毕业论文基于单片机的电子标签的设计WORD档P27

1、密 级公 开 学 号毕业设计基于单片机的电子标签设计论文作者：指导教师：系别：物理与电子信息系专业电子信息工程年级：2009级提交日期：2013年5月20日答辩日期：2013年5月30日毕业论文（设计）学术承诺本人郑重承诺：所呈交的毕业论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不存在抄袭情况，论文中不包含其他人已经发表的研究成果，也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。作者签名： 日 期：毕业论文（设计）使用授权的说明本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文的规定。即：学校有权保留或向有关部门送交毕业论文的原件或复印件，允许论文被查阅

2、和借阅；学校可以公开论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文及相关资料。作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 论文题目：基于单片机的电子标签设计摘 要：在电子技术的快速发展下，电子标签系统的应用越来越广泛。由于它的方便性、可靠性、智能性，使其在电子行业崭露头角。本课题则主要研究设计了一套电子标签系统，此系统主要以RS485网络为基础，在485网络的基础上进行串行通信。硬件部分以单片机作为其电子标签的MCU，扩展了相应的存储器来记录电子标签的相关信息。利用先进的编程工具和高级编程语言完成系统软件开发。就目前的发展形式来看，电子标签系统正在走向成熟，可以说其发展前景

3、相当可观。关键词：RS485;单片机;电子标签;串行通信TITLE：THE DESIGN OF ELECTRONIC LABEL BASED ON MCUAbstract: Under the rapid development of electronic technology,electronic label application is more and more widely.Due to its convenience, reliability, intelligence, making it shine in the electronic industry.Study on this

4、 topic is primarily designed with an electronic tag system, this system is primarily based on the RS485 network, carried out on the basis of the 485 network communication.Hardware parts for single-chip MCU as its electronic label, tag extends the memory to record relevant information.Using advanced

5、programming tool and high-level programming languages through software development.On current development patterns, electronic labeling system is maturing, said their development prospects are fairly impressive.Keywords: RS485;Single-chip microcomputer;electronic label;serial communication目 录摘要IAbst

6、ractII1 绪论11.1本课题研究的意义11.2本课题研究内容12电子标签系统需求分析32.1可行性分析32.2 市场需求分析32.3操作流程分析3入库操作3出库操作53 电子标签系统组成结构63.1电子标签系统基本构成63.2电子标签系统中单片机结构特点63.3通信部分63.4存储部分73.5人机交换部分73.6电源部分84 电子标签系统设计94.1电子标签系统简介94.2系统方案总体设计9系统总体设计9系统硬件设计模块95 电子标签的软件开发165.1电子标签软件开发平台165.1.1 C51语言开发单片机的特点和优势165.1.2 Keil C51开发工具概述165.2电子标签的软件

7、开发16单片机资源编程16综合设计部分175.3本课题结果分析175.3.1 本课题预期结果18本课题设计的一项未来畅想18结语19参考文献20致谢211 绪论1.1本课题研究的意义在社会结构的快速发展下，人们在日常生活中，对信息生活的渴望需求日益增长，电子标签作为一种数据载体，应用范围和领域越来越广泛，比如在超市购买完商品后进行付款时收银员对商品进行的扫描、在仓库管理中进行货物的查询等，如果采用日常生活中普通的员工的手工方法，既要耗费大量的时间，有需要雇佣更多的劳动力，所需要的成本比较高，也比较容易犯错误。而采用电子信息技术则可以解决以上问题。使生活、生产方便快捷。此外，通过对电子标签系统的

8、学习研究有利于以后对远距离通信等方面更深层次的设计。到现在为止，多数的电子标签系统的应用是在外国的一些发达国家，普通国家还没有大幅度引进。阻碍电子货架标签系统市场推广的重要因素就是高昂的安装费用，近几年，电子标签系统耗费的资金开始呈下降趋势，其卖出的产品却成升高的走势，可以说，市场的发展前景比较乐观。电子标签系统在国内正处于快速发展阶段，由于中国是个人口大国，劳动力极其丰富，致使信息化、智能化的电子标签系统应用相对受到限制。再加上国内技术相对西方发达国家先对落后，大部分生产商位居国外，进而使其成本相对较高。近几年，各大零售业巨头进入中国市场，国内生产技术和管理水平不断提高，同行之间的竞争是越来

