自动存包柜系统设计U82590毕业设计

南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文I目录第一章概述111题目来源及课题意义112自动存包柜控制系统的工作原理及技术要求113系统的主要技术参数1第二章系统方案论证221自动存包柜系统框图222主机电路核心器件的选择323光电开关的选择624键盘、显示器接口电路725开箱控制电路726打印机控制电路8第三章系统硬件设计9318031的组成及管脚介绍932输入电路设计13321条码技术介绍133211条形码的识别原理133212条码识读系统143213条码印制14322光电开关介绍153221光电开关的工作原理153222光电开关的分类163223光电开关的使用注意事项17323限位开关介绍1832474LS138介绍18325输入电路连接19326键盘设计2133芯片使用21331外部地址锁存器介绍22332程序存储器EPROM的扩展介绍22333静态数据存储器的扩展介绍253348255A的内部结构2734输出电路设计28南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文II341显示部分设计28342驱动电路设计31343报警电路设计32第四章系统软件设计3641主程序模块3642键输入程序设计3743驱动电路程序设计37结束语40参考文献41附录A程序清单43附录B系统框图51附录C系统硬件图52南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文III第一章概述11题目来源及课题意义近年来，随着生活水平的提高，人们对于社会消费品的质量和数量的要求以及对社会的服务质量也在逐渐增加在。为了更好的为广大的顾客服务，在一些商场、影院（尤其是超市）等公共场合通常有电脑控制的自动存包柜，来方便广大的顾客朋友们。各种各样的自动存包柜也陆续的产生了。它具有功能实用、操作简便、安全可靠、抗干扰性强等原则、能够更好的服务于不同市场的广大群众。顾客可以根据简明清晰的操作说明自行的完成取物品的工作，自助式存取可以避免开放式存包带来的不必要的纠纷，又可以节约人员开支，达到减员增效的目的。同时，存包可以解放顾客的双手，是顾客放开双手，更方便的进行购物。12自动存包柜控制系统的工作原理及技术要求本系统采用MCS51单片机做控制器，可以同时管理24个存包柜。柜门锁由电磁阀控制，当顾客需要存包的时候，可以自行到存包柜前按“开门”键，单片机接收到一脉冲信号，并通过系统I/O口发出相应的信号，控制锁柜门的电磁阀将一空箱打开，顾客即可存包，并将柜门关上。当顾客需要取包时，要将只要将条码放置到条形码阅读器前方，条形码阅读器采集到条码信息输出相应的高低电平信号传给单片机，系统比较密码一致后，发出开箱信号至电磁阀是柜门打开，顾客即可将包取出。要求本系统具有较高的自动化程度，它是以MCS51单片机为核心，自动控制柜门的打开，并通过条码技术实施红外线检测开门。关门后通过打印机打印条码，并自动切纸；实时显示无物的箱体号。并具有断电保护功能，用红外线检测箱内是否有物品，并报警。在现实生活中有着积极的作用。13系统的主要技术参数（1）工作电压AC220V，50HZ（2）控制门数24门（4列6）（3）显示无物箱号（4）采用条码红外线检测开门技术（5）断电保护功能南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文IV第二章系统方案论证21自动存包柜系统框图自动存包柜的系统框图如图21。该系统MC51单片机为核心，还有显示屏及按键，打印机，红外线检测，断电保护等部分。图21自动存包柜系统框图22主机电路核心器件的选择单片机是在一块硅片上集成了微处理器，存储器和各种输入、输出接口，这样的一快芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发也较为容易。目前单片机已经广泛的应用在工业自动化控制，自动检测，智能仪表，家用电器等各个方面。随着单片机的发展趋势，为了满足不同用户的需要，单片机有了很大的改善。1CPU的改进（1）采用双CPU结构。（2）增加数据总线宽度。（3）采用流水线结构。（4）采用串行总线结构。2存储器的发展南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文V（1）加大存储器容量。（2）片内EPROM采用E2PROM或闪存存储器。（3）程序保密化。3片内I/O的改进（1）增加并行口的驱动能力。（2）增加I/O的逻辑控制功能。（3）有些单片机还提供了一些特殊的串行接口功能。4外围电路内装化。5低功耗化。一、MCS是INTEL公司生产的单片机符号，如MCS48、MCS51系列单片机。MCS51系列包括三个基本型8031、8051、8751等。8031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口，1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器，需要外部EPROM芯片。