《基于单片机的超市储存柜密码箱设计》6000字（论文）

基于单片机的超市储存柜密码箱设计TOC\o"1-3"\h\u22519摘要 摘要：本次设计的是一款基于单片机的存储柜密码箱设计，主控芯片采用了STC12C5A60S2，按键采用矩阵按键，显示采用OLED液晶，掉电存储采用EEPROM，锁控采用继电器模拟，由这些模块组成系统，实现密码的显示，存储，密码输入开锁，存储状态显示。存按键按下后，检测可用的柜子状态，存在可用的话生成相应的4位数密码，当三个柜子都被存放后，显示屏会提示，柜子已经存放满。直接输入密码，确认键按下后校验密码，若有符合的密码则执行相应的操作打开一个柜门或全部柜门，若没有符合的密码，则蜂鸣器警报提示密码错误。每次开启上电初始化都会先读取各个密码存储地址是否有密码存放，没有则认为柜子可用，有则认为柜子已被存放需要输入密码才能打开。关键词：密码锁；单片机；密码；掉电存储引言课题的研究背景及意义近年来，随着我国的发展，产品种类不断增加和丰富。人们对于社会消费品的对社会服务的质量、数量和质量的需求也在逐渐增加。为了更好地为大多数顾客服务，在一些商场、电影院（尤其是超市）和其他公共场所，通常有电脑控制的自动柜来存放袋子，以方便大多数顾客和朋友。还生产了各种自动储袋柜。它具有功能实用、操作简单、安全可靠、抗干扰能力强的原则，能更好地服务于不同市场客户群体。客户可以根据简洁明了的操作说明自行完成货物存储的工作。自助存取可以避免因开放式行李存放引起的不必要纠纷，节省员工费用，达到减少员工、提高效率的目的。同时，储物袋可以解放顾客的双手，让顾客更容易购物。在超市、百货商店、私人商店和其他交通繁忙的地方，经常需要储存顾客带来小型随身物品。如果是人工完成的，不仅繁琐，而且效率低下。随着微机控制技术的普及，尤其是单片机的普及与应用，不仅给此次的设计带来了便利极大的方便，而且为其推广应用提供了更大的可能性。目前，市场上大多数存储柜都是条形码存储柜，在使用过程中会造成纸张浪费。在人流量大的商场，需要自行填补打印纸张，有时无法及时无将打印纸装填，影响使用过程，造成停止使用的情况。影响顾客在超市的消费体验。国内外现状及发展趋势随着科学技术的发展，智能产品随处可见，极大地方便了生产和人们的生活。在一些配套齐全的超市、商场等公共场所，由于人流大、买家多，手工存放商品远不能满足要求，速度慢、效率低。因此，您需要使用自动存储柜来访问对象，以达到更方便、更快的目的。然而，由于价格等因素，传统的电子储物柜只出现在一些大型超市等场合，并没有在其他公共场所得到广泛应用。由于单片机的大规模推广，自动化设备将取代工作。传统的机器条码存储柜仍需人员配合使用，不方便。在超市、大型购物中心和其他交通繁忙的地区，它很容易无法使用。因此，市场对自动储物柜的需求仍然很大。研制了一种基于单片机的自动储物柜，无需人工，用户直接与储物柜进行交互。设计的基本要求设计可通过OLED显示存储柜情况，指示灯根据柜锁状态亮起。存柜流程为先按下存按键如果存储满了显示屏上显示NULL，如果还有柜子可以存放则显示柜门号，显示柜门密码。取件流程为直接输入密码按下取按键，若为管理员密码则打开全部柜门，若密码正确对应一个柜门则打开相应的柜门。直接输入管理员密码按下设置，密码正确则可以重新设置管理员密码。输入后再次按下设置键。所有密码都会被保存到掉电存储芯片内，密码输入错误会有蜂鸣器报警。研究的方法（1）采集信息。根据选定的课题，通过网络搜索和论坛观帖，收集跟电子密码锁相关的信息和再超市的应用情况，仔细阅读，以便充分正确地了解设计现状和设计方案。（2）线下沟通。通过和用户进行交流，讨论超市密码锁的使用情况及改进建议，仔细考虑我们需要实现的功能，尽可能的完善实物的功能符合实际的应用。