華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒 論1．1 題目來(lái)源及意義近年來(lái)，隨著生活水平的提高，人們對(duì)于社會(huì)消費(fèi)品的質(zhì)量和數(shù)量的要求也在逐漸增加。為了更好的為廣大顧客服務(wù)，在一些商場(chǎng)、影院、超市等公共場(chǎng)合通常設(shè)置有自動(dòng)存包柜，它具有功能實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。顧客可以根據(jù)簡(jiǎn)明清晰的操作說(shuō)明自行的完成取物品的工作，自助式存取可以避免開放式存包帶來(lái)的不必要的糾紛，又可以節(jié)約人員開支，達(dá)到減員增效的目的。同時(shí)，存包可以解放顧客的雙手，使顧客放開雙手，更方便的進(jìn)行購(gòu)物。
單片機(jī)一詞最初是源于"SingleChipMicrocomputer”，簡(jiǎn)稱SCM。在單片機(jī)誕生時(shí)，SCM是一個(gè)準(zhǔn)確、流行的稱謂，“單片機(jī)”一詞準(zhǔn)確地表達(dá)了這—概念。隨著SCM在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展其控制功能，單片機(jī)已不能用“單片微型計(jì)算機(jī)”來(lái)準(zhǔn)確表達(dá)其內(nèi)涵。國(guó)際上逐漸采用"MCU"(MicroControllerUnit”)來(lái)代替，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。在國(guó)內(nèi)因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”一詞已約定俗成，故而繼續(xù)沿用。
單片機(jī)按其內(nèi)部中央處理器CPU(CentralProcessingUnit)的字長(zhǎng)分為1位機(jī)、4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)等。從1976年8位單片機(jī)誕生以來(lái)，單片機(jī)領(lǐng)域中一直是以8位機(jī)為主流機(jī)型，預(yù)計(jì)這種情況還將繼續(xù)下去。因此我們以Intel公司的8位機(jī)為例來(lái)談?wù)剢纹瑱C(jī)的發(fā)展歷史。
1.第一階段——單片機(jī)階段(1976午～1978年)。這階段的任務(wù)是探索計(jì)算機(jī)的單芯片集成。以Intel公司的MCS—48為代表，其CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、I/O端口、時(shí)鐘以及指令系統(tǒng)都是按嵌入式系統(tǒng)要求專門設(shè)計(jì)的。
2．第二階段——單片機(jī)的完善階段(1978年一1982年)。計(jì)算機(jī)的單芯片集成探索取得成功后，隨后的任務(wù)就是要完善單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。作為這一階段的典型代表是Inlel公司將MCS—48向MCS—5l系列的過(guò)渡。它在以下幾個(gè)重要方面奠定了單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。
(1)完善的外部總線。有8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。
(2)CPU外圍功能單元的集中管理模式。
(3)設(shè)置面向工控的位地址空間及位操作方式。
(4)指令系統(tǒng)突出控制功能。
3．第三階段——微控制器形成階段(1983年一1990年)。這一階段單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展方向是滿足測(cè)控對(duì)象要求的外圍電路的增強(qiáng)，如A／D轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換、高速I／O口、WDT(程序監(jiān)視定時(shí)器)、DMA（高速數(shù)據(jù)傳輸）等，強(qiáng)化了智能控制的特征。
4．第四階段－－微控制器全面發(fā)展階段(1990年以后)。即當(dāng)前的單片機(jī)時(shí)代，其顯著特點(diǎn)是百花齊放、技術(shù)創(chuàng)新。單片機(jī)正在滿足各個(gè)方面的需求．從玩具、小家電、工程控制單元到機(jī)器人、智能儀表，過(guò)程控制，個(gè)人信息終端等無(wú)所不能。
1．2 自動(dòng)存包柜課題的發(fā)展與現(xiàn)狀電子存包柜又名自動(dòng)存包柜、電子寄存柜，是20世紀(jì)嵌入式計(jì)算機(jī)快速發(fā)展后在傳統(tǒng)寄存行業(yè)的一大應(yīng)用。從外觀和用途來(lái)看，電子存包柜屬于家具類別中的鋼制家具。從實(shí)現(xiàn)方式和功能上來(lái)看，電子存包柜屬于電子專用設(shè)備。電子存包柜主要由以下幾種類型：
(1)機(jī)設(shè)條碼式電子存包柜
存物時(shí)：按“存”鍵，寄存柜自動(dòng)打印一張密碼條，機(jī)器語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取密碼條”。使用者抽出密碼紙，對(duì)應(yīng)的箱門自動(dòng)打開，存好后關(guān)上箱門。取物時(shí)：直接將條碼紙?jiān)趻呙杩趻呙�，�?duì)應(yīng)的箱門會(huì)自動(dòng)打開。語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取完物品后關(guān)好箱門。”
(2)指紋式電子存包柜
以使用者指紋作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機(jī)器會(huì)把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下，同時(shí)自動(dòng)打開該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤中的“取”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，寄存柜將指紋數(shù)據(jù)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、指紋以備查詢）。
(3)非接觸IC卡電子存包柜
以使用者所持IC卡（即射頻卡）作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵再刷卡（即讓寄存柜讀取卡號(hào)），寄存柜先識(shí)別是否為該場(chǎng)所的IC卡，若不是則拒絕存物；若是，機(jī)器會(huì)把該卡號(hào)與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下，同時(shí)自動(dòng)打開該箱，供使用者存物，存完后自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤中的“取”鍵再刷卡，寄存柜將讀取的卡號(hào)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、卡號(hào)以備查詢）
4)聯(lián)網(wǎng)型非接觸IC卡電子存包柜
聯(lián)網(wǎng)型非接觸IC卡電子存包柜基本功能與非接觸IC卡電子存包柜一致，另外增加了網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，上位機(jī)管理軟件等，以實(shí)現(xiàn)寄存狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，分段收費(fèi)，報(bào)表打印等功能。
現(xiàn)在公共場(chǎng)所應(yīng)用比較廣泛。因此，研制出一種能自動(dòng)存包的裝置有很重大的意義，我所研究的就是這方面的課題。
1．3 本課題的目標(biāo)與任務(wù)本系統(tǒng)采用的單片機(jī)做控制器，可以同時(shí)管理多個(gè)存包柜。柜門鎖由繼電器控制，當(dāng)顧客需要存包的時(shí)候，可以自行到存包柜前按“開門”鍵，需要顧客向系統(tǒng)輸入個(gè)指紋，然后通過(guò)繼電器進(jìn)行開門（用亮燈表示），顧客即可存包，并需將柜門關(guān)上。當(dāng)顧客需要取包時(shí)，要將只要將之前輸入的指紋放置于指紋識(shí)別器前方，指紋識(shí)別器采集到指紋信息輸出相應(yīng)的高低電平信號(hào)傳給單片機(jī)，系統(tǒng)比較密碼一致后，發(fā)出開箱信號(hào)至繼電器將柜門打開，顧客即可將包取出。
相比較條形碼掃描和IC卡的自動(dòng)存包柜相比，指紋識(shí)別的優(yōu)勢(shì)在于在整個(gè)存包過(guò)程中無(wú)附帶的物品，不怕因?yàn)閬G失而導(dǎo)致無(wú)法取包，所以我覺得指紋識(shí)別在現(xiàn)今的各類存包柜中有很明顯的發(fā)展前景。
第2章 系統(tǒng)方案論證與器件的選擇
2．1 主控模塊方案選擇
2.1.1 采用DSP+FPGA方案指紋識(shí)別追求的主要指標(biāo)為高識(shí)別率、實(shí)時(shí)性和大詞匯量；而對(duì)于一個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)，還應(yīng)考慮軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、外圍控制靈活、人機(jī)交互便捷等特點(diǎn)。現(xiàn)在應(yīng)用于語(yǔ)音識(shí)別的芯片主要為DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)芯片：如TI公司的TMS320系列。然而, 將DSP 芯片用于小型語(yǔ)音指紋系統(tǒng)中, 其不足之處是很明顯的：引腳多、價(jià)格貴、使用繁瑣;控制功能弱，常需要與單片機(jī)或FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)結(jié)合, 來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互;常需要外接A/D 轉(zhuǎn)換芯片；引腳為3.3 V，與單片機(jī)、FPGA、Flash存儲(chǔ)器等連接時(shí)，要考慮電平匹配。這些將使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大,設(shè)計(jì)繁瑣。
2.1.2 采用51單片機(jī)方案采用 MCS-51 系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，選用AT89S52芯片作為主要的控制模塊。該芯片中共有四塊用來(lái)跟外接電路連接。滿足了我本次設(shè)計(jì)的基本要求，所我選擇51單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的方案
2.1.3 采用61單片機(jī)方案1. 電源區(qū)：61板采用3節(jié)五號(hào)電池進(jìn)行供電，由J10接入，在61板上，前后兩組電容用來(lái)耦合濾波，使其供給芯片的電電源接反源更加的干凈平滑。為了獲得標(biāo)準(zhǔn)的3.3v電壓，在板子上加入SPY0029A三端穩(wěn)壓管。