8051是在8031的基础上，片内又集成有4KROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。8751是在8031的基础上，增加4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB的系统。用户可以将程序固化在EPROM内，可以反复修改程序。但是它的价格比较昂贵。8031外扩一片4KBEPROM就相当于8751，它的最大优点是价格便宜。在本系统中我们只需要选用8031就可以满足系统的要求。实现存包柜的各项功能。另外AT89C51也是我们常用到的单片机芯片。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KBYTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128BYTES的随机存取数据存储器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。二、AT89C51主要性能参数（1）与MCS51产品指令系统完全兼容（2）4K字节可重擦写FLASH闪速存储器（3）1000次擦写周期（4）全静态操作0HZ24MHZ（5）三级加密程序存储器（6）1288字节内部RAM（7）32个可编程I/O口线（8）2个16位定时/计数器南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文VI（9）6个中断源（10）可编程串行UART通道（11）低功率空闲和掉电模式AT89C51功能特性概述AT89C51提供以下标准功能4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/0口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可将至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51引脚功能说明AT89C51引脚图如图22其各引脚功能如下图22AT89C51引脚图VCC供电电压。GND接地。P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文VIIP1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32INT0（外部中断0）P33INT1（外部中断1）P34T0（记时器0外部输入）P35T1（记时器1外部输入）P36WR（外部数据存储器写选通）P37RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文VIIIPSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10MS来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。经过计算和考虑，MCA51系列的8031即可满足我们所设计的产品，而AT89C51一般多是用在比较精密麻烦的电器设计上，我们这里所设计的自动存包柜是一个比较简单的控制系统，使用8031就完全可以达到我们设计的要求，如果使用AT89C51就会造成资源的浪费，所以我们选用8031作为我们的主机电路核心器件。23光电开关的选择红外线光电开关（光电传感器）属于光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为1漫反射式开关一般来说当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，我们都选用漫反射式开关。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文IX2镜反射式光点开关镜放射光电开关是集发射与接受器于一体，光电开关发射出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关的信号。3对射式光电开关当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。4槽式光电开关槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。5光纤式光电开关光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。传感器也可以使用应变式传感器，他是利用金属的电阻应变效应，将检测物体变形转换成电阻的变化的传感器。当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为电阻丝的应变效应，应变式传感器正是利用了金属丝的这一效应。但是这种传感器的安装不是很方便，而且检测的效果也不是很好，灵敏度不过，很有可能造成错误，给顾客带来不必要的麻烦。由以上可以很容易的看出在这里我们选用漫反射式光电开关。用它来检测存包柜能是否有物体，并把相应的信号传输给单片机，单片机根据收到的信号可以通过I/O线控制其他的器件工作。