毕业设计(论文)-基于单片机的自动存包柜的设计.doc
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1、北京化工大学北方学院毕业设计(论文)诚信申明本人申明:我所呈交的本科毕业设计(论文)是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计(论文)的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名: 年 月 日全自动存包柜的设计XXX电子信息工程 信工0706班 学号070201149指导教师摘 要本文详细介绍了国内自动存包控制系
2、统的发展现状,发展中所面临的问题。并详细介绍了本系统采用的单片机做控制器,可以同时管理N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。关键词:自动存包 单片机 光电传感器 条形码阅读器Design of Automatic Package of Counte
3、rAbstractThis paper describes the control system of the domestic auto-save package development status of the problems faceing the development. And details of the system microcontroller to do with the controller, can manage a package of counter N. Controlled by a solenoid valve cabinet locks, when cu
4、stomers need to save the package, they can keep their own bag to the counter before the press the open button, the microcontroller receives a pulse signal, and the system I / O port to issue the appropriate signal, control lock door of the solenoid valve will be an empty box is opened, the customer
5、can deposit bags, and cabinet door. When the customer needs to take when the package is to simply place the barcode in front of bar code readers, bar code readers bar code information collected by the high-low output signals to the appropriate microcontroller, the password system is relatively consi
6、stent, the issue out of the box signal to the solenoid valve is the door open, the customer can remove the package. Keywords: Automatic Storage Bag Microcontroller Photoelectric Sensors Bar Code Reader 目 录前 言1第1章 自动存包柜2第1.1节 自动存包柜的发展概述2第1.2节 总体方案确定3第2章 系统硬件设计4第2.1节 MCS51单片机主要应用特性4第2.2节 自动存包系统面板设计及控制
7、原理图6第2.3节 微型处理器9第2.4节 系统扩展12第2.5节 输入/输出接口系统设计20第2.6节 条形码阅读器设计25第2.7节 电机控制电路设计26第2.8节 电源27第3章 系统流程图29第3.1节 控制主程序流程图29第3.2节 显示子程序程图31第3.3节 输入给定值中断服务程序32结 论33附 录34参考文献39致 谢4041前 言随着我国的不断发展,产品呈现出种类数目不断增多、丰富的局面。尤其是生产质量的不断提高,对技术服务提出了更高的要求,特别是对物品的自动存储提出了更新更高的要求。在当前各种多功能全自动存包机逐渐进入各超市的情况下,我们有必要对国产自动存包控制的应用现状
8、及发展作进一步探讨。在超市、综合商店、个人商店等人流量大的地方,常常需要对顾客随带物品进行存储。如果用人工完成不但麻烦,而且效率低,劳动强度大。随着微型计算机控制的普及,特别是单片机的应用,给该类系统的设计带来了极大的便利,在本次设计中,将主要介绍单片机控制自动存包控制系统的设计方法。第1章 自动存包柜第1.1节 自动存包柜的发展概述电子存包柜又名自动存包柜、电子寄存柜,是20世纪嵌入式计算机快速发展后在传统寄存行业的一大应用。从外观和用途来看,电子存包柜属于家具类别中的钢制家具。从实现方式和功能上来看,电子存包柜属于电子专用设备。电子存包柜主要由以下几种类型:(1)机设条码式电子存包柜 存物
9、时:按“存”键,寄存柜自动打印一张密码条,机器语音提示:“请取密码条”。使用者抽出密码纸,对应的箱门自动打开,存好后关上箱门。取物时:直接将条码纸在扫描口扫描,对应的箱门会自动打开。语音提示:“请取完物品后关好箱门。”(2)指纹式电子存包柜 以使用者指纹作为寄存的凭证;当使用者进行存物操作时,须先按一下操作键盘中的“存”键,然后在指纹采集窗里采集指纹,机器会把该指纹与分配给使用者使用的寄存箱的箱号结合起来,并将信息自动记录下,同时自动打开该箱,供使用者存物,存完后使用者自己关好箱门;取物时,只需须先按一下操作键盘中的“取”键,然后在指纹采集窗里采集指纹,寄存柜将指纹数据与先前记录下的进行比对,
10、正确后才会打开该箱供使用者取物(同时机器会自动记录当时的时间、指纹以备查询)。(3)非接触IC卡电子存包柜 以使用者所持IC卡(即射频卡)作为寄存的凭证;当使用者进行存物操作时,须先按一下操作键盘中的“存”键再刷卡(即让寄存柜读取卡号),寄存柜先识别是否为该场所的IC卡,若不是则拒绝存物;若是,机器会把该卡号与分配给使用者使用的寄存箱的箱号结合起来,并将信息自动记录下,同时自动打开该箱,供使用者存物,存完后自己关好箱门;取物时,只需须先按一下操作键盘中的“取”键再刷卡,寄存柜将读取的卡号与先前记录下的进行比对,正确后才会打开该箱供使用者取物(同时机器会自动记录当时的时间、卡号以备查询)。 (4
11、)联网型非接触IC卡电子存包柜 联网型非接触IC卡电子存包柜基本功能与非接触IC卡电子存包柜一致,另外增加了网络通讯模块,上位机管理软件等,以实现寄存状态联网监控,分段收费,报表打印等功能。 现在公共场所应用比较广泛。因此,研制出一种能自动存包的装置有很重大的意义,我所研究的就是这方面的课题。第1.2节 总体方案确定根据“自动存包”这一目的要求,做如下设计安排:第一部分:CPU核心控制部分,由单片机8031、复位电路、时钟电路等构成,是整个系统的核心。第二部分:键盘显示控制部分。对3个数码管和2个按键进行管理,3个数码管用于显示两位柜号和3位密码,12个按键分别为10个数字键和2个功能键。通过
12、这些键盘,用户就可以完成所有的操作。第三部分:执行机构部分。它是通过8051的并行口扩展一片8255A芯片,并通过8255A控制20个灯的状态(亮灭)来模拟柜子的存包取包的过程。软件部分主要采用我们自己设定的一种与柜号相关联的算法来产生一组3位的随机密码,而密码的产生、核对过程就对应存包、取包的过程。第2章 系统硬件设计第2.1节 MCS51单片机主要应用特性MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的产品,与MCS-48单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条,MCS-51单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS-5