兩個(gè)CE基二極管，是為了防止誤將電源接反造成不必要的損失而設(shè)置的，在操作中千萬(wàn)不要將電源接反，因?yàn)榉聪螂妷撼^(guò)一定的值，二極管將會(huì)被損壞，達(dá)不到保護(hù)的目的。后面的零電阻及其電源、地分成不同的幾路是為減少電磁干擾設(shè)置的。
2. 程序下載區(qū)：I本運(yùn)作方式是通過(guò)控制clock及通過(guò)ICE喂食指令方式，老來(lái)控制cpu的運(yùn)行及緩存器資料和內(nèi)存資料的存取，因此必須透過(guò)控制緩存器值得設(shè)定來(lái)控制目前cpu的動(dòng)作。
3. 音頻輸入部分：在61板上，MICP和MICN將隨著MIC產(chǎn)生的波形變化，并在兩個(gè)端口處形成兩路反想的波形，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大，把放大的語(yǔ)音信號(hào)交給ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這個(gè)時(shí)候我們就可以通過(guò)單片機(jī)編程對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比如說(shuō)語(yǔ)音數(shù)據(jù)壓縮、語(yǔ)音識(shí)別樣本處理。
4.J3是語(yǔ)音輸出接口，一個(gè)放大，然后輸出，SPY0030A放大，然后輸出。
5.SPCE061A與周邊：這就是整塊板子的大腦，所有控制信息都是從這里發(fā)出的，那些周邊器件用來(lái)協(xié)助SPCE061A單片機(jī)正常工作。
6．鍵控區(qū)：采用這幾個(gè)按鍵我們可以做一些簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，比如說(shuō)當(dāng)板子里下載了復(fù)讀機(jī)的程序，按這幾個(gè)按鍵就可以分別用來(lái)進(jìn)行錄音、暫停和播放。
7.復(fù)位區(qū)：這里是由幾個(gè)簡(jiǎn)單的電子元器件組成，當(dāng)按下這里面的按鍵后，單片機(jī)就重新開始工作，也可以說(shuō)成是單片機(jī)里的程序從第一條開始重新運(yùn)行。
8.端口區(qū)：用于對(duì)外掛硬件的控制，或者獲取外部硬件的一些狀態(tài)以便SPCE061A來(lái)進(jìn)行處理。
2．2 輸入端方案的選擇2.2.1 機(jī)設(shè)條碼式電子存包柜方案存物時(shí)：按“存”鍵，寄存柜自動(dòng)打印一張密碼條，機(jī)器語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取密碼條”。使用者抽出密碼紙，對(duì)應(yīng)的箱門自動(dòng)打開，存好后關(guān)上箱門。取物時(shí)：直接將條碼紙?jiān)趻呙杩趻呙瑁瑢?duì)應(yīng)的箱門會(huì)自動(dòng)打開。語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取完 物品后關(guān)好箱門。”
設(shè)計(jì)如下
根據(jù)“自動(dòng)存包”這一目的要求，做如下設(shè)計(jì)安排：
第一部分：CPU核心控制部分，由單片機(jī)8031、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等構(gòu)成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。
第二部分：鍵盤顯示控制部分。對(duì)3個(gè)數(shù)碼管和2個(gè)按鍵進(jìn)行管理，3個(gè)數(shù)碼管用于顯示兩位柜號(hào)和3位密碼，12個(gè)按鍵分別為10個(gè)數(shù)字鍵和2個(gè)功能鍵。通過(guò)這些鍵盤，用戶就可以完成所有的操作。
第三部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。它是通過(guò)8051的并行口擴(kuò)展一片8255A芯片，并通過(guò)8255A控制20個(gè)燈的狀態(tài)（亮滅）來(lái)模擬柜子的存包取包的過(guò)程。
軟件部分主要采用我們自己設(shè)定的一種與柜號(hào)相關(guān)聯(lián)的算法來(lái)產(chǎn)生一組3位的隨機(jī)密碼，而密碼的產(chǎn)生、核對(duì)過(guò)程就對(duì)應(yīng)存包、取包的過(guò)程。
系統(tǒng)框圖如圖2.1所示
圖2.1 系統(tǒng)框圖
主要核心器件有：AT89C51，打印機(jī)，條形碼掃描系統(tǒng)，光電開關(guān)，電磁閥等。
主程序模塊
該模塊的功能包括顯示的初始化，判斷是否有空箱，鍵盤掃描，密碼掃描等功能。
本次設(shè)計(jì)的流程圖如圖2.2.軟件模擬程序?yàn)�，首先先檢測(cè)所有的空箱數(shù)目，然后根據(jù)按鍵判斷狀態(tài)是要存包還是取包，如果是存包的話，就輸入密碼，然后將包存入箱柜內(nèi)，然后關(guān)門，系統(tǒng)檢測(cè)是否關(guān)門，如果是的話則進(jìn)行下一步，否則提示未關(guān)門。如果是取包的時(shí)候，輸入密碼后，驗(yàn)證密碼的正確與否，正確的話就看箱柜是否關(guān)門，否則提示箱柜未關(guān)門。
圖2.2 主程序流程圖
優(yōu)點(diǎn)：方便，識(shí)別度高，
缺點(diǎn)：容易丟失打印條，因?yàn)橛袟l形碼掃描和條形碼打印這塊，所以造價(jià)成本比較高，所以不適于本次設(shè)計(jì)的使用。
2.2.2 非接觸IC卡電子存包柜方案以使用者所持IC卡（即射頻卡）作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵再刷卡（即讓寄存柜讀取卡號(hào)），寄存柜先識(shí)別是否為該場(chǎng)所的IC卡，若不是則拒絕存物；若是，機(jī)器會(huì)把該卡號(hào)與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下，同時(shí)自動(dòng)打開該箱，供使用者存物，存完后自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤中的“取”鍵再刷卡，寄存柜將讀取的卡號(hào)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、卡號(hào)以備查詢）
優(yōu)點(diǎn)：識(shí)別度高，系統(tǒng)穩(wěn)定，
缺點(diǎn)：IC卡不易攜帶，而且會(huì)出現(xiàn)消磁等問(wèn)題，所以不適于本次設(shè)計(jì)。
2.2.3 指紋識(shí)別電子存包柜方案以使用者指紋作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機(jī)器會(huì)把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下，同時(shí)自動(dòng)打開該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤中的“取”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，寄存柜將指紋數(shù)據(jù)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、指紋以備查詢）
圖4.3 設(shè)計(jì)框圖
優(yōu)點(diǎn)：識(shí)別度高，沒(méi)有多余的東西，方便，容易使用，成本相比較而言較低，所以本次設(shè)計(jì)運(yùn)用該方案。
2．3 輸出端方案的選擇2.3.1 光電開關(guān)與電磁閥方案紅外線光電開關(guān)（光電傳感器）是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。
開箱控制電路功能用來(lái)打開箱鎖。該系統(tǒng)共控制24個(gè)存包柜，其中使用了8255A的PA、PB、PC三口的24跟口線作為輸出，輸出信號(hào)經(jīng)三極管放大后驅(qū)動(dòng)電磁鎖動(dòng)作，從而將箱鎖打開。同時(shí)在箱的門沿上還裝有限位開關(guān)，來(lái)檢測(cè)門的閉合與否。并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候來(lái)進(jìn)行報(bào)警，提醒顧客關(guān)好柜門。為了保證安全，鎖簧需要有較強(qiáng)的彈力。電磁鎖的驅(qū)動(dòng)功率需要20W以上，可以采用20V直流電源，產(chǎn)生1A的驅(qū)動(dòng)電流，為加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)功率，采用二級(jí)直流放大。在這里我們使用DSN-Y電磁鎖，他的技術(shù)指標(biāo)即參數(shù)都能夠滿足我們的需要。
2.3.2 繼電器控制方案電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路
通過(guò)單片機(jī)的指令，控制繼電器的導(dǎo)通或者切斷，用燈來(lái)模擬箱柜的開關(guān)。
2．4 方案總結(jié)通過(guò)比較可知，在主控方案選擇中，用單片機(jī)方案更加容易的實(shí)現(xiàn)我的設(shè)計(jì)；而在輸入設(shè)備中，相比較IC卡和條形碼掃描，我個(gè)人認(rèn)為指紋識(shí)別更加方便實(shí)用，而且所用資源比較少，性價(jià)比更高，所以選擇指紋識(shí)別作為本次實(shí)驗(yàn)的方案；而在輸出設(shè)備中，我認(rèn)為繼電器方案能夠更加明顯的顯示我的設(shè)計(jì)，更加容易的實(shí)現(xiàn)，綜上所述，我的方案定為這樣的。
第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3．1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)自動(dòng)存包柜的系統(tǒng)框圖如圖3.1。該系統(tǒng)AT89S52單片機(jī)為核心，還有顯示屏及按鍵，指紋識(shí)別器，繼電器檢測(cè)，斷電保護(hù)等部分。
以使用者指紋作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機(jī)器會(huì)把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下，同時(shí)自動(dòng)打開該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤中的“取”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，寄存柜將指紋數(shù)據(jù)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、指紋以備查詢）。
圖 3.1 自動(dòng)存包柜系統(tǒng)框圖
根據(jù)系統(tǒng)框圖，本設(shè)計(jì)的面板設(shè)計(jì)圖如圖3.2所示
圖3.2 面板設(shè)計(jì)圖
3. 2 系統(tǒng)硬件各單元設(shè)計(jì)3．2．1 控制單元設(shè)計(jì)AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。
P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。