24键盘、显示器接口电路该系统中键盘的主要功能是用于顾客选择适当的柜来存包，这里我们用48矩阵式键盘，用24个按键来控制24个柜门的打开，剩余的8个键可以为其他控制或则是用再以后系统的更新使用上，键盘是用8031单片机经74LS373扩展一片8255A构成键盘借口电路的。使用编程扫描方式可以很容易的实现键盘和显示的功能，而且还具有消抖功能。键盘还可以使用单片机I/O扩展接口芯片8155H来实现，8031外扩一片8155H，8155H的RAM地址为7E00H7EFFH，I/O口地址为7F00H7F05H，8155H的PA口为输出口，控制键盘的列线电位，PA口为键扫描口，同时也是显示器的扫描口。在这里我们的系统需要的键盘显示要求不是非常高，只需要要使用8255A即可，如果使用8155H也可以实现键盘显示器的连接，但是很显然就造成了不必要的浪费，所以在这里我们选用通过8255A连接使用的键盘。25开箱控制电路开箱控制电路功能用来打开箱锁。该系统共控制24个存包柜，其中使用了8255A南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文X的PA、PB、PC三口的24跟口线作为输出，输出信号经三极管放大后驱动电磁锁动作，从而将箱锁打开。同时在箱的门沿上还装有限位开关，来检测门的闭合与否。并在适当的时候来进行报警，提醒顾客关好柜门。为了保证安全，锁簧需要有较强的弹力。电磁锁的驱动功率需要20W以上，可以采用20V直流电源，产生1A的驱动电流，为加强驱动功率，采用二级直流放大。在这里我们使用DSNY电磁锁，他的技术指标即参数都能够满足我们的需要。26打印机控制电路现场印制设备通常有电阵、激光、热敏、以及喷墨打印机设备等。点阵打印机是一种计算机输出设备，用于打印各种拷贝文件，它是重复使用色带的。它只能打出中、低密度的条码符号，适用于小批量的的印制。激光打印机是利用图形感应半导体表面上的充电荷的原理设计的。它可以打印较高、中密度的条码。热敏打印机，这种打印机已经使用多年了，它是最普遍的打印机，热敏打印机的打印过程比较简单，打印的格式灵活，图象质量高，速度快而且成本很低，分辨率高，环境适应性强。它是通过压力和热作用，将油墨转印到其他的介质上，操作十分方便。所以在这里我们完全可以使用热敏式打印机。热敏打印机控制电路的功能是用来驱动打印机系统产生密码。用8031的P0口接打印机的数据线，用P17口接打印机的选同信号上，用P16接收音机的BUSY信号。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XI第三章系统硬件设计318031的组成及管脚介绍8031内部有8个部件组成，即CPU、时钟电路、数据存储器、串行口、并行口（P0P3）、定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机，8031就是MCS51系列单片机中的一种。见图31图318031内部组成结构1CPU中央处理器中央处理器是8031的核心，它的功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入口送到CPU，或将CPU数据写入存储器或送到输出端口。还可以对数据进行逻辑和算术的运算。2时钟电路8031内部有一个频率最大为12MHZ的时钟电路，它为单片机产生时钟序列，但需要外接石英晶体做振荡器和微调电容调整频率。3内存内部存储器可分做程序存储器和数据存储器，但在8031中无片内程序存储器。4定时/计数器8031有两个16位的定时计数器，每个定时器和计数器都可以设置成定时的方式8031时钟南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XII和计数的方式，但只能用其中的一个功能，以定时或计数结果对计算机进行控制。5并行I/O口MCS51有四个8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以实现数据的并行输入输出。6串行口它有一个全双工的串行口，它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信，该串行口功能较强，可以作为全双工异步通讯的收发器，也可以作为同步移位器用。7中断控制系统8031有五个中断源，既外部中断两个，定时计数器中断两个，串行中断一个，全部的中断分为高和低的两个输出级。8031的制作工艺为HMOS，采用40管脚双列直插式DIP封装，引脚说明如下VCC（40引脚）正常运行时提供电源。VSS（20引脚）接地。XTAL1（19引脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的震荡器，可以提供单片机的时钟信号，该是引脚也可以接外部的晶振的一个引脚，如采用外部振荡器时，对于8031此引脚应该接地。XTAL2（18引脚）在内部，接至上述振荡器的反向输入端，当采用外部振荡器时，对MCS51系列该引脚接收外部振荡信号，即把该信号直接接到内部时钟的输入端。RST/VPD（9引脚）在振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的电平将单片机复位，复位后应使此引脚电平保持不高于05V低电平以保证8031正常工作。