（3）制定方案。通过查询相关资料，依据实际设计要求和各方面考虑，最终选定合理的设计方案。（4）模拟验证。通过所创建的程序，在开发板上进行程序代码测试验证运行情况。通过模拟改进设计，验证效果，达到工程要求。（5）制作实物。按需求购置硬件设备，根据电路设计图方案焊接好实物。将代码烧录进实物中，对实物调式，通过实际工作测试电路设计是否满足要求。基于单片机的超市储存柜密码箱设计系统方案概述总体方案概述设计通过按键操作存储，存储时随机生成四位数密码，显示在OLED上。取件是输入正确密码柜门自动打开，密码错误则蜂鸣器警报。本系统一STC12为单片机核心，矩阵键盘为输入，0.96寸OLED为显示，蜂鸣器和LED为指示组成，采用继电器模拟开关柜门，系统框图如图2-1所示。系统上电后初始化，检测存按键是否按下，若按下存通过函数生成四位随机数密码，在OLED上显示出密码和相应的柜门号；取件直接输入密码然后确认，密码正确则完成相应的操作，密码错误则蜂鸣器报警。所有面码都被存储到EEPROM中，防止掉电丢失。OLED上会显示已被使用的柜门号。图2-1总体设计方案主要模块的选择及方案论证主控制模块的选择方案一：主控制器采用STM32F103系列单片机最小系统板，STM32单片机控制器是一种32位数据处理器，是比较常用的高新能单片机，32位的数据处理相较于8位的数据处理芯片有着更快的运行速度，STM32最小系统板具备TTL下载接口，可通过接口进行下载程序代码，但相较于8位的单片机价格较为昂贵，资源浪费较多，自行设计无法制作最小系统板的硬件电路，贴片工艺焊接困难。方案二：采用STC12C5A60S2芯片来作为本次设计的数据主控器，STC12C5A60S2单片机是国产芯片，价格上有一定优势，芯片产自我国宏晶公司，是一种精度比较高的芯片，可以和我们平常所见的51系列控制器搭配使用，而且STC12C5A60S2具有CMOS工艺，成本低性价比高，是传统51单片机的升级版，运行速率要快4~5倍，在我们日常学习是比较常用的类型，一些学科竞赛也选用它作为主控芯片，可见它的普及性、稳定性。而且编程简单，能给人们日常甚至工业级的生产提供稳定且高性价比的解决方案。方案三：采用PIC系列的单片机，PIC最大的特点是不搞单纯的功能推积，它是从实际出发，非常看重产品的功能要求和性价比，会生产多种不同的型号用来满足不同用户的要求。PIC系列从低系列到高系列产品有几十个型号，最大程度满足用户的要求。其工作所需的电压较低，功能消耗较低，驱动能力较强等特性。PIC单片机大多数用在控制台机器中，在工作场地的不确定因素太多，要需要单片机的抗干扰能力非常的强，就会对单片机性能提高要求。PIC系列的单片机不足之处就是数据的输送和逻辑运算都要利用寄存器来实现。根据上述三种方案进行对比，本设计采用STC12C5A60S2芯片来作为主控制器。液晶显示模块的选择方案一：本次设计使用0.96寸OLED屏幕当做显示屏幕，0.96寸OLED显示器有128*64个光点，可以通过自己训练文字模型，显示出汉字、图片和英文字母的一款价格低性价比高的液晶显示屏。采用IIC通讯协议只需要两个IO口就可以对其进行操做。资源占用少，显示延时低，编程简单。方案二：采用LCD1602显示屏幕。LCD1602液晶显示是51设计里常用的显示器材，具有两个行显示，可以显示英文字符，16*2个字符，没法进行文字显示不能进行显示模型的自定义，需要手动调解背光。体积较大，显示内容较少，并行通信导致占用IO口较多。根据上述两种方案的对比，本次设计的选择用OLED显示屏幕。按键模块的选择方案一：采用独立按键作为按键输入，按键能够直接和单片机的IO口进行相连接，一个按键需要搭配一个IO口，再此次设计中，最少需要13个按键，如果采用独立按键的话，IO口占用较多。