P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL邏輯電平。
此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。
引腳號(hào)第二功能：
P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出
P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）
P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）
P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）
P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）
在該設(shè)計(jì)中，P1口與顯示屏相連，顯示出單片機(jī)做出的運(yùn)轉(zhuǎn)。
P2 口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。
在該設(shè)計(jì)中，P2口與輸出的繼電器相連，在整個(gè)系統(tǒng)中的作用就是作為輸出設(shè)備的存在。
P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。
端口引腳第二功能：
P3.0 RXD(串行輸入口)
P3.1 TXD(串行輸出口)
P3.2 INTO(外中斷0)
P3.3 INT1(外中斷1)
P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)
P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)
P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)
P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)
此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。
在該設(shè)計(jì)中，P3口作為輸入端存在，接受系統(tǒng)輸入的信號(hào)。
RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。
ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。
PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。
EA/VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平
（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。
XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。
XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。
AT89S52的管腳圖見圖3.3
AT89S52的工作方式
AT89S52的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。
（一）、復(fù)位方式
單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC和SFR的狀態(tài)。復(fù)位后，PC初始話為0000H，使單片機(jī)能從0000H開始執(zhí)行程序，故單片機(jī)除正常工作的程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作出錯(cuò)而導(dǎo)致死機(jī)時(shí)，需要復(fù)位鍵進(jìn)行重新啟動(dòng)，復(fù)位不影響RAM存放的內(nèi)容，因?yàn)閺?fù)位操作是在帶電的狀態(tài)下將程序存儲(chǔ)器的地址改變，而ALE和PSEN非在復(fù)位期間將輸出高電平。
RST是復(fù)位信號(hào)的輸入端，RST輸入一個(gè)有效的高電平舊能使系統(tǒng)復(fù)位，當(dāng)高電平持續(xù)24個(gè)振蕩脈沖周期的時(shí)候，單片機(jī)完成了復(fù)位的操作，假如晶振的頻率為6MHZ，則復(fù)位信號(hào)的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于4us。
復(fù)位可以是上電復(fù)位，按鍵手動(dòng)復(fù)位，和二者混合式。復(fù)位信號(hào)中的電阻和電容是為了保證RST斷能保證兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平來(lái)完成復(fù)位操作而特意設(shè)定的。
（二）、掉電和低功耗方式
人們往往在程序運(yùn)行中發(fā)生系統(tǒng)掉電的故障，使RAM和寄存器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失，使人們丟失珍貴的數(shù)據(jù)而束手無(wú)策，AT89S52有掉電保護(hù)功能，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進(jìn)行供電。
3．2．2 指紋識(shí)別設(shè)計(jì)在自動(dòng)存包柜的設(shè)計(jì)中輸入部分是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在這里我們需要檢測(cè)門的限位，檢測(cè)箱內(nèi)是否有物體，還有相應(yīng)的錄入密碼，并在顧客需要的時(shí)候檢測(cè)密碼，并自動(dòng)打開柜門。還需要顯示是否有空箱以及空箱的位置，來(lái)為顧客提供選擇。
（1） 指紋技術(shù)設(shè)計(jì)
指紋識(shí)別技術(shù)把一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來(lái)，通過(guò)比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。每個(gè)人（包括指紋在內(nèi)）皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，也就是說(shuō)，是唯一的，并且終生不變。依靠這種唯一性和穩(wěn)定性，我們才能創(chuàng)造指紋識(shí)別技術(shù)
指紋識(shí)別特征
總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征。包括紋形、模式區(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)和紋數(shù)等。
紋形
指紋專家在長(zhǎng)期實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)脊線的走向與分布情況一般將指紋分為三大類——環(huán)型（loop，又稱斗形）、弓形（arch）、螺旋形（whorl）。
模式區(qū)
即指紋上包括了總體特征的區(qū)域，從此區(qū)域就能夠分辨出指紋是屬于哪一種類型的。有的指紋識(shí)別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)，有的則使用所取得的完整指紋。
核心點(diǎn)
位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它在讀取指紋和比對(duì)指紋時(shí)作為參考點(diǎn)。許多算法是基于核心點(diǎn)的，即只能處理和識(shí)別具有核心點(diǎn)的指紋。
三角點(diǎn)
位于從核心點(diǎn)開始的第一個(gè)分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)，或者兩條紋路會(huì)聚處、孤立點(diǎn)、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)數(shù)跟蹤的開始之處。
紋數(shù)
即模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計(jì)算指紋的紋路時(shí)，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。
局部特征是指指紋上節(jié)點(diǎn)的特征，這些具有某種特征的節(jié)點(diǎn)稱為細(xì)節(jié)特征或特征點(diǎn)。
兩枚指紋經(jīng)常會(huì)具有相同的總體特征，但它們的細(xì)節(jié)特征，卻不可能完全相同。指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或轉(zhuǎn)折。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱為"特征點(diǎn)"，就是這些特征點(diǎn)提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息，其中最典型的是終結(jié)點(diǎn)和分叉點(diǎn)，其他還包括分歧點(diǎn)、孤立點(diǎn)、環(huán)點(diǎn)、短紋等。特征點(diǎn)的參數(shù)包括：方向（節(jié)點(diǎn)可以朝著一定的方向）、曲率（描述紋路方向改變的速度）、位置（節(jié)點(diǎn)的位置通過(guò)x/y坐標(biāo)來(lái)描述，可以是絕對(duì)的，也可以是相對(duì)于三角點(diǎn)或特征點(diǎn)的）。
指紋識(shí)別器的種類
感應(yīng)或讀取指紋有多種不同方式，其中電容式傳感技術(shù)的基本原理是，它根據(jù)活體手指——請(qǐng)注意“活體”一詞——表層上的電阻變化傳導(dǎo)指紋圖像。皮膚的表皮層，包括手指的表皮層的細(xì)胞是非活體的。剝掉非活體細(xì)胞的表皮層可以看到第一層活體皮膚細(xì)胞，這些皮膚細(xì)胞具有一定量電阻。它們還在皮膚表層上組成特定形狀——常見的指紋嵴線和溝。細(xì)胞中的特定電學(xué)品質(zhì)與細(xì)胞的排列方式這二者的結(jié)合使得皮膚表面的電阻能夠被測(cè)量到且其變化唯一。這就是電容式讀取器的工作方式——它首先讀取手指活體表皮的電阻變化，然后傳導(dǎo)顯示這些變化的手指圖。該圖看起來(lái)就像警察展示的標(biāo)準(zhǔn)指紋圖像。電阻變化圖稱作指紋圖像。產(chǎn)生指紋圖像后會(huì)對(duì)其進(jìn)行保存，或?qū)⑵渑c另一個(gè)指紋圖像進(jìn)行比較，以確定它們是否相同。
指紋識(shí)別器的種類：
光學(xué)。該技術(shù)實(shí)質(zhì)上是對(duì)手指表層進(jìn)行拍照。警察使用印臺(tái)獲取指紋，這是光纖圖像的一個(gè)示例。它是一種較早的數(shù)字技術(shù)。
紅外線。其測(cè)量手指的溫度。這一因素的使用之一是驗(yàn)證是否存在活體手指（死的或非常冷的手指不會(huì)通過(guò)驗(yàn)證）。
雷達(dá)。它是一種光學(xué)變異，可發(fā)射雷達(dá)能量并讀取從呈現(xiàn)的手指上反射的信號(hào)。通過(guò)雷達(dá)可構(gòu)建圖像并進(jìn)行比較。