在掉电时，此引脚接备用电源VDD，以保持RAM数据不丢失，当BVCC低于规定的值时，而VPD在其规定的电压范围内时，VPD就向内部数据存储器日工备用电源。ALE/PROG（30引脚）当8031访问外部存储器时，包括数据存储器和程序存储器，ALE9地址锁存允许0输入的脉冲的下沿用语锁存16位地址的低8位，在不访问外部存储器的时候，ALE仍有两个周期的正脉冲输出，其频率为振荡器的频率的1/6，在访问外存储器的是候，在两个周期中，ALE只出现一次，ALE断可驱动8个LSTTL负载，对于有片内EPROM的而言，在EPROM编程期间，此脚用于输入编程脉冲PROG。PSEN（29引脚）此脚输出为单片机内访问外部程序存储器的读选通信号，在读取外部指令期间，PSEN有两次在每个周期有效，在此期间，每当访问外部存储器时，8031管脚图管角图南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XIII两个有效的PSEN将不再出现，同样这个引脚可驱动8个LSTTL负载。EA/VPP（31引脚）当EA保持高电平时，单片机访问内部存储器，当PC值超过0FFFH时，将自动转向片外存储器。当EA非保持低电平时，则只访问外部程序存储器，对8031而言，此脚必须接地。P0，P1，P2，P3，8031有四个并行口，在这四个并行口中，可以在任何一个输出数据，又可以从它们那得到数据，故它们都是双向的，每一个I/O口内部都有一个8位数据输出锁存器和一个8位数据输入缓冲器，各成为SFR中的一个，因此CPU数据从并行I/O口输出时可以得到锁存，数据输入时可以得到缓冲，但他们在功能和用途上的差异很大，P0和P2口内部均有个受控制器控制的二选一选择电路，故它们除可以用做通用I/O口以外还具有特殊的功能，P0口通常用做通用I/O口为CPU传送数据，P2口除了可以用做通用口以外，还具有第一功能，除P0口以外其余三个都是准双向口。8031有一个全双工串行口，这个串行口既可以在程序下把CPU的8位并行数据变成串行数据一位一位的从发送数据线发送出去，也可以把串行数据接受来变成并行数据给CPU，而且这种串行发送和接收可以单独进行也可以同时进行。8031的串行发送和接收利用了P3口的第二功能，利用P31做串行数据接收线，串行接口的电路结构还包括了串行口控制寄存器SCON，电源及波特率选择寄存器PCON和串行缓冲寄存器SBUF，他们都属于SFR，PCON和SCON用于设置串行口工作方式和确定数据发送和接收，SBUF用于存放欲发送的数据起到缓冲的作用。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XIV二8031的工作方式8031的工作方式可以分做复位，掉电和低功耗方式等。（一）、复位方式单片机复位后，程序计数器PC和SFR的状态。复位后，PC初始话为0000H，使单片机能从0000H开始执行程序，故单片机除正常工作的程序运行出错或操作出错而导致死机时，需要复位键进行重新启动，复位不影响RAM存放的内容，因为复位操作是在带电的状态下将程序存储器的地址改变，而ALE和PSEN非在复位期间将输出高电平。RST是复位信号的输入端，RST输入一个有效的高电平旧能使系统复位，当高电平持续24个振荡脉冲周期的时候，单片机完成了复位的操作，假如晶振的频率为6MHZ，则复位信号的持续时间不应小于4US。复位可以是上电复位，按键手动复位，和二者混合式。复位信号中的电阻和电容是为了保证RST断能保证两个机器周期以上的高电平来完成复位操作而特意设定的。上电自动复位是在单片机接通电源时，电容充电来实现的。如图32图32上电复位在上电的一瞬间，RST端电位与VCC相同。随着充电电流的减小，RST的电位逐渐下降，只要在RST端有很足够长的时间保证阀值电压，8031便可以自动进行复位。按键手动复位实际上是在上电复位基础上加上了手动复位开关，当手动开关开时为上电复位，按键手动复位分作电平式和脉冲式，电平式为RST端经电阻与VCC接通而实现的。脉冲式是利用微分电路产生正脉冲来实现的。（二）、掉电和低功耗方式人们往往在程序运行中发生系统掉电的故障，使RAM和寄存器中的数据内容丢失，使人们丢失珍贵的数据而束手无策，8031有掉电保护功能，是先把有用的数据南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XV保存，再用备用电源进行供电。32输入电路设计在自动存包柜的设计中输入部分是十分重要的一个环节，在这里我们需要检测门的限位，检测箱内是否有物体，还的相应的打印密码，并在顾客需要的时候检测密码，并自动打开柜门。还需要显示是否有空箱以及空箱的位置，来为顾客提供选择。321条码技术介绍条形码是由美国的NTWOODLAND在1949年首先提出的。近年来，随着计算机应用的不断普及，条形码的应用得到了很大的发展。条形码可以标出商品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息，因而在商品流通、图书管理、邮电管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用。