9、越炽热，这些因素就逼着大多数厂家不得不不断的更新技术，来使自己拥有一席之地。另外，随着电子货架标签的成本不断下降，国内的应用不断增多，市场前景良好，因此研究电子货架标签具有很高的实用价值。1.2本课题研究内容电子标签系统以其智能化、无纸化来提高物流方面等的工作效率。系统实现的功能是：主控PC担任的任务是在数据库中进行管理操作，以及对相应订单的处理。当主控器发现有相应的信息时，比如管理员输入的订单，它就就会将此信息传给标签。此过程的顺利进行，有赖于一个重要的网络RS485，当标签感知到自己的任务后便会做出相应反映。如果所给地址与自身的地址吻合，说明了这次传来的数据信息是发给自己的，这时候，电子标

10、签开始翻译信息指令，然后显示货物的信息。管理员根据电子标签上的信息进行处理后，进行确认即可。标签内的AT24C04可以保存货物的相关信息。对程序进行的设计：当电子标签被接通电源后，先对自身进行检测，呈现出自身的ID地址，此地址具有唯一性。上位机就是根据这个地址来寻找目标的，而且它采用的是群发的方式，一致则响应，不同则放弃该指令。如果为取货的信息指令，则执行相应的取货操作，这些信息任务完成后，管理员操作相应的电子标签按键，一般为确认键，向上位机传达以上信息。如果是其他指令，如信息更新或库存查询，则电子标签对AT24C04中的信息进行读取更新等操作即可。因此系统程序设计方面主要包括：按键的处理、存

11、储器的设置、数码管的显示、串口通信等。整个过程都是在计算机的时时监控下操作的处理的，具有方便性、可靠性。2电子标签系统需求分析2.1可行性分析在科技的日益更新下，许多技术竞相发展，比如，计算机信息技术和应用电子技术迅猛发展，在很多地方取得了成功。在我的研究设计中，电子技术和计算机技术得到了巧妙的结合，完美的组合，电子标签系统被计算机时时控制着。在理论上、技术上和实用性上都是可行的。而且，在投入的成本并不是很高的情况下带来很大的效益2.2 市场需求分析在日常生活中，传统的拣货方法是管理员根据收到的订单信息进行一步一步操作。先是找到相应的货物位置，然后根据订单取相应的货物，这些操作的快慢，完全取决

12、于人员的业务熟练程度。由于操作失误等原因，经常会发生走错库位，取错货物的情况，严重影响了日常工作的顺利进行。另外，人员不能及时的掌握库存情况，不能提前提供补货计划，也不能安排相应的计量检测工作。随时提供各种报表、了解货位状况和查询库存货物明细就更不用说了。因此，必须必对现有的传统人工库房管理方法进行改造创新，规范入、出库作业流程，建立一套完善的电子标签系统。本课题的具体要求设计，就是为了解决上述的弊端，做到对仓库的无纸化、稳准快管理。2.3操作流程分析入库操作当进行入库操作管理时，首先要对货物进行检验，合格的话交给管理员，不合格的话直接退货。管理员将货物信息记录到入库单，然后再进行相应的货物分

13、配，分配完毕后，管理员要审核入库单，不合格的话，就要修改重新记录到入库单，合格的话，由上位机生成相应的代码并控制相应的电子标签，在此过程中遵循路径最简优先原则和自动更新信息，借此完成整套入库程序。入库操作流程图如图2-1所示：图 2-1 入库操作流程图出库操作当进行出库管理操作时，与入库操作基本类似，只是管理员需要记录的是出库单，相应完成的是一系列的出库操作而已。出库操作流程图如图2-2所示：图 2-2 出库操作流程图3 电子标签系统组成结构3.1电子标签系统基本构成电子标签系统由单片机、供电电源、按键与数码管、存储器和RS485通信接口几部分组成。（1）MCU部分在电子标签系统中，以单片机为

