1、华科学院本科毕业设计（论文）I基于单片机的自动存包系统设计摘 要近年来，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也在逐渐增加。为了更好的为广大顾客服务，在一些商场、影院、超市等公共场合通常设置有自动存包柜，本次便是针对这一现象进行设计 。本文详细介绍了国内自动存包控制系统的发展现状，发展中所面临的问题。并详细介绍了本系统采用的 AT89S52 单片机做控制器，可以同时管理四个存包柜。柜门锁是由继电器控制，当顾客需要存包的时候，可以自行到存包柜前按“开门”键，需要顾客向光学指纹识别系统输入个指纹，然后通过继电器进行开门（用亮灯表示） ，顾客即可存包，并需将柜门关上。当顾客需要取包
2、时，要将只要将之前输入的指纹放置于指纹识别器前方，指纹识别器采集到指纹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，发出开箱信号至继电器将柜门打开，顾客即可将包取出。 它具有功能实用、操作简便、安全可靠、抗干扰性强等特点。关键词：自动存包柜,单片机,指纹识别器 李少鹏：基于单片机的自动存包系统设计IIBased on single chip microcomputer automatic package designAbstractIn recent years, with the improvement of living standards, people for social
3、 consumer goods quality and quantity requirements are to increase gradually. In order to better service for the general customers, in some stores, movie theaters, supermarkets public Settings are to be put automatically usually bag ark, it is functional practical, simple operation, safe and reliable
4、, anti-jamming strong sexual characteristics. Domestic deposit automatic control system are introduced in detail in this paper the development of the status quo, problems faced in the development of. And introduces in detail the system adopts single chip microcomputer controller, can simultaneously
5、manage multiple pack ark. Cupboard door lock controlled by relay, when customers need to save package, will be allowed to save package before the ark according to the “open“ button, need customer to the system input fingerprint, and then through the relay to open the door (with lighting), customers
6、can save package, and the cupboard door must be closed. When customers need to pick up package, as long as before the input fingerprint should be placed on the fingerprint recognizer, fingerprint recognizer collecting to the fingerprint information and output the corresponding high and low level sig
7、nal to the microcontroller, the system is password consistent, signal out of the box to the relayKey words: Automatic Storage Bag, Microcontroller, Fingerprint recognizer。华科学院本科毕业设计（论文）IIII目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .- 1 -11 题目来源及意义 .- 1 -12 自动存包柜课题的发展与现状 .- 2 -13 本课题的目标与任务 .- 3 -第 2 章 系统方案论证与器件的
8、选择 .- 5 -21 主控模块方案选择 .- 5 -2.1.1 采用 DSP+FPGA 方案 .- 5 -2.1.2 采用 51 单片机方案 .- 5 -2.1.3 采用 61 单片机方案 .- 5 -22 输入端方案的选择 .- 6 -2.2.1 机设条码式电子存包柜方案 .- 6 -2.2.2 非接触 IC 卡电子存包柜方案 .- 9 -2.2.3 指纹识别电子存包柜方案 .- 9 -23 输出端方案的选择 .- 10 -2.3.1 光电开关与电磁阀方案 .- 10 -2.3.2 继电器控制方案 .- 10 -24 方案总结 .- 11 -第 3 章 系统硬件设计 .- 13 -31 系
9、统硬件总体设计 .- 13 -3. 2 系统硬件各单元设计 .- 14 -321 控制单元设计 .- 14 -322 指纹识别设计 .- 19 -323 输出电路设计 .- 26 -3. 3 整体电路图 .- 33 -第 4 章 系统软件设计 .- 35 -李少鹏：基于单片机的自动存包系统设计IV41 系统软件整体设计 .- 35 -42 系统软件各部分设计 .- 37 -421 键输入程序设计 .- 37 -422 驱动电路程序设计 .- 37 -第 5 章 系统调试 .- 39 -5.1 系统硬件调试 .- 39 -5.2 系统软件调试 .- 41 -5.3 系统联合调试 .- 43 -总
10、 结 .- 47 -参考文献 .- 51 -致 谢 .- 53 -附 录 .- 55 - 1 -第 1章 绪 论11 题目来源及意义近年来，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也在逐渐增加。为了更好的为广大顾客服务，在一些商场、影院、超市等公共场合通常设置有自动存包柜，它具有功能实用、操作简便、安全可靠、抗干扰性强等特点。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，使顾客放开双手，更方便的进行购物。单片机一词最初是源于“SingleChipMicr