条形码是由宽度不同、反射率不同的条和空，按照一定的编码规则（码制）编制成的，用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符。即条形码是一组粗细不同，按照一定的规则安排间距的平行线条图形。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）组成的。如图33图33常见的条码3211条形码的识别原理由于不同颜色的物体，其反射的可见光的波长不同，白色物体能反射各种波长的可见光，黑色物体则吸收各种波长的可见光，所以当条形码扫描器光源发出的光经光阑及凸透镜后，照射到黑白相间的条形码上时，反射光经凸透镜聚焦后，照射到光电转换器上，于是光电转换器接收到与白条和黑条相应的强弱不同的反射光信号，并转换成相应的电信号输出到放大整形电路。白条、黑条的宽度不同，相应的电信号持续时间长短也不同。但是，由光电转换器输出的与条形码的条和空相应的电信号一南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XVI般仅10左右，不能直接使用，因而先要将光电转换器输出的电信号送放大器放大。放大后的电信号仍然是一个模拟电信号，为了避免由条形码中的疵点和污点导致错误信号，在放大电路后需加一整形电路，把模拟信号转换成数字电信号，以便计算机系统能准确判读。整形电路的脉冲数字信号经译码器译成数字、字符信息它通过识别起始、终止字符来判别出条形码符号的码制及扫描方向；通过测量脉冲数字电信号0、1的数目来判别出条和空的数目。通过测量0、1信号持续的时间来判别条和空的宽度。这样便得到了被辩读的条形码符号的条和空的数目及相应的宽度和所用码制，根据码制所对应的编码规则，便可将条形符号换成相应的数字、字符信息，通过接口电路送给计算机系统进行数据处理与管理，便完成了条形码辨读的全过程。3212条码识读系统条码符号是图形化的编码符号，对条码符号的识读就是要借助一定的专用设备，将条码符号中含有的编码信息转换成计算机可以识别的数字信息。条码识读系统是由扫描系统、信号整形、译码三部分组成，如图34图34条码识读系统在这里我们使用CLV414型条码检测仪。它的工作参数如下扫描方式单线式，可选光栅式；顶部或侧面阅读光源头激光二极管，670NM红光阅读频率200800HZ识读能力每一扫描线上可有13个条码；每个阅读周期可读110个条码；每线及每周期可辨别3种码制工作电压4530V（功率约25W3213条码印制条码是一种传递信息的特殊图形，它的固有特性决定了印制条码与其他产品不同。条码符号必须符合国家条码标准中对光学、尺寸精度的要求才能顺利地在条码阅南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XVII读器上正确的扫描识读，因此条码印制技术已经成为了条码结束的重要组成部分。通常我们把用于直接印制条符号的物体叫符号载体，常用的符号载体有普通白纸，不干胶标签纸等。不同的用处对符号载体的性能要求也不同，归纳起来主要有以下几点1符号载体要有一定的强度，以保证在一定的受力条件下，或者接触扫描的时候不至于破碎和发生明显的变形。2符号载体要有稳定的物理性能，在一定的温度和压力下，物理形态不发生变化。3符号载体要有一定的几何尺寸和形状，印制条码的表面应为光滑表面，能适合光电扫描器的扫描。4符号载体要有一定的涂料附着能力，并要求快速干燥。5符号载体要有一定的光学特性。当直接利用符号载体的表面做条码的空（或条）的时候，要保证与涂料印制的条或空行形成一定的光学对比度。条码打印的常用设备有点阵、激光、热敏即喷墨打印设备等。在这里我们选用热敏式打印机ZEBRA105SL来打印条码，该打印机具有32为微处理器，配以简单易用的APLII编程语言，可以做到一边打印一边排版，可以在很短的时间内打印出标签。他的分辨率是（解析度203DPI（8点/MM）300DPI（12点/MM）。最大列印宽度104MM最快列印速度203MM/秒（203DPI）152MM/秒（300DPI）非常适合用于存包柜条码的印制。打印机与8031的连接如图35图35打印机与8031接口322光电开关介绍光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XVIII3221光电开关的工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。工作原理如图331中图1所示。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。图2中是德国SICK公司的部分光电开关的外型图36。图36部分光电开关外形3222光电开关的分类漫反射式光电开关它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。镜反射式光电开关它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。对射式光电开关它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XIX收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。