14、核心向外扩展了存储器、按键与显示等部分。单片机就如同人体的大脑，起着中流砥柱的作用。（2）通信部分通信部分承担电子标签和上位机的通信，形成一个系统网络。这部分由RS485芯片实现。（3）存储部分负责存储着标签的重要信息，经过我的深思熟虑，具体结合，我选用了芯片AT24C04。（4）人机交换部分此部分完成电子标签的人机交互功能，包括数据的显示，按键的操作和返回。（5）电源部分通过集成三端稳压器LM7805变换后，输出+5伏的电压VCC。3.2电子标签系统中单片机结构特点在所设计系统中，有一个重要的控制中心，那就是所选用的单片机，单片机是时代进步的产物，历史发展见证，极大的推动者第一产业的发展，有

15、着意想不到的控制力。单片机是一个集成的芯片，能够承受比较恶劣的环境，从而提供了更高的可靠性，单片机的位操作更是独具匠心。可以说单片机的出现是历史的一个辉煌。在本课题设计中，我选用80C51系列的单片机作为控制单元，足以满足系统的需求。3.3通信部分通信部分能否正常运行，关键在有一个合适的网络支持，在此系统中，RS485网络义不容辞的担负起了这个作用，联系着系统控制器和标签。它在完整的过程中所采用的技术是一种高端技术，即我们所说的平衡查分传输。在驱动器端可以输出正负5伏的电压，输入端的电容要很小，最大可以达到60皮法，接收器端的输入电阻不要太小，最小可以为11千欧。接收器端的输入灵敏度为210毫

16、伏。RS485内部结构图如图3-1所示：图 3-1 RS485内部结构图3.4存储部分需记录的数据都被存于电子标签中，在电子标签中相应的记录着货物数量、名称等相关信息，整个系统是否能够正常运行，日常管理是否能够正常进行，这些都取决于电子标签中存储的信息是否正确，因此，电子标签系统中要相应的增加存储器，存储器我选用的是AT24C04。它有着很强的优势，就是在我们日常生活中突然发生断电时，用不着电路来进行保护。它完全能够不把已储存的数据丢失掉，而且能随时重新正常工作。经过比较，我选择了基于EEPROM的AT24C04芯片。3.5人机交换部分人机交换部分是管理员与电子标签系统中按键与数码管的关系。它

17、的成本相对较少，可视性比较好，抗冲击性能比较不错，使用寿命可以达到一百万个小时。数码管可以静态显示，也可以动态显示。平静的视觉显示用不着位驱动器，滚动的显示所要用到的电路器件少，对电能的耗费少，麻烦的是位扫描设置，它要同时满足人在视觉上的显示，让人感觉到是好几位的数码管在一起显示。3.6电源部分单片机的工作电压小于6伏，电子标签系统中电子标签需要电压为正5伏。为此，在电子标签上输入+9伏电源电压，同时对+9伏电源进行相关处理，通过集成三端稳压器LM7805变换后，输出+5伏的电压VCC。4 电子标签系统设计4.1电子标签系统简介随时日常生活中对智能化、自动化的需求，电子标签系统毋容置疑的登上了

18、历史舞台。系统实现的功能是：主控PC担任的任务是在数据库中进行管理操作，以及对相应订单的处理。主控PC会时时监控动态，一有订单出现时，就将其发送到相应标签内。如果电子标签识别出不是发给自己的信息，则放弃那条信息的处理。管理员根据电子标签上的信息进行处理后，进行确认即可。在标签内，我选用的AT24C04就发挥它的作用了，保存着标签内相应的信息。当货物不够的时候，也会有相应的反映。整个过程由计算机进不断刷新控制，具有方便性、可靠性。4.2系统方案总体设计系统总体设计系统总体设计框架如图4-1所示。系统由单片机主控模块、输入控制模块、显示模块、存储模块、驱动模块、三端稳压集成模块等组成。图 4-1

