【正文】 ...................................................................................................... 39 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ......................................................................................................... 41 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試 ......................................................................................................... 43 總 結 ........................................................................................................................................ 47 參考文獻 .................................................................................................................................. 51 致 謝 ........................................................................................................................................ 53 附 錄 ........................................................................................................................................ 55 1 第 1章 緒 論 1． 1 題目來源及意義 近年來，隨著生活水平 的提高，人們對于社會消費品的質(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，在一些商場、影院、超市等公共場合通常設置有自動存包柜，它具有功能實用、操作簡便、安全可靠、抗干擾性強等特點。顧客可以根據(jù)簡明清晰的操作說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的不必要的糾紛，又可以節(jié)約人員開支，達到減員增效的目的。同時，存包可以解放顧客的雙手，使顧客放開雙手，更方便的進行購物。 單片機一詞最初是源于 SingleChipMicroputer”，簡稱 SCM。在單片機誕生時，SCM 是一個 準確、流行的稱謂，“單片機”一詞準確地表達了這 — 概念。隨著 SCM 在技術上、體系結構上不斷擴展其控制功能，單片機已不能用“單片微型計算機”來準確表達其內(nèi)涵。國際上逐漸采用 MCU(MicroControllerUnit” )來代替，形成了單片機界公認的、最終統(tǒng)一的名詞。在國內(nèi)因為“單片機”一詞已約定俗成，故而繼續(xù)沿用。 單片機按其內(nèi)部中央處理器 CPU(CentralProcessingUnit)的字長分為 1位機、 4位機、 8位機、 16 位機等。從 1976 年 8 位單片機誕生以來，單片機領域中一直是以 8位機為主流機型， 預計這種情況還將繼續(xù)下去。因此我們以 Intel 公司的 8 位機為例來談談單片機的發(fā)展歷史。 —— 單片機階段 (1976 午～ 1978 年 )。這階段的任務是探索計算機的單芯片集成。以 Intel 公司的 MCS— 48為代表，其 CPU、存儲器、定時器／計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、I/O 端口、時鐘以及指令系統(tǒng)都是按嵌入式系統(tǒng)要求專門設計的。 2．第二階段 —— 單片機的完善階段 (1978 年一 1982 年 )。計算機的單芯片集成探索取得成功后，隨后的任務就是要完善單片機的體系結構。作為這一階段的典型代表是 Inlel公司將 MCS— 48向 MCS— 5l 系列的過渡。它在以下幾個重要方面奠定了單片機的體系結構。 (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。 李少鵬：基于單片機的自動存包系統(tǒng)設計 2 3．第三階段 —— 微控制器形成階段 (1983 年一 1990 年 )。這一階段單片機的主要技術發(fā)展方向是滿足測控對象要求的外圍電路的增強，如 A／ D轉換、 D／ A 轉換、高速 I／ O口、WDT(程序監(jiān)視定時器 )、 DMA（ 高速數(shù)據(jù)傳輸）等，強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 )。即當前的單片機時代，其顯著特點是百花齊放、技術創(chuàng)新。單片機正在滿足各個方面的需求．從玩具、小家電、工程控制單元到機器人、智能儀表，過程控制，個人信息終端等無所不能。 1． 2 自動存包柜課題的發(fā)展 與現(xiàn)狀 電子存包柜又名自動存包柜、電子寄存柜，是 20 世紀嵌入式計算機快速發(fā)展后在傳統(tǒng)寄存行業(yè)的一大應用。