单片机0402 超市自动存储柜系统设计

摘要

本设计为一种超市储物柜的方便实用的解决方案，超市储物柜系统具有自动存储、语音报警提示和数字显示等功能。该系统具有保密性好、密码编码多样、随机打开储物柜成功率几乎为零的优点。利用单片机C语言编程，通过Proteus仿真，具体分析了设计调试时的问题解决办法，使得系统得以实现。本设计微控制器为STC89C51，显示器为LCD1602，控制储物柜的方式为矩阵式，系统给出4位随机密码用于顾客取包裹。外部按键电路得到的数据，通过主控芯片进行读取、处理、传送，主控器根据矩阵键盘的输入确定储物柜的工作状态。实验表明，此设计的接口、结构等设计合理，功能基本可以实现，本设计可供以后的随机密码产生和储存、键盘扫描类、LCD1602显示等设计参考使用。

关键词：储物柜，微处理器，LCD1602液晶显示，矩阵键盘，随机密码

1.2 本文的研究内容

本设计来源于解决生活中问题，目的是为了节省超市人力和营业面积，同时为顾客带来方便。

功能包括：按下存取键可以分别存寄包裹和取包裹，在存包裹是按下存键时，系统会自动给出4位随机密码给顾客取包裹所用，对应的存储箱指示灯也点亮（说明此存储箱以存），并在液晶上现在柜内的存取信息。如果是要取包裹时输入存包裹时，先按下取键，然后输入存包裹时的四位密码，如果输入正确系统会自动打开对应的存储箱，取出包裹，蜂鸣器提醒。

具体功能如下：

（1）当没有“存”键或是“取”键按下时，一直显示欢迎界面。

（2）存入物品。按下存入键，系统会自动给出4位随机密码给顾客取包裹所用，对应的存储箱指示灯也点亮（说明此存储箱以存），并在液晶上现在柜内的存取信息。

（3）取出物品。按下取键，输入储物柜号码，然后输入存包裹时的四位密码，点击确定，如果输入正确系统会自动打开对应的存储箱，取出包裹，蜂鸣器提醒。

（4）设计一个万能密码以防止用户忘记密码或输入密码错误次数过多，门打不开的情况。

为了使本设计安全性更高，可有以下的扩展功能：

（1）当用户按下“存”时，在30s内用户如果没有关储物柜的门，会自动报警。

（2）当用户输入密码3次不正确时，自动报警。

硬件电路设计

2.1 硬件设计总体方案

按照设计要求与思路，确定该系统的设计方案，图2-1是该系统的设计方案的硬件电路设计框图，硬件电路由6部分组成，即单片机、按键输入电路、LCD1602显示电路、储物柜开关电路和蜂鸣器电路。

图2-1 总体方案示意图

2.2 方案论证

为获得较优的方案，对主控器、密码存取模块、按键部模块、储物柜开关电路部分和显示部分这5个最重要的部分进行方案选择论证。

2.2.1 主控器

主控器是各电路的中心，需要对各部分电路进行控制和协调。

方案一：选用STC89C51，STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，该系列单片机的优势有：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便。第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路的体积更小。第三，具有程序加密的功能，物美价廉，经济实用。

案二：其他类型单片机，如STM32F103，ARM，MSP430等，以STM32F103为例，该系列内核是Cortex-M3，按片内Flash的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。虽然这些单片机自带资源丰富，但这些单片机价格相对较高，本设计采用简单高效的方法解决问题，势必对这些丰富的资源造成浪费，另外编程相对于C51单片机复杂。

基于上述两种方案的比较，本文采用STC89C51，即方案一。

2.2.2 键盘

用于本设计设计输入数字以及其他内容，所以要用到较多的按键，如果一个IO口控制一个按键，那么必然会用到大量IO口，如果采用IO扩展芯片，势必造成电路复杂，稳定性降低的不利后果，因此，为实现用较少IO口控制较多按键，简单稳定控制多个按键，键盘部分采用矩阵键盘，即将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。

2.2.3 显示

显示模块需要实时显示当前提示、密码等内容，显示内容多样。

方案一：数码管LED动态显示。所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。缺点是在LED的位数比较多时，会占用大量的I/O，硬件电路比较复杂，且显示内容少，成本较高。

方案二：LCD1602字符型液晶也叫1602液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。控制方式有8线制和4线制，4线制只用到7个IO口。

通过两种方案的比较，本文采用LCD1602显示，即方案二。