19、系统总体框图系统硬件设计模块电子标签系统由单片机、按键与数码管、存储器AT24C04和RS485通信接口等几部分组成。通信中经过深思熟虑最后决定使用MAX1487,完成在485网络上的总线信号传送。为了存储电子标签中的一些信息，经过比对，选择了芯片AT24C04。时时刷新变化的扫描方法被用来作为数码管的显示，系统中用9V的电源在外部进行供电，经过LM7805稳压芯片处理后，输出+5伏电压。（1）主控制模块本设计采用80C51芯片作为硬件核心。80C51最小系统如图4-2所示：图 4-2 单片机最小系统在实际应用当中，复位操作可以为上电复位，也可以是上电与按键均有效的复位。最小系统中极性电容C3

20、的大小一般采用10到30微法，晶振X1可以采用6兆赫兹，也可以采用11.0592兆赫兹，起振电容C1和C2一般采用15到33皮法。P0口是开漏输出，所接上拉电阻一般为10千欧。（2）MAX1487模块MAX1487模块是我们日常生活中常用驱动芯片，在此设计中，是为了驱动芯片RS485。它采用+5伏电源供电，当供电电流为500微安时，传输速率达到2.5兆字节每秒。该模块具有独特的内部差分系统，更适合恶劣的工作环境，可以检测微弱的信号，是一种速度很快、所需能量很少、简便的芯片。它主要被应用于半双工通信，在它的通信线上可以挂接很多负载，但是上线不要超过128。MAX1487结构图如图4-3所示：图

21、4-3 MAX1487结构图MAX1487的引脚功能如表4-1：表 4-1 MAX1487引脚功能引脚编号引脚名称功能1RO接收器输出引脚2RE接收器输出使能3DE驱动器输出使能4DI驱动器输入引脚5GND电源地6A接收器同相输入端和驱动器同相输出端7B接收器反相输入端和驱动器反相输出端8VCC电源正（3）LM7805稳压芯片模块LM7805是78系列的三端稳压集成块，输出电流并不是很大，1安培是它的上线电流值，在我们的日常生活中会经常看到它的身影。它的简便性更是有口皆碑，用一个很小的电路就能够输出满足设计者的一个直流稳压电源,该稳压值为正5伏，更巧的是刚好还我所选用的单片机的工作电压。而且构

22、成其电路的器件很少，内部可对电流过大，过热进行相应的保护。由于其具备以上特点，电子制作中经常采用。7805结构图如图4-4所示：图 4-4 7805结构图（4）ULN2003模块ULN2003是一种控制电路，在它内部是用我们熟知的非门构成的，它所拥有的七个单元也是他的一大特点，每个单元都是很有作用的，单独可以带动最大350毫安的电流。通常在使用单片机来控制ULN2003时，上拉电阻选为两千欧比较合适。对于芯片的COM引脚来说，可以悬空也可以接电源，这个按实际需求来定。ULN2003可直接驱动负载。ULN2003结构图如图4-5所示：图 4-5 ULN2003结构图ULN2003在电路中多被用来

23、作为驱动芯片，它的内部设有反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过的集电极电流为200毫安，集电极和基极间的击穿电压大概为36伏，饱和压降大概为1伏左右，它有很强的优势，就是直接将挂接驱动负载，比如说低压灯泡类的器件。对于某些类如数码管相关器件，在其导通的时候需要的电流比较大，因为其中有串联或是并联的二极管。它经常在以下电路中使用：数码管的显示驱动；照明灯驱动等电路中。（5）74HC164模块74HC164是一种寄存器，有着它自己独到之处，触发的方式采用的是边沿的，而且是八位的。输入数据用串行的方式，输出数据用并行的方式。DSA可作为数据串行输入端，DSB同样也可以作为数据串行输入端。

24、DSA或是DSB都可以作为高电平使能控制端，可以控制相应另外一端的输入数据。DSA和DSB可以接在一起，也可以把不使用的一端接入非底电平，但是不应该做悬空处理。在电子标签系统设计中，该模块起到的作用是实现对其显示部分数码管的段选。74HC164结构图如图4-6所示：图 4-6 74HC164结构图（6）AT24C04模块在我的设计中，AT24C04胜任了存储的功能，他采用的是总线设计的方法，是一种4Kbit（512Bytes）EEPROM芯片，存储容量足以满足我的设计需求。两个器件地址选择脚是它本能的优势，独到的特点，一个总线上不能挂接太多此器件，上线是四个。有三十二页，每页十六字节，每次可连