11、ocomputer”，简称 SCM。在单片机诞生时，SCM 是一个准确、流行的称谓，“单片机”一词准确地表达了这概念。随着 SCM 在技术上、体系结构上不断扩展其控制功能，单片机已不能用“单片微型计算机”来准确表达其内涵。国际上逐渐采用“MCU“(MicroControllerUnit”)来代替，形成了单片机界公认的、最终统一的名词。在国内因为“单片机”一词已约定俗成，故而继续沿用。单片机按其内部中央处理器 CPU(CentralProcessingUnit)的字长分为 1 位机、4 位机、8位机、16 位机等。从 1976 年 8 位单片机诞生以来，单片机领域中一直是以 8 位机为主流机型，
12、预计这种情况还将继续下去。因此我们以 Intel 公司的 8 位机为例来谈谈单片机的发展历史。1.第一阶段单片机阶段(1976 午1978 年)。这阶段的任务是探索计算机的单芯片集成。以 Intel 公司的 MCS48 为代表，其 CPU、存储器、定时器计数器、中断系统、I/O 端口、时钟以及指令系统都是按嵌入式系统要求专门设计的。2第二阶段单片机的完善阶段(1978 年一 1982 年)。计算机的单芯片集成探索取得成功后，随后的任务就是要完善单片机的体系结构。作为这一阶段的典型代表是 Inlel公司将 MCS48 向 MCS5l 系列的过渡。它在以下几个重要方面奠定了单片机的体系结构。(1)
13、完善的外部总线。有 8 位数据总线、16 位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。(2)CPU 外围功能单元的集中管理模式。(3)设置面向工控的位地址空间及位操作方式。李少鹏：基于单片机的自动存包系统设计- 2 -(4)指令系统突出控制功能。3第三阶段微控制器形成阶段(1983 年一 1990 年)。这一阶段单片机的主要技术发展方向是满足测控对象要求的外围电路的增强，如 AD 转换、DA 转换、高速 IO口、WDT(程序监视定时器)、DMA（高速数据传输）等，强化了智能控制的特征。4第四阶段微控制器全面发展阶段(1990 年以后)。即当前的单片机时代，其显著特点是百花齐放、技术创
14、新。单片机正在满足各个方面的需求从玩具、小家电、工程控制单元到机器人、智能仪表，过程控制，个人信息终端等无所不能。12 自动存包柜课题的发展与现状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。
15、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，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
16、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华科学院本科毕业设计（论文）- 3 - 当时的时间、卡号以备查询）4)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
17、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。13 本课题的目标与任务本系统采用的单片机做控制器，可以同时管理多个存包柜。柜门锁由继电器控制，当顾客需要存包的时候，可以自行到存包柜前按“开门”键，需要顾客向系统输入个指纹，然后通过继电器进行开门（用亮灯表示） ，顾客即可存包，并需将柜门关上。当顾客需要取包时，要将只要将之前输入的指纹放置于指纹识别器前方，指纹识别器采集到指纹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，发出开箱信号至继电器将柜门打开，
18、顾客即可将包取出。相比较条形码扫描和 IC 卡的自动存包柜相比，指纹识别的优势在于在整个存包过程中无附带的物品，不怕因为丢失而导致无法取包，所以我觉得指纹识别在现今的各类存包柜中有很明显的发展前景。李少鹏：基于单片机的自动存包系统设计- 4 -华科学院本科毕业设计（论文）- 5 - 第 2章 系统方案论证与器件的选择21 主控模块方案选择2.1.1 采用 DSP+FPGA方案指纹识别追求的主要指标为高识别率、实时性和大词汇量；而对于一个指纹识别系统，还应考虑软硬件设计简单、价格低廉、外围控制灵活、人机交互便捷等特点。现在应用于语音识别的芯片主要为 DSP(数字信号处理器)芯片：如 TI 公司的
19、 TMS320 系列。然而, 将 DSP 芯片用于小型语音指纹系统中, 其不足之处是很明显的：引脚多、 价格贵、 使用繁琐;控制功能弱，常需要与单片机或 FPGA (现场可编程门阵列)结合, 来实现人机交互; 常需要外接 A /D 转换芯片；引脚为 3. 3 V，与单片机、FPGA、F lash 存储器等连接时，要考虑电平匹配。这些将使整个系统结构庞大,设计繁琐。2.1.2 采用 51单片机方案采用 MCS-51 系列单片机实现，选用AT89S52芯片作为主要的控制模块。该芯片中共有四块用来跟外接电路连接。满足了我本次设计的基本要求，所我选择51单片机作为本次设计的方案2.1.3 采用 61单
20、片机方案1. 电源区：61 板采用 3 节五号电池进行供电，由 J10 接入，在 61 板上，前后两组电容用来耦合滤波，使其供给芯片的电电源接反源更加的干净平滑。为了获得标准的 3.3v 电压，在板子上加入 SPY0029A 三端稳压管。 两 CE 基个二极管，是为了防止误将电源接反造成不必要的损失而设置的，在操作中千万不要将电源接反，因为反向电压超过一定的值，二极管将会被损坏，达不到保护的目的。后面的零电阻及其电源、地分成不同的几路是为减少电磁干扰设置的。 2. 程序下载区：I 本运作方式是通过控制 clock 及通过 ICE 喂食指令方式，老来控制cpu 的运行及缓存器资料和内存资料的存取
21、，因此必须透过控制缓存器值得设定来控制目前 cpu 的动作。 3. 音频输入部分：在 61 板上，MICP 和 MICN 将随着 MIC 产生的波形变化，并在两个端口处形成两路反想的波形，再经过两级运放放大，把放大的语音信号交给 ADC 转换为数字量，这个时候我们就可以通过单片机编程对这些数据进行处理，比如说语音数据压缩、李少鹏：基于单片机的自动存包系统设计- 6 -语音识别样本处理。 4.J3 是语音输出接口，一个放大，然后输出，SPY0030A 放大，然后输出。 5.SPCE061A 与周边：这就是整块板子的大脑，所有控制信息都是从这里发出的，那些周边器件用来协助 SPCE061A 单片机
22、正常工作。 6键控区：采用这几个按键我们可以做一些简单的试验，比如说当板子里下载了复读机的程序，按这几个按键就可以分别用来进行录音、暂停和播放。 7.复位区：这里是由几个简单的电子元器件组成，当按下这里面的按键后，单片机就重新开始工作，也可以说成是单片机里的程序从第一条开始重新运行。 8.端口区：用于对外挂硬件的控制，或者获取外部硬件的一些状态以便 SPCE061A 来进行处理。22 输入端方案的选择2.2.1 机设条码式电子存包柜方案存物时：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
23、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。 ”设计如下 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。系统框图如图 2.1 所示