激光。激光的種類有多種。一種是使用激光燈來(lái)讀取皮膚表層下的毛細(xì)血管。激光有多種優(yōu)勢(shì)。一種是您無(wú)法利用從玻璃等物體上盜取的指紋來(lái)以假亂真。它不會(huì)在意皮膚的外觀，只關(guān)注皮膚下毛細(xì)血管的排列。另一種是如果手指是死的（切斷的或仍在尸體上），毛細(xì)血管便會(huì)干癟（無(wú)心搏），傳感器根本不會(huì)傳導(dǎo)圖像。該技術(shù)非常昂貴。
綜上可以看出，光學(xué)類的指紋識(shí)別器（ZAZ-010-B）性價(jià)比最高，所以本次的設(shè)計(jì)采用光學(xué)指紋識(shí)別器。
指紋識(shí)別系統(tǒng)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、指紋采集部分、串口通信電路、外部存儲(chǔ)部分、開關(guān)按鈕，供電系統(tǒng)組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。
指紋識(shí)別系統(tǒng)單片機(jī)采用8051單片機(jī)，它是整個(gè)控制器的核心部件。MAX232作為接口芯片用于實(shí)現(xiàn)指紋傳感器串口的RS-232信號(hào)與8051串行口的TTL信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。電源部分包括DC+5V及保護(hù)電路。
基于單片機(jī)MCS-51的指紋識(shí)別系統(tǒng)是由8051處理器、68128RAM和EEPROM芯片等構(gòu)成，具有指紋錄入、圖像處理、指紋對(duì)比、搜索和模版儲(chǔ)存等功能的智能型模塊。它通過(guò)與之相配套的指紋傳感器，可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)，或作為一個(gè)完整的外部設(shè)備。
該系統(tǒng)控制的核心是單片機(jī)8051，因?yàn)橥ㄟ^(guò)比較DSP芯片，處理速度較快和存儲(chǔ)量較大，但性價(jià)比較低。而選取單片機(jī)MCS-51主要原因是功耗低、可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式�？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，128x8bit內(nèi)部RAM，能滿足設(shè)計(jì)要求。
指紋識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)典型的模式識(shí)別系統(tǒng)，包括指紋圖像獲取、處理、特征提取和比對(duì)等模塊。
通過(guò)指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后要對(duì)原始圖像進(jìn)行初步的處理，使之更清晰，再通過(guò)指紋辨識(shí)軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”（minutiae）的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有七種以上的唯一性特征。通過(guò)計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們0配結(jié)果。
指紋圖像獲取：通過(guò)專門的指紋采集儀可以采集活體指紋圖像。目前，指紋采集儀主要有活體光學(xué)式、電容式和壓感式。對(duì)于分辨率和采集面積等技術(shù)指標(biāo)，公安行業(yè)已經(jīng)形成了國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，但其他還缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)采集指紋面積大體可以分為滾動(dòng)捺印指紋和平面捺印指紋，公安行業(yè)普遍采用滾動(dòng)捺印指紋。另外，也可以通過(guò)掃描儀、數(shù)字相機(jī)等獲取指紋圖像。
指紋圖像壓縮：大容量的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)必須經(jīng)過(guò)壓縮后存儲(chǔ)，以減少存儲(chǔ)空間。主要方法包括JPEG、WSQ、EZW等。
指紋圖像處理：包括指紋區(qū)域檢測(cè)、圖像質(zhì)量判斷、方向圖和頻率估計(jì)、圖像增強(qiáng)、指紋圖像二值化和細(xì)化等。
紋型是指紋的基本分類，是按中心花紋和三角的基本形態(tài)劃分的。紋形從屬于型，以中心線的形狀定名。我國(guó)十指紋分析法將指紋分為三大類型，九種形態(tài)。一般，指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)將指紋分為弓形紋（弧形紋、帳形紋）、箕形紋（左箕、右箕）
斗形紋和雜形紋等。
圖3.5 指紋形態(tài)
指紋形態(tài)和細(xì)節(jié)特征提�。褐讣y形態(tài)特征包括中心（上、下）和三角點(diǎn)（左、右）等，指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)主要包括紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)。
指紋比對(duì)：可以根據(jù)指紋的紋形進(jìn)行粗匹配，進(jìn)而利用指紋形態(tài)和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行精確匹配，給出兩枚指紋的相似性得分。根據(jù)應(yīng)用的不同，對(duì)指紋的相似性得分進(jìn)行排序或給出是否為同一指紋的判決結(jié)果。
當(dāng)指紋傳感器收到指紋信息，將通過(guò)串口給單片機(jī)發(fā)送命令，單片機(jī)同意并接收相應(yīng)的信息，指紋傳感器采集的指紋轉(zhuǎn)換成RGB格式，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)通過(guò)存儲(chǔ)在EEPROM中的固化程序執(zhí)行大量的模式識(shí)別和圖像處理相關(guān)計(jì)算，當(dāng)用戶的指紋被確認(rèn)，單片機(jī)將命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開關(guān)開。
AT89S52系列單片機(jī)采用的是HMOS工藝：高速度、高密度；
AT89S52系列單片機(jī)采用的是CHMOS工藝：高速度、高密度、低功耗；
也就是說(shuō)AT89S52單片機(jī)是一種低功耗單片機(jī)。
本系統(tǒng)采用AT89S52作為指紋識(shí)別系統(tǒng)的核心處理器，使用單片機(jī)內(nèi)部的4K程序存儲(chǔ)器，接+5V電源。
復(fù)位電路則采用簡(jiǎn)單RC復(fù)位電路，同時(shí)又可與一些需要復(fù)位的外圍電路相連，達(dá)到復(fù)位與單片機(jī)同步。
/EA/Vpp為訪問(wèn)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào).由于AT89S52單片機(jī)有4K的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，又外接了128Kx8的EEPROM存儲(chǔ)器，故該引腳必須接+5V高電平./PSEN為外部程序存儲(chǔ)器讀選通控制信號(hào).此電路中無(wú)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器.故該腳懸空.
串口通信接口設(shè)計(jì)采用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL與RS-232的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信。
（2） 箱柜感應(yīng)設(shè)計(jì)
光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。
光電開關(guān)的工作原理
光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見光的紅外線光波型。德國(guó)SICK公司的部分光電開關(guān)的外型如圖3.5。
圖3.6 部分光電開關(guān)外形
光電開關(guān)的分類
①漫反射式光電開關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。
②鏡反射式光電開關(guān)：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。
③對(duì)射式光電開關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開關(guān)是最可靠的檢測(cè)裝置。
④槽式光電開關(guān)：它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號(hào)。槽式光電開關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。
⑤光纖式光電開關(guān)：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來(lái)引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。
它們的工作光線示意圖如圖3.7所示。
圖 3.7 各種光電開關(guān)的示意圖
光電開關(guān)的使用注意事項(xiàng)
①紅外線傳感器屬漫反射型的產(chǎn)品，所采用的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體為平面的白色畫紙。
②紅外線光電開關(guān)在環(huán)境照度高的情況下都能穩(wěn)定工作，但原則上應(yīng)回避將傳感器光軸正對(duì)太陽(yáng)光等強(qiáng)光源。
③對(duì)射式光電開關(guān)最小可檢測(cè)寬度為該種光電開關(guān)透鏡寬度的80%。
④當(dāng)使用感性負(fù)載（如燈、電動(dòng)機(jī)等）時(shí)，其瞬態(tài)沖擊電流較大，可能劣化或損壞交流二線的光電開關(guān)，在這種情況下，請(qǐng)將負(fù)載經(jīng)過(guò)交流繼電器來(lái)轉(zhuǎn)換使用。
⑤紅外線光電開關(guān)的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學(xué)品，以免永久損壞塑料鏡。
⑥針對(duì)用戶的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場(chǎng)合，所生產(chǎn)的光電開關(guān)在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應(yīng)在長(zhǎng)期使用中延長(zhǎng)光電開關(guān)維護(hù)周期的要求。
⑦產(chǎn)品均為SMD工藝生產(chǎn)制造，并經(jīng)嚴(yán)格的測(cè)試合格后才出廠，在一般情況下使用均不會(huì)出現(xiàn)損壞。為了避免意外性發(fā)生，請(qǐng)用戶在接通電源前檢查接線是否正確，核定電壓是否為額定值。
這本設(shè)計(jì)中我們需要對(duì)存包柜中進(jìn)行檢測(cè)，并且實(shí)時(shí)顯示無(wú)物的箱號(hào)，顧客門沒(méi)有關(guān)靠的時(shí)候發(fā)出報(bào)警，所以我們選用漫反射式光電開關(guān)。
我們選取FR12-40型，它的工作參數(shù)如下：
1.工作電壓: 5 - 12V.