25、续写入十六字节数据；当WP引脚被接在高电平的时候，0到255的地址段就被保护起来了，寻址的话，需要九位才可以。AT24C04的结构图如图4-7所示：图 4-7 AT24C04的结构图AT24C04引脚定义如表4-3所示：表 4-3 AT24C04的引脚定义说明引脚定义说明A0空引脚A1,A2器件地址设置引脚GND电源地SDA数据口SCL同步时钟口WP写保护口VCC电源AT24C04的从器件寻址：表 4-4 从器件寻址MSB LSB1010A2A1P0R/WA1,A2脚控制着AT24C04的器件地址的选择。数据字段则不同，它由P0控制着。如果你想对该存储器件的0到255字段数据进行控制处理，就必

26、须将P0设置成“0”状态，当然，如果你想对其256到511的字段进行操作的话，就需要相应的设置P0为“1”状态。电子标签系统原理图如图4-8所示：图 4-8 电子标签系统原理图5 电子标签的软件开发5.1电子标签软件开发平台5.1.1 C51语言开发单片机的特点和优势C语言与其它语言相比有自己诸多的独到之处，就其灵活的可移植性已经使它独领风骚了。它的的数据库内资源相当丰富，编程调理清晰，同时还可以对硬件直接控制。同时，自顶向下的设计方法已被广泛应用，而且C语言有相当成熟的模块化思想。进而为在软件开发过程中，自由运用模块化的方法设计提供了前提条件。当你在8051系列单片机中进行开发，而且你选用的

27、是C语言进行，那么你就可以放松些了，只需要在设计软件部分花费大部分的时间，没有必要将大量时间花在分配寄存器、寻址等工作上，这样就大大缩短了时间，提升了速度。因此，C语言开发发展趋势势不可挡。C51语言就是C语言在8051系列单片机上的移植。 Keil C51开发工具概述Keil C51是51系列单片机C语苦软件开发系统，学起来容易，操作起来简单。Keil C51软件是在Windows界面下运行操作的，这样使运行着接受起来容易的多了，内部拥有很多的现成的库函数，使用起来那是相当的方便，调试工具就更不用说了，强大，可靠。uVision for Windows是一个软件开发平台，而且在Windows

28、下应用，它完美地额把操作人和机器联系起来，操作起来简洁明了，在开发设计中，应该首先考虑它。5.2电子标签的软件开发电子标签系统的软件开发是在Keil平台上应用C51语言进行开发的。单片机资源编程主要包括定时和计数器、中断、串口、输入输出控制等。综合设计部分是为实现电子标签的相应功能，而对单片机的使用产生的一系列设计，以及对其他的软件模块进行的相应设计和研发。单片机资源编程（1）单片机定时器编程电子标签软件中单片机的两个定时器都被使用了。波特率发生器使用定时器1，经过整体构想，将定时器O作为普通定时器用。在对内部时钟不断刷新计数时，超过上线的时候便有TH0向高位进行进位，此时TF0被设置为1，进

29、而产生相应的中断请求。定时器可以根据需要预置初值，初值范围在O到0xffff之间。设置的初值的大小决定了所能定时时间的长短，这个完全取决于设计者的设计要求而定。初值大，定时短，初值小，定时长。如果系统需求设置相对更长的时间，则要结合软件计数来实现。（2）单片机中断编程在C51语言里，函数是设计程序的基本形式。采用了interrupt的函数说明。对于设计者来说，比较方便了，相应的去设计中断寄存器，把相应的服务程序编写出来就可以了。现场保护和恢复就完全不用设计者操心了，C51编译器可以全全代劳了。（3）单片机的串口编程电子标签系统的通信是由51系列单片机来完成的。单片机的串口通信编程是一个很重要的