槽式光电开关它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。光纤式光电开关它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。它们的工作光线示意图如图37所示。图37各种光电开关的示意图3223光电开关的使用注意事项红外线传感器属漫反射型的产品，所采用的标准检测体为平面的白色画纸。红外线光电开关在环境照度高的情况下都能稳定工作，但原则上应回避将传感器光轴正对太阳光等强光源。对射式光电开关最小可检测宽度为该种光电开关透镜宽度的80。当使用感性负载（如灯、电动机等）时，其瞬态冲击电流较大，可能劣化或损坏交流二线的光电开关，在这种情况下，请将负载经过交流继电器来转换使用。红外线光电开关的透镜可用擦镜纸擦拭，禁用稀释溶剂等化学品，以免永久损坏塑料镜。针对用户的现场实际要求，在一些较为恶劣的条件下，如灰尘较多的场合，所生产的光电开关在灵敏度的选择上增加了50，以适应在长期使用中延长光电开关维护周期的要求。产品均为SMD工艺生产制造，并经严格的测试合格后才出厂，在一般情况下使南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XX用均不会出现损坏。为了避免意外性发生，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。这本设计中我们需要对存包柜中进行检测，并且实时显示无物的箱号，顾客门没有关靠的时候发出报警，所以我们选用漫反射式光电开关。我们选取FR1240型，它的工作参数如下1工作电压512V2动态工作电流520MA3最大输出电流10MA412V供电时有效控制距离最大为35米5外型尺寸21X68X37MM323限位开关介绍限位开关可以根据运动部件的位置来切换电路。工作时由挡块和限位开关的轮子或触杆相撞使限位开关的触点接通或断开，常用于控制运动部件的方向、行程长短、位置。还可以用来检测开关物体是否闭合。我们使用LJDFJ型限位开关，它的特点是1、单棒式探头，工作稳定，感度好。2、不受测定物性质的影响，安装后无须调整，即可稳定投入使用3、采用压电元件内置于棒体和厚管壁的不锈钢管的探头，消振管仅9MM长（同类比为最短），抗重荷、安全可靠、寿命长。4、依据所测定对象不同，可调整测定感度（高、中、低）5、使用15A大容量接点继电器开关，可直接实行对电机控制。32474LS138介绍74LS138是一种38译码器，有3个数据输入线，经译码产生8种状态。起引脚图如图38。译码功能如表321所示，从表321中可以看出，当译码器的输入为某一编码时其输出就有一个固定的引脚输出为低电平，其余的都为高电平。8031与74LS138的连接图如图39所示。图3874LS138管脚图南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXI图398031与74LS138接口电路输入输出G1AG2BG2CBA7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0Y100000111111101000011111110110001011111011100011111101111001001110111110010111011111100110101111111001110111111110011111111表3174LS138真值表325输入电路连接由于输入电路很多，每一组都有一个控制端，所以在这里我们使用74LS244来进行扩展。74LS244是三态输出的八缓冲器，由2组、每组四路输入、输出构成。每组有一个控制端，由控制端的高或低电平决定该组数据被接通还是断开，功能表如下表所示。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXIIH高电平L低电平X任意Z高阻表3274LS244功能表将1G、2G通过或门接到单片机的输出口上，1A11A4、2A1A4接到光电传感器上，1Y11Y4、2Y12Y4接到8031的输入端。光电传感器输入信号接线图和限位开关输入信号的接线图分别如图310，图311所示图310光电传感器与7LS244接口电路图311限位开关与7LS244接口电路输入输出GAYLLLLHHHXX南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXIII326键盘设计键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传输命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。键盘实际是一组按键开关的集合。通常，键盘所用的开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断作用。键盘的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开的话，那么低电平就表示键闭合，所以通过对行线电平的高低状态的检测，便可以确认按键按下与否。