2.動(dòng)態(tài)工作電流:5-20mA.
3.最大輸出電流10mA.
4.12V供電時(shí)有效控制距離最大為3.5米.
5.外型尺寸:21x68x37mm
（3） 限位開關(guān)介紹
限位開關(guān)可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的位置來(lái)切換電路。工作時(shí)由擋塊和限位開關(guān)的輪子或觸桿相撞使限位開關(guān)的觸點(diǎn)接通或斷開，常用于控制運(yùn)動(dòng)部件的方向、行程長(zhǎng)短、位置。還可以用來(lái)檢測(cè)開關(guān)物體是否閉合。我們使用LJ-DFJ型限位開關(guān)，它的特點(diǎn)是：
1、單棒式探頭，工作穩(wěn)定，感度好。
2、不受測(cè)定物性質(zhì)的影響，安裝后無(wú)須調(diào)整，即可穩(wěn)定投入使用
3、采用壓電元件內(nèi)置于棒體和厚管壁的不銹鋼管的探頭，消振管僅9mm長(zhǎng)（同類比為最短），抗重荷、安全可靠、壽命長(zhǎng)。
4、依據(jù)所測(cè)定對(duì)象不同，可調(diào)整測(cè)定感度（高、中、低）
5、使用15A大容量接點(diǎn)繼電器開關(guān)，可直接實(shí)行對(duì)電機(jī)控制。
（4） 鍵盤、顯示器接口電路
該系統(tǒng)中鍵盤的主要功能是用于顧客選擇適當(dāng)?shù)墓駚?lái)存包，這里我們用普通的按鍵開關(guān)，用4個(gè)按鍵來(lái)控制4個(gè)柜門的關(guān)閉，然后一個(gè)按鍵為存包鍵，一個(gè)為取包鍵，最后一個(gè)為復(fù)位鍵。剩下的一個(gè)為整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)。如圖3.8
圖3.8 鍵盤設(shè)計(jì)
3．2．3 輸出電路設(shè)計(jì) 在輸出電路中包含了顯示部分，驅(qū)動(dòng)部分，報(bào)警部分，下面詳細(xì)介紹各部分的功能及工作過(guò)程。
（1） 顯示部分設(shè)計(jì)
隨著儀器、儀表智能化、多功能化的要求，液晶顯示器以其體積小、功耗低、接口方便等優(yōu)點(diǎn)在顯示器市場(chǎng)中脫穎而出，取代了傳統(tǒng)的LED、CRT等顯示方式而成為現(xiàn)代顯示技術(shù)發(fā)展的主流。
系統(tǒng)采用液晶顯示器（LCD），液晶顯示器是一種被動(dòng)式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能改變光線通過(guò)方向的特性，而達(dá)到白底黑字或者黑底白字顯示的目的。液晶顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中作為輸出器被廣泛使用有以下原因：
- 顯示質(zhì)量高
- 數(shù)字接口
- 體積小、重量輕
- 功率消耗小
LCD的顯示原理：
在LCD顯示器的上下兩電極間加有液晶材料，液晶分子呈平行排列，具有旋光性，平時(shí)呈透明態(tài)，當(dāng)上下電極間加上一定電壓時(shí)，液晶分子轉(zhuǎn)成垂直排列，失去旋光性而呈黑色。
LCD顯示分為筆段型、點(diǎn)陣字符型、點(diǎn)陣圖形型。本設(shè)計(jì)采用點(diǎn)陣字式LCD顯示器。要使用本顯示器，必須有相應(yīng)的LCD控制器，驅(qū)動(dòng)器來(lái)對(duì)LCD顯示器進(jìn)行掃描、驅(qū)動(dòng)，以及一定空間的ROM和RAM來(lái)存儲(chǔ)寫入的命令和顯示字符的點(diǎn)陣�，F(xiàn)在人們已經(jīng)將LCD控制器、驅(qū)動(dòng)器、RAM、ROM和LCD顯示器用PCB連接到一起，稱為液晶顯示模塊LCM（LCD Module）。使用者只要想LCM送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)所需要的顯示，這種模塊與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，使用靈活方便。
在這里我們選用LCM045型號(hào)顯示器，它的基本結(jié)構(gòu)如下：
（1）液晶板
在液晶板上排列著若干5×10點(diǎn)陣的字符顯示位，沒(méi)個(gè)顯示位可以顯示1個(gè)字符。
（2）模塊電路
模塊電路是由控制器HD44780、驅(qū)動(dòng)器HD44100及幾個(gè)電阻電容組成的。HD44100是擴(kuò)展顯示字符位用的。PCB上有14個(gè)引腳，其中有8條數(shù)據(jù)線，3條控制線，其功能見下表可以很容易的很8031相接（如圖3.1）通過(guò)送入數(shù)據(jù)和指令可以對(duì)顯示方式和顯示內(nèi)容做出選擇。
（3）驅(qū)動(dòng)器和控制器
驅(qū)動(dòng)器HD44100是用低功耗CMOS技術(shù)制造的大規(guī)模LCD驅(qū)動(dòng)IC。它即可以當(dāng)行驅(qū)動(dòng)，也可以當(dāng)列驅(qū)動(dòng)，由20×2bit二進(jìn)制移位寄存器、20×2bit數(shù)據(jù)寄存器和20×2bit驅(qū)動(dòng)器組成。
表3.1 引線功能
LCD控制器HD44780是用低功耗CMOS技術(shù)制造的大規(guī)模模點(diǎn)陣LCD控制器（兼帶驅(qū)動(dòng)器）和4位/8位微處理器相連，它能使點(diǎn)陣LCD顯示大小寫英文字母，數(shù)字和符號(hào)。應(yīng)用HD44780，用戶能用少量元件就可以組成一個(gè)完整點(diǎn)陣LCD系統(tǒng)。
圖3.9 LCD與單片機(jī)連接圖
（2） 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
存包柜由若干個(gè)獨(dú)立分隔的鐵殼箱體組成。每個(gè)箱體的門都是由一個(gè)電磁線圈控制的，當(dāng)單片機(jī)接受到密碼檢測(cè)信號(hào)，并且密碼正確，就會(huì)給電磁線圈一個(gè)信號(hào)使電磁線圈的電，吸動(dòng)鎖扣，箱門就自動(dòng)打開。當(dāng)箱門關(guān)閉的時(shí)候，鎖扣被推上，箱門就可靠的鎖住。在這里我們使用DSN-Y電磁鎖。
DSN型電磁鎖的結(jié)構(gòu)原理：
DSN電磁縮是由電氣和機(jī)械兩部組成。電氣部分：開鎖指示燈、電源按鈕、電磁鐵線圈。機(jī)械部分：外殼、鎖栓、復(fù)位彈簧、開鎖鈕、解鎖機(jī)構(gòu)、電磁鐵機(jī)構(gòu)。它的接線原理圖如圖3.10
圖 3.10電磁鎖接線原理圖
工作原理：
H（開鎖指示燈） R（限流電阻） S（電源按鈕）L（電磁鐵線圈） KA（閉鎖接點(diǎn)）
當(dāng)閉鎖接點(diǎn)接通后，按下電源按鈕，指示燈亮，電磁鐵的線圈通電，鐵芯往下吸解除鎖栓受控，用手撥動(dòng)開鎖鈕帶動(dòng)鎖栓即可開鎖。完成上述開鎖合，鎖栓自動(dòng)復(fù)位并保持鎖定位置。當(dāng)閉鎖接點(diǎn)不接通，則不能開鎖。在特殊情況下，如電磁鐵失壓（無(wú)電源）或應(yīng)急解鎖可用專用鎖匙實(shí)現(xiàn)開鎖。驅(qū)動(dòng)電路連接圖如圖3.19
圖3.11 電磁鎖驅(qū)動(dòng)電路
（3） 報(bào)警電路設(shè)計(jì)
顧客在存包的時(shí)候很容易出現(xiàn)存完包或則是取完包忘記關(guān)門的現(xiàn)象，我們?cè)谶@里設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)報(bào)警裝置，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提醒顧客關(guān)好柜門。LM555是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的時(shí)基電路。我國(guó)和世界各大集成電路生產(chǎn)商均有同類產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一種通用集成電路。LM555功能強(qiáng)大、使用靈活、適用范圍寬，可用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)，被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中。
LM555 時(shí)基電路有雙極型和 CMOS 型兩種。LM555屬于雙極型。優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大，驅(qū)動(dòng)電流達(dá) 200mA。而另一種 CMOS 型的優(yōu)點(diǎn)是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高，但輸出功率要小得多，輸出驅(qū)動(dòng)電流只有幾毫安。
LM555的引腳圖如圖3.12
圖3.12 LM555引腳圖
電路特點(diǎn)
LM555 時(shí)基電路內(nèi)部由分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等組成，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。其中
6 腳為閥值端（TH），是上比較器的輸入。
2 腳為觸發(fā)端（TR），是下比較器的輸入。