13、1系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍用MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的设计。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品,其主要功能如下:8位CPU4kbytes 程序存储器(ROM)128bytes的数据存储器(RAM)32条I/O口线111条指令,大部分为单字节指令21个专用寄存器2个可编程定时/计数器5个中断源,2个优先级一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kB外部程序存储器寻址空间为64kB逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装单一+5V电源供电MCS-51以其典
14、型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理,众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统,堪称为一代“名机”,为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构,导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构,有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机,像PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品,就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容MCS-51的单片机品种。近年来MCS-51获得了飞速的发展,MCS-51的发源公司Intel由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机,而由其它厂商将其发展,最典型的
15、是PHILIPS和ATMEL公司,PHILIPS公司主要是改善其性能,在原来的基础上发展了高速I/O口,A/D转换器,PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能,并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容MCS-51的单片机,完美地将Flash(非易失闪存技术)EPROM与80C51内核结合起来,仍采用MCS-51的总体结构和指令系统,Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用,并能使单片机作多次重复使用。8051是MCS-51系列单片机中的代表产品,它内部集成了功能强大的中央处理器,包含了硬件乘除法器、21个
16、专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。MCS-51采用模块式结构,MCS-51系列中各种加强型单片机都是以8051为核心加上一定的新的功能部件后组成的,从而使它们完全兼容。表2.1为MCS-51系列单片机常用产品特性。表2.1 MCS-51系列单片机常用产品特性型号片内存储器I/O线定时器/计数器片外寻址空间(KB)程序数据程序数据80514K ROM128322个16位646487514K EPROM128322个16位64648031无128322个16位646480C514K ROM
17、128322个16位646487C514K EPROM128322个16位646480C31无128322个16位646480524K ROM256323个16位646487524K EPROM256323个16位64648032无256323个16位6464MCS-51具有比较大的寻址空间,地址线宽达16条,即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB,这作为单片机控制来说已是比较大的,这同时具备对口的访问能力。此外,MCS-51采用模块化结构,可方便地增删一个模块就可使引脚和指令兼容的新产品,从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元,处理功能强
18、,中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器,硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令,这给应用提供了极大的便利。MCS-51的指令系统近乎完善,指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说,是相当灵活和方便的。MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz,当振荡频率为12MHz时,一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上,使得数据传送距离大大缩短,可靠性更高,运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机,各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化,抗干扰能力加强,工作
19、亦相对稳定。因此,在工业测控系统中,使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统,所以它是低端控制系统最佳器件。鉴于MCS-51的以上特点,本文的设计就是基于MCS-51的8031型号单片机来设计的自动存包系统。第2.2节 自动存包系统面板设计及控制原理图2.2.1 面板设计自动存包控制系统面板如图2.1所示7821659430警报运行扫描出单区域显示区域存包取包图2.1 控制面板下图为实物图的展示: 图2.1 实物图展示2.2.2 系统控制原理图图2.3 自动存包系统控制原理图在本系统设计的自动存包系统中,采用8031单片机设计一个最小系统,为了读键盘给定值及完成检测和控制,系统中扩
20、展一片8255A可编程接口及程序存储器EPROM 2764其原理图如图2.3所示。在图2.3中所示,8031、74LS373、2764组成最小系统。第2.3节 微型处理器8031单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种,除无片内ROM外,其余特性与MCS-51单片机基本一样。2.3.1 8031性能特点8031的主要性能包括:(1)与MCS-51位控制器产品系列兼容。(2)宽工作电压范围,VCC可为2.7V6V。(3)全静态工作,可从0Hz 至16Hz。(4)1288位内部RAM。(5)32条可编程I/O线。(6)两个16位定时器/计数器。(7)中断结构具有5个中断源和2个优
21、先级。2.3.2 8031硬件结构及引脚功能8031的内部硬件结构如图2.4所示:图2.4 8031引脚图在图2.4中所示,8031单片机采用40引脚双列直插封装(DIP)形式。采用方形封装工艺。由于受到引脚数目的限制,所以有一些引脚具有第二功能。在单片机的40条引脚中,有2条专用于主电源的引脚,2条外接晶体的引脚,4条控制和其它电源复用的引脚,32条输入/输出引脚。下面分别说明这些引脚的名称和功能。(1)主电源引脚Vcc和GNDVcc:芯片主电源,正常工作时接+5V电源。GND:接电源地。(2)时钟振荡引脚XTAL1和XTAL2XTAL1: 接外部晶体的一端。在单片内部,它是反相放大器的输入
22、端,该放大器构成了片内振荡器。在测外部时钟电路时,对于HMOS单片机,此引脚必须接地;对CHMOS单片机,此引脚作为驱动端。XTAL2: 接外部晶体的另一端。在单片机内部,接至上述振荡器的反相放大器的输出端,振荡器的频率是晶体振荡频率。若采用外部时钟电路时,对于HMOS单片机,该引脚输入外部时钟脉冲;对于CHMOS单片机,此引脚应悬空。(3)控制信号引脚RST/Vpd、ALE/PROG、PSEN和EA/Vpp。ALE/PROG: 地址锁存使能输出/编程脉冲输入端。在扩展系统时,ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来,以实现低8位地址和数据的隔离,P0口作为数据地址复用口线。当访问单片机
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