方案二：采用矩阵键盘作为按键输入，矩阵键盘以矩阵的形式通过可以获取IO倍数的按键，用在此次设计中，可以只消耗8个IO口获取到16个按键。根据上述两种方案的对比，本次设计的系统设计按键需求较大且IO期望消耗数量较少以便日后的改进，所以本次设计的选择矩阵键盘来充当按键模块。蜂鸣器模块的选择方案一：无源蜂鸣器模块，无源蜂鸣器是利用电生磁现象，将音片转换成磁体发生碰撞振动产生声音，固定的IO信号无法使蜂鸣器长时间响起。所以在使用中需要耗费资源取去不断变换控制信号。方案二：有源蜂鸣器模块，只需要给定一个控制信号就可以得到警报声音，方便操作，不要频繁控制，比较适合此次设计。根据上述两种方案的对比，本次设计选择有源蜂鸣器模块。掉电存储方式选择方案一：单片机内部的EEPROM，STC单片机内部的EEPROM是通过DataFlash模拟出来的，并不是实际的，观察了一下操作代码感觉比较繁琐，还有可能出现误操作造成不可逆的损害。方案二：采用外部EEPROM，外部的EEPROM不需要占用内部的资源，芯片出现损坏后也可将模块密码也不会收到损坏，通过IIC驱动起来比较简单，读写操作稳定。根据上述两种方案的对比，本次设计选择采用外部AT24C02作为外部EEPROM。基于单片机的超市储存柜密码箱设计硬件设计系统的硬件设计思路本次设计的存储柜密码箱主要是利用STC12C5A60S2单片机来进行处理信息，外部使用OLED来进行显示，自制的矩阵键盘作为输入，继电器模拟开锁关锁，通过分析各个模块供电需求、引脚需求和驱动能力，来进行电路的绘制，焊接测试，完成后烧录代码进行驱动，查看系统是否正常工作。单片机及其最小系统模块单片机最小系统是由芯片外部接上11.0592M的晶振搭配22PF的电容形成晶振电路，芯片是高电平复位，本次设计不需要复位电路，所以对复位引脚直接下拉一个4.7K的电阻，加上电源构成的一个基本系统。单片机一个有40个引脚，每一个引脚都有各自的功能，我们要熟记每一个引脚的功能，制作实物的时候才能更加方便。从单片机最小系统的电路图可知，复位引脚就是从第九个引脚，当引脚置于高电平时就会使单片机复位，程序就会停止。晶振电路是第十八、十九引脚出来的那部分。第二十和第四十引脚接的电源。单片机最小系统如下图3-1所示。图3-1单片机最小系统显示模块电路设计OLED是一个使用了液晶为材料的显示屏。需要正确驱动程序才会亮起，如果驱动初始化没有完成的话，显示屏不会亮起，显示屏的IIC信号引脚再P2口进行选用，P2口驱动能力足够，不需要外接上拉电阻。通过IIC的数据写入达到再制定位置显示指定字符的效果。在这次的系统设计中，屏幕主要密码柜使用情况，柜门密码和密码错误提示。电路原理图如图3-2所示。图3-2OLED显示电路按键电路的的设计本次设计的按键电路是将16个按键分为四行四列，分别连接单片机的IO口，对IO口进行电平变换，查看是有有异常的状态，如果有异常则代表按键按下，然后进行软件消抖处理，再次检测，结果相同代表按键按下，对异常状态进行解读，返回按键设定键值。按键电路的硬件电路如下图3-3所示。图3-3矩阵按键电路EEPROM模块电路的设计本次设计的掉电存储器采用的是外部EEPROM，EEPROM是带电可擦写可编程只读存储器的缩写，用户在使用中可进行擦除和重写，只需要普通电压就可以完成，不需要专门的高压脉冲信号。设计中用来存储开柜密码，防止意外断电导致密码丢失柜门无法打开的情况发生，EEPROM电路如图3-4所示。图3-4EEPROM电路蜂鸣器电路的设计设计蜂鸣器驱动电路，在开关柜门，密码错误时进行提示，采用有源蜂鸣器，再需要警示信号是给予一个高电平信号即可。蜂鸣器模块电路如图3-5所示。图3-5蜂鸣器模块电路系统的软件设计程序的设计流程这次设计主要是通过keil4进行代码编写。