3 腳為輸出端（OUT），有 0 和 1 兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)由輸入端所加的電平?jīng)Q定。
7 腳為放電端（DIS），是內(nèi)部放電管的輸出，它有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定。
4 腳為復(fù)位端（R），叫上低電平（< 0.3V）時(shí)可使輸出端為低電平。
5 腳為控制電壓端(CV )，可以用它來(lái)改變上下觸發(fā)電平值。
8 腳為電源（VCC），1 腳為地（GND）。
這個(gè)特殊的 R-S 觸發(fā)器有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低：置零端 R 即閥值端 TH 要求高電平，而置位端 S 即觸發(fā)端 TR 則要求低電平。（2）兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平，也就是使它們翻轉(zhuǎn)的閥值電壓值也不同，當(dāng)CV 端不接控制電壓是，對(duì) TH（R） 端來(lái)講，> 2/3VCC 是高電平 1，< 2/3VCC 是低電平 0；而對(duì) TR（S）端來(lái)講，> 1/3VCC 是高電平 1，< 1/3VCC 是低電平 0。如果在控制端 CV 加上控制電壓 VC，這時(shí)上觸發(fā)電平就變成 VC 值，而下觸發(fā)電平則變成 1/2VC�？梢姼淖兛刂贫说目刂齐妷褐悼梢愿淖兩舷掠|發(fā)電平值。
（4） 開箱電路設(shè)計(jì)
開箱控制電路功能用來(lái)打開箱鎖。該系統(tǒng)共控制4個(gè)存包柜，其中使用了AT89S52的P2.0-P2.3接線口作為輸出，輸出信號(hào)經(jīng)三極管放大后驅(qū)動(dòng)電磁鎖動(dòng)作，從而將箱鎖打開。同時(shí)在箱的門沿上還裝有限位開關(guān)，并用燈來(lái)顯示門的閉合與否。并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候來(lái)進(jìn)行報(bào)警，并用燈來(lái)顯示提醒顧客關(guān)好柜門。如圖3.14
圖3.14 箱柜設(shè)計(jì)圖
電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。
只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。
磁簧繼電器是以線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)將磁簧管作動(dòng)之繼電器，
為一種線圈傳感裝置。因此磁簧繼電器之特征、小型尺寸、輕量、反應(yīng)速度快、短跳動(dòng)時(shí)間等特性。
當(dāng)整塊鐵磁金屬或者其它導(dǎo)磁物質(zhì)與之靠近的時(shí)候，發(fā)生動(dòng)作，開通或者閉合電路。由永久磁鐵和干簧管組成。永久磁鐵、干簧管固定在一個(gè)不導(dǎo)磁也不帶有磁性的支架上。以永久磁鐵的南北極的連線為軸線，這個(gè)軸線應(yīng)該與干簧管的軸線重合或者基本重合。由遠(yuǎn)及近的調(diào)整永久磁鐵與干簧管之間的距離，當(dāng)干簧管剛好發(fā)生動(dòng)作（對(duì)于常開的干簧管，變?yōu)殚]合；對(duì)于常閉的干簧管，變?yōu)閿嚅_）時(shí)，將磁鐵的位置固定下來(lái)。這時(shí)，當(dāng)有整塊導(dǎo)磁材料，例如鐵板同時(shí)靠近磁鐵和干簧管時(shí)，干簧管會(huì)再次發(fā)生動(dòng)作，恢復(fù)到?jīng)]有磁場(chǎng)作用時(shí)的狀態(tài)；當(dāng)該鐵板離開時(shí)，干簧管即發(fā)生相反方向的動(dòng)作。磁簧繼電器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，觸點(diǎn)為密封狀態(tài)，耐用性高，可以作為機(jī)械設(shè)備的位置限制開關(guān)，也可以用以探測(cè)鐵制門、窗等是否在指定位置。
3. 3 整體電路圖
圖3.15 整體電路圖
第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為了使本系統(tǒng)的整個(gè)程序清晰明白，便于調(diào)試和修改，程序設(shè)計(jì)時(shí)把系統(tǒng)的各種功能分為若干部分，對(duì)于每一部分功能編制相對(duì)獨(dú)立的程序塊，各程序在運(yùn)行的時(shí)候各負(fù)其責(zé)。
4．1 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)該模塊的功能包括顯示的初始化，判斷是否有空箱，鍵盤掃描，密碼掃描等功能。
主要核心器件有：AT89C51，打印機(jī)，條形碼掃描系統(tǒng)，光電開關(guān)，電磁閥等。
主程序模塊
該模塊的功能包括顯示的初始化，判斷是否有空箱，鍵盤掃描，密碼掃描等功能。
以使用者指紋作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機(jī)器會(huì)把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下，同時(shí)自動(dòng)打開該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤中的“取”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，寄存柜將指紋數(shù)據(jù)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、指紋以備查詢）
本次設(shè)計(jì)的流程圖如圖4.1.軟件模擬程序?yàn)椋紫认葯z測(cè)所有的空箱數(shù)目，然后根據(jù)按鍵判斷狀態(tài)是要存包還是取包，如果是取包的話，就輸入密碼，然后將包存入箱柜內(nèi)，然后關(guān)門，系統(tǒng)檢測(cè)是否關(guān)門，如果是的話則進(jìn)行下一步，否則提示未關(guān)門。如果是取包的時(shí)候，輸入密碼后，驗(yàn)證密碼的正確與否，正確的話就看箱柜是否關(guān)門，否則提示箱柜未關(guān)門。
圖4.1 主程序流程圖
4．2 系統(tǒng)軟件各部分設(shè)計(jì)4．2．1鍵輸入程序設(shè)計(jì)鍵盤采用掃描工作方式,輸入程序功能有以下4個(gè)方面：
（1）判斷鍵盤上有無(wú)鍵閉合，其方法為掃描口PA0～7輸出全“0”，讀PC口的狀態(tài)，若PC0～3為全“1”（鍵盤上行線全為高電平）則鍵盤上沒(méi)有閉合鍵若PC0～3不全為“1”，則有鍵處于閉合狀態(tài)。
（2）去除鍵的機(jī)械抖動(dòng)，其方法為判斷出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時(shí)間再判別鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認(rèn)為鍵上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認(rèn)為是鍵的抖動(dòng)。
（3）判別鍵閉合的鍵號(hào)，方法對(duì)鍵盤的列線進(jìn)行掃描，掃描口PA0～7依次
表4.1 按鍵圖
輸出：
相應(yīng)的依次讀PC口的狀態(tài)，若PC0～3為全“1”則列線為“0”的這一列上沒(méi)有鍵閉合。閉合鍵的鍵號(hào)等于為低電平的列號(hào)加上為低電平的行的首鍵號(hào)。
（4）使CPU對(duì)鍵的一次閉合僅做一次處理，采用的方法為等待閉合鍵釋放后在作處理。流程圖見4.2
4．2．2 驅(qū)動(dòng)電路程序設(shè)計(jì) 繼電器板負(fù)責(zé)自動(dòng)存包柜的開箱控制，利用紅外線檢測(cè)箱內(nèi)是否有物體，并將狀態(tài)信息上傳到主機(jī)板，做為下一次分配箱時(shí)的依據(jù)。繼電器接受主機(jī)板下達(dá)的命令，根據(jù)主機(jī)指令的箱號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器開門，同時(shí)檢測(cè)門限位開關(guān)的信號(hào)，確定門是否開啟。流程圖見圖4.3
圖4.2 鍵盤輸入子程序流程圖
第5章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試自動(dòng)存包柜電路包括四大部分：指紋輸入部分，箱柜部分，顯示部分已經(jīng)單片機(jī)部分，將他們?cè)谝粡埌迳戏藕�，然后通過(guò)設(shè)計(jì)出來(lái)的原理圖對(duì)這四個(gè)部分依次的焊接，使其成功的出現(xiàn)在同一張板上。如圖5.1
圖5.2 連線圖
1、首先是焊接的順序問(wèn)題。當(dāng)初板子做好以后，我一口氣就把所有的元件焊上去了，這樣對(duì)于沒(méi)有調(diào)試過(guò)的板子，就很難找到原因。所以焊接的順序很重要，應(yīng)該是應(yīng)該按功能劃分的器件進(jìn)行焊接，順序是功能部件的焊接--調(diào)試(OK)--另一功能部件的焊接，這樣容易找到問(wèn)題的所在。
2、如果在調(diào)試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問(wèn)題，可以按以下步驟進(jìn)行：
1）檢查原理圖連接是否正確
2）檢查原理圖與PCB圖是否一致