常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。我们在这里选用矩阵式键盘接口。矩阵式键盘结构如图312矩阵式键盘工作原理按键设置在行、列线交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到5V电源上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平；列线电平如果为高，则行线电平也为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。因此各按键彼此将互相发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。图312矩阵式键盘结构33芯片使用在这里我们使用了外部地址锁存器74LS373程序存储器27128静态数据存储器6116，扩展芯片8255A，下面来详细的介绍这几个器件南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXIV331外部地址锁存器介绍MCS51单片机由于受引脚数的限制，数据线和地址线是复用的，由P0口兼用。为了将它们分离出来，以便同单片机片外的扩展芯片正确的连接，需要在单片机外部增加地址锁存器。我们这本设计中使用74LS373。74LS373是一种带有三态门的8D锁存器，其引脚如图313所示图313锁存器74LS373的引脚其引脚的功能如下D7D08位数据输入线Q7Q08位数据输出线G数据输入锁存选通信号，高电平有效。当该信号为高电平的时候，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。OE数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平的时候，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平的时候，输出线为高阻态。74LS373的功能表见下表OEGDQ0111010000不变1高阻态表3374LS373的功能332程序存储器EPROM的扩展介绍程序存储器一般采用只读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXV（我们称此特性为非易失性的）在系统上电后，CPU可以取出这些指令予以重新执行。只读存储器简称为ROM（READONLYMEMORY）。ROM总的信息一旦被写入之后，就不能随意更改，特别是不能在程序运行的过程中写入新的内容，故称之为只读存储器。向ROM中写入信息叫做ROM编程。根据编程的方式不同，ROM分为以下几种掩模ROM、可编程ROM、EPROM、E2PROM、FLASHROM。程序存储器扩展可以根据需要使用上述的各种只读存储器的芯片。在这里我们使用27128EPROM芯片，型号名称“27”后面的数字表示其位存储器容量的大小。如果换成字节容量只需要将该数字除以8就可以了。27128的芯片引脚图如图314图31427128芯片引脚图它的各引脚功能如下A13A0地址线引脚。D7D0数据引脚CE片选输入端OE输出允许控制端PGM编程时，加编程脉冲的输入端VPP编程时编程电压（12V或25V）输入端VCC5V，芯片的工作电压GND数字地NC无用端27128芯片的工作方式27128一般都有5种工作方式，由CE、OE、PGM各信号的状态组合来确定。南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXVI5种工作方式如下表所示。方式引脚CE/PGMOEVPPD7D0读出低低5V程序读出为选中高5V高阻编程正脉冲高25V（或12V）程序写入程序校验低低25V（或12V）程序读出编程禁止低高25V（或12V）高阻表3427128的工作方式（1）读出方式一般情况下，EPROM工作在这种方式。工作在此种方式的条件是使片选控制线CE为低，同时让输出允许控制线OE为低，VPP为5V，就可以将EPROM中的指定地址单元的内容从数据引脚D7D0上读出。（2）未选中方式当片选控制线CE为高电平的时候，芯片进入未选中方式，这时数据输出为高阻抗悬浮状态，不占用数据总线。EPROM处于低功耗的维持状态。（3）编程方式在VPP端加上规定好的高压，CE和OE端加上合适的电平，就能将数据线上的数据写入到指定的地址单元。此时，编程地址和编程数据分别由系统的A13A0和D7D0提供。（4）编程校验方式在VPP端保持相应的编程电压（高压），再按读出方式操作，读出编程固化好的内容，以校验写入的内容是否正确。（5）变成禁止方式本工作方式输出呈高阻状态，不写如程序。典型的EPROM接口电路如图315南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXVII图3158031与27128的接口电路333静态数据存储器的扩展介绍MCS51单片机的内部有128个字节RAM。在实际的应用中，仅靠片内RAM往往是不够用的，必须扩展外部数据存储器。常用的数据存储器有静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM），在单片机应用系统中，外扩的数据存储器都采用静态存储器。