30、部分，工作在第三模式下，定时器1用来产生相应的波特率，串口收发数据可以通过中断的方式来完成。用一个变量来控制数据的收发，而且变量对其有计数的作用，缓冲区用来存放收到和发送的数据，半双工通信作为串口的方式。综合设计部分综合设计部分是对电子标签系统资源整体运用，整体操作，用来达到电子标签系统的功能需求，满足设计的需要。综合设计部分包括电子标签系统自动检测、电子标签系统数据包的操作处理。（1）电子标签系统自动检测电子标签自动检测系统可以对其组成的重要部件的工作状态进行时时监控。自动检测的进入：在500ms内先后完成“+”、和“-”键的按下和松开，电子标签自检状态产生。自检的主要部件有：按键和数码管。

31、按键和数码管的检查是通过人机交互进行的。（2）电子标签系统的数据包的处理在串口中断程序中，收到完整的数据包后，就设置数据包为相应的收到标记。在主循环中，在包收到标记之后，就马上进行相对应的数据包处理。如果一个完整的数据包没有在规定的时间内接收完毕，则将其丢弃，并将数据包接收设置为初始状态。等到单片机确认了收到的数据包后，如果是自己的数据包，则响应相应的操作，如果不是，就放弃操作。等到都完成后，给系统的老大发回信息。发送完成后，电子标签就进入到起始的状态。5.3本课题结果分析5.3.1 本课题预期结果本课题研究设计了一整套电子标签系统在仓库中的整体运用，设计完成后，会给物流，甚至是其它各行各业的

32、仓库管理带来巨大的方便性、可靠性，而且是高效率、低误码的。进而会带来巨大的经济效益。由于在仓库中使用本系统设计方案，仓库中的货架井井有序，货架上有相应的电子标签和指示灯，后期根据需要，也可加入声控报警器，视需要而定。管理员每次会根据客户的订单需要在上位机与电子标签间进行操作，上位机与电子标签间实时通信，刷新数据，哪项货物短缺也可即使查询到。当然也可以加入相应设计程序，货物低于某一设定值时，让其货架上的相应指示灯亮，上位机也即使显示通知信息。当然，此系统还有很大的升级空间，后期根据生活需要相应改进即可。但是由于本系统设计相应需要一定的成本，在本科设计阶段，由于经济，实验室条件，暂时无法做出相应的

33、实体供操作演练。程序设计难度也已超出本科生所及能力，只能对其系统设计原理，方案做出深层剖析。5.3.2本课题设计的一项未来畅想在未来的发展中，由于是信息化、电子化的交织碰撞，无人化管理是一个大趋势，当然这个只是我个人的一个畅想，我国对机器人的研究也在日益走向成熟，电子标签系统经过几代升级后，可以说能应用在各行各业，仅对未来大型商场超市做出预期假想。在未来的大型商场超市中，完全可以做到无人化管理，不需要再雇佣收银员，销售员。里面设计一整套电子标签系统，配合上机器人，顾客挑选好自己想要的东西后，拿到临近出口处。出口处是个自动结款机，有一个传送带，这个传送带在没有商品放在上面是是处于静止状态的，当顾

34、客将商品放在上面时，会自动运转，货物会自动经过相应电子标签系统扫描，在上位机上通过大屏幕显示金额信息，顾客直接在刷卡机上刷卡，付款完毕后，门自动打开，顾客便可离去。当然，还有很多细节问题，这只是对未来发展的一种畅想，社会毕竟在不断进步，科技日已更新，未来会诞生出很多人们无法相信甚至想象的东西，这就让我们擦亮眼睛拭目以待吧。结 语在本次电子标签硬件电路方面，详尽解析了各个独立元件的选择依据，对数种方案进行了全面的比较。本设计中对RS485网络，稳压芯片LM7805，存储设备AT24C04，网络驱动芯片MAX1487，核心部分单片机等做了详细的阐述，在它们的共同作用下构成了一整套电子标签系统。在软件设计方面，考虑到了操作的方便性，可行性。如：选择使用C51语言进行开发设计，uVision for Win