通过在这个软件内编译好程序，生成hex文件，将hex文件烧录到开发板上调试，实现OLED显示密码箱存储状态，按键输入存取，OLED显示给出密码或输入密码，密码正确则进行相应地操作，密码错误则蜂蜜器警报提示。主函数流程图的设计系统的程序分为主程序和子程序，设计将OLED显示和按键操作划分成子函数编写，在代码编写时直接调用子函数进行操作方便逻辑的沟通，将代码可读性增强。主函数将子函数在框架下分步调用，推动整个系统的执行。程序主体内容是监测相应按键是否按下，校验密码是否正确，执行相应的操作，具体的主程序流程如图4-1所示。图4-1主程序流程图液晶显示子函数的设计OLED可以显示我们所需要的柜门信息和柜门密码等信息，通过电以后OLED会初始化设置，判断OLED是否繁忙，假如繁忙继续返回上一层初始化，不繁忙就会写入指令和数据函数，判断数据是否写完。OLED显示流程图如图4-2所示。图4-2OLED显示流程图按键子程序函数的设计单片机会识别按键是否按下，然后按键按下会根据IO返回的数据得出被按下按键的位置，生成固定的键值，根据返回的键值进行数据处理，会出现相应的变化。按键模块的流程图程序图如4-3所示。图4-3按键子程序流程图5实物调试软件设计完成后，进行实物焊接，实物焊接完成后，对实物进行测试，实物背部如图如图5-1所示。图5-1背部接线图实物焊接完成后，对实物进行开机测试，实物开机后，OLED屏幕上显示“Welcome”和未被使用的柜门编号。开机显示图如图5-2所示。图5-2开机显示图第一次按下存按键，OLED会显示出柜门编号和柜门密码，显示两秒后消失，并且柜门打开。第一次存件图如图5-3所示。图5-3第一次存件图第二次第一次按下存按键，OLED会显示出柜门编号和柜门密码，显示两秒后消失，并且柜门打开，因为1好柜门已经存放了，所以1号柜不会显示出来，3号柜未被存放，所以三号柜会显示出来。二次存件图如图5-4所示。图5-4二次存件图直接输入密码，按下取按键，密码错误将有蜂鸣器提示，密码正确则打开相应柜门，若密码为管理员密码，则全部柜门打开，柜门密码清空。输入管理员密码柜门全部打开，取件图如图5-5所示。图5-5取件图直接输入密码按下设置按键，若密码为管理员密码则显示“Pleaseenter”，再输一次更改管理员密码，若密码不正确则蜂鸣器提示。更改管理员密码图如图5-6所示图5-6更改管理员密码图参考文献李小燕,佟建波.中职学校《单片机C语言案例教程》课程线上线下混合式教学的实践——以广西玉林农业学校为例[J].中国新通信,2021,23(18):150-151.高庆华,周晓丹,王开宇,王洁,崔承毅.单片机综合实训教程编写与实践[J].实验室科学,2019,22(01):116-118+121.沈放,何尚平,万彬.MCS-51单片机应用实验教程[M].重庆大学出版社:,201901.243.罗小青.单片机原理及应用教程[M].人民邮电出版社:,201409.180.金红娟,张娣,王历,陈振宇,柴龙飞,董莉霞.基于单片机的自动存储柜的设计[J].软件,2020,41(08):67-68+77.叶建波,朱双东.基于Proteus的单片机电路的虚拟仿真[J].电子工程师,2008,34(11):23-24+67.邓力.PROTEUS51单片机的电路仿真[J].中国科技信息,2006(14):90-92.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):134-135.LiWei*,ChenZipeng,PengXinrong,ZhuHanyang,WangTao.ExplorationofTeachingReformofSing