所扩展的数据存储器空间地址，又P2口提供高8位地址，P0口分时提供低8位地址和用作8位的双向数据总线。片外数据存储器RAM的读写由8031的RD（P37）和WR（P36）信号控制，而片外程序存储器EPROM的输出允许端（OE）由读选通PSEN信号控制。尽管与EPROM共处同一地址空间，但是由于控制信号不同，所以不会发生总线冲突。单片机系统中常用的SRAM芯片的典型型号有6116（2K8），6264（8K8），62128（16K8）。它们都用单一5V电源供电，双列直插封装。在这里我们使用6116SRAM，它的引脚为24个，引脚图如图316南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXVIII图3166116引脚图6116的各引脚功能如下A010地址输入线。D0D7双向三态数据线。CE片选信号输入线，低电平有效。OE读选通信号输入线，低电平有效。V1LV1HWE写允许输入信号线，低电平有效。VCC工作电压5V。GND地线。6116存储器有读出、写入、维持三种工作方式，这些工作方式的操作控制如下表方式信号CEOEWE0007读V1LV1LV1H数据输出写V1LV1HV1L数据输入维持V1H任意任意高阻态表356116的操作控制南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXIX3348255A的内部结构8255A的内部结构有以下几部分组成（1）并行I/O端口A、B、C8255A的内部有3个8位并行I/O口A口、B口、C口。3个I/O口都可以通过编程选择为输入口或输出口，但在结构和功能上有所不同。A口含有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入锁存器。B口含有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入锁存器（不锁存）。C口含有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入锁存器（不锁存）。当数据传送不需要联络信号时，这3个端口都可以用作输入口或输出口。当A口B口需要有联络信号时，C口可以作为A口和B口的联络信号线。（2）工作方式控制电路8255A的三个端口在使用使可分为A、B两组。A组包括A口8位和C口高4位B组包括B口8位和C口低4位。两组的控制电路中分别有控制寄存器，根据写入的控制字决定两组的工作方式，也可对C口每一位置“1”或清“0”。（3）数据总线缓冲器数据总线缓冲器是三态双向的8位缓冲器，是8255A与单片机数据总线的接口，8255A的D0D7可以和AT89C51单片机的P00P07直接相连。数据的输入输出、控制字和状态信息的传递，均可通过数据总线缓冲器进行。（4）读/写控制逻辑8255A读/写控制逻辑的作用是从CPU的地址和控制总线上接受有关信号，转变成各种控制命令送到数据缓冲器及A组和B组的控制电路，控制A、B、C3个端口的操作。8255A引脚功能8255A共有40个引脚，一般为双列直插DIP封装，40个引脚可分为与CPU连接的数据线、地址和控制信号以及与外围设备连接的三个端口线。D0D7双向三态数据总线。RESET复位信号，输入，高电平有效。复位后，控制寄存器清0，A口、B口、C口被置为输入方式。CS片选信号，输入，低电平有效。RD读信号，输入，低电平有效。RD有效时，允许CPU通过8255AD0D7读取数据或状态信息。WR写信号，输入，低电平有效。有效时，允许A1A0端口控制信号，输入。2位可构成四种状态，分别寻址A口、B口、C口和控制寄存器PA0PA7A口数据线，双向。PB0PB7B口数据线，双向。PC0PC7C口数据/信号线，双向。当8255A工作于方式0时，PC0PC7分为两组（每组4位）并行I/O数据线；当8255A工作于方式1或方式2时，PC0PC7为A口、B南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXX口提供联络信号。管脚图如图317A1A0与RD、WR、CS信号一起，可确定8255A的操作状态，如下表所示表368255A功能操作图3178255A管脚图34输出电路设计在输出电路中包含了显示部分，驱动部分，报警部分，下面详细介绍各部分的功能及工作过程。341显示部分设计随着仪器、仪表智能化、多功能化的要求，液晶显示器以其体积小、功耗低、接口方便等优点在显示器市场中脱颖而出，取代了传统的LED、CRT等显示方式而成为现代显示技术发展的主流。A1A0RDWRCS操作001010000111000A口数据总线B口数据总线C口数据总线输入操作00110101111100000000数据总线A口数据总线B口数据总线C口数据总线控制口输出操作X1XX1XX01X11100数据总线为高阻态非法状态数据总线为高阻态禁止操作南京理工大学泰州科技学院学生毕业论文XXXI系统采用液晶显示器（LCD），液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特性，而达到白底黑字或者黑底白字显示的目的。液晶显示器在单片机系统中作为输出器被