsPIC30F的船舶机舱模拟量采集终端的研究与设计[D]. 2011.

[7] 李广第. 单片机基础[M]. 北京. 北京航空航天大学， 1999： 90-148

[8] 田存伟， 葛广英. 无人值守自行车存车系统设计与实现[J]. 现代计算机： 上下旬， 2008.

[9] 金桂， 向国梁. 基于C语言STC89C52单片机电子密码锁的设计与仿真[J]. 现代电子技术， 2010， （19）： 176-182.