3）檢查原理圖與器件的DATASHEET上引腳是否一致
4）用萬(wàn)用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象
5）查詢器件的DATASHEET，分析一下時(shí)序是否一致，同時(shí)分析一下命令字是否正確（注意，命令字的順序很重要，前些日子調(diào)試INTEL e28F640這款flash是的時(shí)候，在對(duì)其擦除和寫操作的時(shí)候，就碰到了這樣的問(wèn)題）
6）有條件的可以用示波器。如我就是通過(guò)示波器對(duì)SRAM各個(gè)引腳進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)地址線都是有信號(hào)的，而數(shù)據(jù)線無(wú)信號(hào)出現(xiàn)，才找到問(wèn)題所在。
7）飛線。用別的的口線進(jìn)行控制，看看能不能對(duì)其進(jìn)行正常操作，多試驗(yàn)，才能找到問(wèn)題出現(xiàn)在什么地方。
5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試第一步：建立工程項(xiàng)目文件
雙擊桌面軟件快捷圖標(biāo)
第二步：建立源文件
在界面中打開文件下拉菜單，在打開的選項(xiàng)中點(diǎn)“新建”，產(chǎn)生一個(gè)新建空白文件。在新建空白文件中輸入源程序文件
圖5.3 程序軟件圖
在確認(rèn)源程序無(wú)錯(cuò)時(shí)點(diǎn)保存，這時(shí)界面上彈出提示“另存為”菜單，選擇好保存路徑，也就是剛才保存建立工程項(xiàng)目文件的目錄路徑，輸入文件名，如y2.asm（要有后綴，匯編程序是*.asm），然后點(diǎn)擊保存。
這時(shí)僅僅是完成了匯編程序的建立而已，但y2.asm匯編程序與y2.Uv2工程項(xiàng)目文件現(xiàn)在還沒(méi)建立任何關(guān)系，此時(shí)應(yīng)把y2.asm源程序文件添加到y(tǒng)2.Uv2工程中，構(gòu)成一個(gè)完整的工程項(xiàng)目。
第三步：將源程序文件添加到工程項(xiàng)目中
在左側(cè)Project Windows窗口內(nèi)右擊 Source Group1，在彈出下拉菜單中選種 Add Files to Group‘Source Group1’(向工程中添加源文件)命令，
在彈出的菜單欄中點(diǎn)文件類型一欄下拉菜單，選Asm Source Files（*.a*:*.src:*.a*）即（匯編程序），文件框中選擇將剛才創(chuàng)建的源程序文件y2.asm然后點(diǎn)Add,這時(shí)在文件名框后出現(xiàn)剛才選中y2.asm文件，在點(diǎn)擊CLOSE完成源程序文件向工程項(xiàng)目的添加。
第四步：為添加到工程項(xiàng)目的程序文件進(jìn)行編譯和鏈接
在界面上點(diǎn)工程(Project)選項(xiàng)，在下拉菜單中選擇(Options For Target ‘Target ‘)，命令為目標(biāo)設(shè)置工具選項(xiàng)。
在“目標(biāo)”（Target）選項(xiàng)卡片外代碼內(nèi)存，片外Xdata內(nèi)存都為空白。 在“輸出”選項(xiàng)卡中選擇創(chuàng)建HEX文件。在“C51”選項(xiàng)卡上勾選中斷向量在0X0000。
在“調(diào)試”（Debug）選項(xiàng)卡選擇使用模擬仿真，對(duì)于匯編程序不需要勾選運(yùn)行到，然后點(diǎn)確定其余選項(xiàng)卡內(nèi)容則不需要改變?cè)O(shè)置。在打開工程（Project）下拉菜單，選擇創(chuàng)建目標(biāo)（Build target）點(diǎn)擊左鍵。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)“編譯正確”，無(wú)錯(cuò)誤，無(wú)警告提示。
（如果在建立工程項(xiàng)目在提示’Y’或’N’時(shí)，選中了‘Y’，在創(chuàng)建目標(biāo)時(shí)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)如下3個(gè)警告提示，但不影響影響程序運(yùn)行）。
圖5.4 系統(tǒng)面板
接下來(lái)選擇重建全部目標(biāo)文件（Rebuild all target files）命令，對(duì)項(xiàng)目工程文件進(jìn)行重新編譯，鏈接，此后會(huì)出現(xiàn)提示，“編譯正確，鏈接成功”，提示。（如果在前邊建立工程項(xiàng)目在提示’Y’或’N’時(shí)，選中了‘Y’，在創(chuàng)建目標(biāo)時(shí)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)如下3個(gè)警告提示，但不影響程序運(yùn)行。也可以省去上一步“創(chuàng)建目標(biāo)”，直接運(yùn)行這一步即可）。
接下來(lái)打開調(diào)試下拉菜單，選擇Start/Step Debug Session Crtl+F5，進(jìn)行調(diào)試，也就是將程序下載到仿真器里，然后可以進(jìn)行運(yùn)行程序。
運(yùn)行程序有全速運(yùn)行，單步跟蹤運(yùn)行，單步運(yùn)行，執(zhí)行返回。在這里選用單步運(yùn)行命令運(yùn)行程序，每執(zhí)行一次此命令，是以語(yǔ)句為基本執(zhí)行單元，但指令用黃色箭頭標(biāo)出，每執(zhí)行一步箭頭都會(huì)移動(dòng)，執(zhí)行過(guò)的指令呈現(xiàn)綠色。
在右下角內(nèi)存視窗輸入的D:0X0050可以看到50H~59H單元被寫入的數(shù)據(jù)，同時(shí)左側(cè)。
Project Windows窗口內(nèi)可以看到相關(guān)寄存器的變化。
選擇調(diào)試下拉菜單可以點(diǎn)Start/Step Debug Session Crtl+F5則停止調(diào)試。
5.3 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試
1. 開啟箱柜，插上電源，提示空余的箱柜為4個(gè)
圖5.5 開啟系統(tǒng)
2. 按下存包鍵，提示要求輸入指紋
圖5.6 請(qǐng)輸入指紋
3. 輸入一次指紋后提醒再次輸入，確認(rèn)指紋信號(hào)
圖5.7 再次輸入
4.兩次輸入正確后會(huì)打開一個(gè)箱柜，并提示隨手關(guān)門
圖5.8 箱柜開啟
5.關(guān)門后顯示剩余箱柜
圖5.9 剩余箱柜數(shù)
6.取包時(shí)按下取包鍵提示輸入指紋
7.指紋輸入正確后打開箱柜，并提示隨手關(guān)門
圖5.10 請(qǐng)隨手關(guān)門
8.關(guān)門后顯示剩余的空箱數(shù)，然后重復(fù)上述的步驟。
總 結(jié)在大學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是我們步入社會(huì)參與實(shí)際項(xiàng)目的規(guī)劃建設(shè)的一次極好的演示.畢業(yè)設(shè)計(jì)是四年學(xué)習(xí)的總結(jié)和提高，和做科研開發(fā)工作一樣，要有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。畢業(yè)設(shè)計(jì)有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，能反映出作者所具有的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和分析解決問(wèn)題的能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來(lái)工作重要的一步。從最初的選題，開題到分析制作直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改方案，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，盡可能多的閱讀文獻(xiàn)資料是很重要的，一方面是為畢業(yè)設(shè)計(jì)做技術(shù)準(zhǔn)備，另一方面是學(xué)習(xí)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的方法。一次優(yōu)秀的設(shè)計(jì)對(duì)啟發(fā)我們的思維，掌握設(shè)計(jì)的規(guī)范、流程、具體操作都很有幫助。
我設(shè)計(jì)的是自動(dòng)存包系統(tǒng)，我的設(shè)計(jì)方案是采用AT89S52單片機(jī)做控制器，可以同時(shí)管理四個(gè)存包柜。柜門鎖是由繼電器控制，當(dāng)顧客需要存包的時(shí)候，可以自行到存包柜前按“開門”鍵，需要顧客向光學(xué)指紋識(shí)別系統(tǒng)輸入個(gè)指紋，然后通過(guò)繼電器進(jìn)行開門（用亮燈表示），顧客即可存包，并需將柜門關(guān)上。當(dāng)顧客需要取包時(shí)，要將只要將之前輸入的指紋放置于指紋識(shí)別器前方，指紋識(shí)別器采集到指紋信息輸出相應(yīng)的高低電平信號(hào)傳給單片機(jī)，系統(tǒng)比較密碼一致后，發(fā)出開箱信號(hào)至繼電器將柜門打開，顧客即可將包取出。
我覺得我設(shè)計(jì)的這個(gè)課題，優(yōu)點(diǎn)在于比現(xiàn)在市面上的存包系統(tǒng)更加的實(shí)用，更加的方便，而我覺得能夠改進(jìn)的地方是指紋識(shí)別系統(tǒng)的辨識(shí)度，精確度。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料的不了解，對(duì)具體設(shè)計(jì)涉及到的規(guī)范要求的不熟悉等等，需要在做的過(guò)程中需要去不斷的翻閱相關(guān)的資料和書籍，這降低了自己的速度和設(shè)計(jì)的進(jìn)程，但這個(gè)過(guò)程對(duì)我來(lái)說(shuō)是對(duì)自己知識(shí)的不足處的一個(gè)很好的補(bǔ)充和對(duì)已學(xué)過(guò)知識(shí)的一個(gè)鞏固。這個(gè)過(guò)程雖然是有一定的難度但還是通過(guò)自己的慢慢的摸索和老師的指導(dǎo)下從熟悉到上手，經(jīng)過(guò)這次努力對(duì)自己的信心很好的提高。通過(guò)這樣的一個(gè)自己從開始到結(jié)束全程自己參與的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)對(duì)知識(shí)的了解和掌握是純理論的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的效果。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己 成為一個(gè)可以參與工作能獨(dú)立完成設(shè)計(jì)的人。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我做的基于單片機(jī)的自動(dòng)存包系統(tǒng)。首先查找了很多的資料，對(duì)于各類的文獻(xiàn)進(jìn)行收集，然后用了一個(gè)星期對(duì)總的資料進(jìn)行整理和刪選，選擇對(duì)自己設(shè)計(jì)有用的資料匯編成冊(cè)作為后期設(shè)計(jì)的輔助資料參考和借鑒。接下來(lái)的幾個(gè)星期指導(dǎo)老師給了我們具體的要求與任務(wù)，并指導(dǎo)我們具體的設(shè)計(jì)工作流程。通過(guò)對(duì)前期詳細(xì)的分析使自己蠻快的有了自己設(shè)計(jì)的思路，規(guī)劃設(shè)計(jì)出了自己的方案，然后和老師的交流進(jìn)行改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)的不足。通過(guò)幾輪的修改以及老師的交流使自己慢慢的完善自己的設(shè)計(jì)方案。接下去的幾周是對(duì)原理圖的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)上還是比較輕松，掌握起來(lái)比較自如。然后就是購(gòu)買所需的零件，對(duì)照總圖進(jìn)行焊接，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試。最后一周是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的總結(jié)。通過(guò)這規(guī)劃也讓自己明白了以前做的設(shè)計(jì)過(guò)于理想化，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)現(xiàn)狀和現(xiàn)實(shí)的根據(jù)太少，很多都是按照自己的理想去做，而實(shí)際的設(shè)計(jì)更多的是從現(xiàn)狀和現(xiàn)實(shí)出發(fā) 使規(guī)劃更合理、更實(shí)用、更有發(fā)展。
整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，指導(dǎo)教師認(rèn)真嚴(yán)格的要求我們，我們因?yàn)槭仟?dú)立的完成一個(gè)設(shè)計(jì)，需要老師的指導(dǎo)，我們認(rèn)真的聽取老師的意見，同時(shí)也發(fā)表自己對(duì)方案的見解，每一個(gè)星期我與指導(dǎo)老師都會(huì)見一次面，這樣我們可以很好的交換意見，更好的完善方案。我們嚴(yán)格按照學(xué)校的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量進(jìn)行討論并確定，指導(dǎo)來(lái)時(shí)非常并注重對(duì)我解決實(shí)際工作問(wèn)題的能力、獨(dú)立查閱文獻(xiàn)能力、計(jì)算機(jī)及軟件應(yīng)用能力等的培養(yǎng)。指導(dǎo)王老師平時(shí)加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的輔導(dǎo)，我們還可隨時(shí)找老師進(jìn)行答疑，老師為方便我們聯(lián)系，把電話號(hào)碼和Email地址留給了我們，如果有什么事就可以及時(shí)得到解決，這樣問(wèn)題不致堆積、也不會(huì)因此拖了進(jìn)度。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，如果沒(méi)有老師的細(xì)心指導(dǎo)，而是自己一個(gè)人獨(dú)自做設(shè)計(jì)，也不與任何人交流，這是完全不行的，設(shè)計(jì)其實(shí)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，如果不能與他人進(jìn)行良好的溝通與交流，做出的設(shè)計(jì)也只是只有自己一個(gè)人會(huì)欣賞，而別人卻不一定會(huì)認(rèn)可你的設(shè)計(jì)，所以在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我懂得了一個(gè)道理，團(tuán)結(jié)得力量，只有更好得與他人，進(jìn)行溝通與交流，吸取別人的建議，工作才會(huì)更加的順利。
我們?nèi)繉W(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)都是十分重視的，也不會(huì)因?yàn)橛幸夜ぷ鞫涎舆M(jìn)度的，老師對(duì)我能認(rèn)真對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也較滿意。設(shè)計(jì)期間，我們自覺獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，有問(wèn)題時(shí)學(xué)生之間會(huì)進(jìn)行討論、爭(zhēng)論，師生之間也常進(jìn)行研討，通過(guò)這種方式，我們覺得收獲很大。我們經(jīng)常能夠主動(dòng)走進(jìn)圖書館查閱有關(guān)資料，與其他同學(xué)進(jìn)行資料的討論。我通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，普遍感到自己應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)解決問(wèn)題的能力有了很大的提高，以前所學(xué)的許多課程覺得很零散，也不知道有什么用及怎么用，現(xiàn)在也都找到了用武之地。今后走上社會(huì)，我主要還是靠在學(xué)校學(xué)到的只是技能來(lái)養(yǎng)活自己，并回報(bào)社會(huì)，回報(bào)父母，所以通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也了解到了自己的很多不足，在今后的工作與學(xué)習(xí)中，我會(huì)不斷的提高與改進(jìn)。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我收獲良多，獲得了許多珍貴的知識(shí)，學(xué)到了在許多書本上不可能收錄的東西。
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致 謝值此論文完成之際，首先感謝我的指導(dǎo)老師王玉杰老師在論文完成過(guò)程中給予我的幫助和鼓勵(lì)。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我學(xué)到了許多知識(shí)，其中認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是，堅(jiān)持不懈是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，會(huì)對(duì)我未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。也為將來(lái)的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。
當(dāng)我初涉設(shè)計(jì)時(shí)，各種問(wèn)題層出不窮，后來(lái)就慢慢的進(jìn)入了狀態(tài)，思路也逐漸的清晰了，歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕�；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。
最后再次對(duì)所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示感謝。
附 錄附錄1
單片機(jī)源程序如下:
[復(fù)制鏈接]