從外觀和用途來看，電子存包柜屬于家具類別中的鋼制家具。從實現(xiàn)方式和功能上來看，電子存包柜屬于電子專用設備。電 子存包柜主要由以下幾種類型： (1)機設條碼式電子存包柜 存物時：按“存”鍵，寄存柜自動打印一張密碼條，機器語音提示：“請取密碼條”。使用者抽出密碼紙，對應的箱門自動打開，存好后關上箱門。取物時：直接將條碼紙在掃描口掃描，對應的箱門會自動打開。語音提示：“請取完物品后關好箱門?！? (2)指紋式電子存包柜 以使用者指紋作為寄存的憑證；當使用者進行存物操作時，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，機器會把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號結合起來，并將信息自動記錄下 ，同時自動打開該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關好箱門；取物時，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)與先前記錄下的進行比對，正確后才會打開該箱供使用者取物（同時機器會自動記錄當時的時間、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；當使用者進行存物操作時，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），寄存柜先識別是否為該場所的 IC 卡，若不是則拒絕存物；若是，機器會把該卡號與分配給使用者使 用的寄存箱的箱號結合起來，并將信息自動記錄下，同時自動打開該箱，供使用者存物，存完后自己關好箱門；取物時，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與先前記錄下的進行比對，正確后才會打開該箱供使用者取物（同時機器會自動記錄當時的時間、卡號以備查詢） 華科學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 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)絡通訊模塊，上位機管理軟件等，以實現(xiàn)寄存狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，分段收費，報表打印等功能。 現(xiàn)在公共場所應用比較廣泛。因此，研 制出一種能自動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 目標與任務 本系統(tǒng)采用的單片機做控制器，可以同時管理多個存包柜。柜門鎖由繼電器控制，當顧客需要存包的時候，可以自行到存包柜前按“開門”鍵，需要顧客向系統(tǒng)輸入個指紋，然后通過繼電器進行開門（用亮燈表示），顧客即可存包，并需將柜門關上。當顧客需要取包時，要將只要將之前輸入的指紋放置于指紋識別器前方，指紋識別器采集到指紋信息輸出相應的高低電平信號傳給單片機，系統(tǒng)比較密碼一致后，發(fā)出開箱信號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 卡的自動存包柜相比，指紋識別的優(yōu)勢在于在整個存包過程中無附帶的物品，不怕因為丟失而導致無法取包，所以我覺得指紋識別在現(xiàn)今的各類存包柜中有很明顯的發(fā)展前景。 李少鵬：基于單片機的自動存包系統(tǒng)設計 4 華科學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 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 采用 DSP+FPGA 方案 指紋識別追求的主要指標為高識別率、實時性和大詞匯量；而對于一個指紋識別系統(tǒng)，還應考慮軟硬件設計簡單、價格低廉、外圍控制靈活、人機交互便捷等特點。 現(xiàn)在應用于語音識別的芯片主要為 DSP(數(shù)字信號處理器 )芯片：如 TI 公司的 TMS320 系列。然而 , 將DSP 芯片用于小型語音指紋系統(tǒng)中 , 其不足之處是很明顯的：引腳多、 價格貴、 使用繁瑣 ?？刂乒δ苋?，常需要與單片機或 FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列 )結合 , 來實現(xiàn)人機交互 。 常需要外接 A /D 轉換芯片；引腳為 3. 3 V，與單片機、 FPGA、 F lash 存儲器等連接時，要考慮電平匹配。這些將使整個系統(tǒng)結構龐大 ,設計繁瑣 。 采用 51單片機方案 采用 MCS51 系列單片機實現(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跟外接電路連接。滿足了我本次設計的基本要求，所我選擇 51單片機作為本次設計的方案 采用 61單片機方案 1. 電源區(qū)： 61 板采用 3 節(jié)五號電池進行供電，由 J10 接入，在 61 板上，前后兩組電容用來耦合濾波，使其供給芯片的電電源接反源更加的干凈平滑。為了獲得標準的 電壓，在板子上加入 SPY0029A 三端穩(wěn)壓管。 兩 CE 基個二極管，是為了防止誤將電源接反造成不必要的損失而設置的，在操作中千萬不要將電源接反，因為反向電壓超過一定的值，二極管將會被損壞 ，達不到保護的目的。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置的。 2. 程序下載區(qū)： I本運作方式是通過控制 clock 及通過 ICE 喂食指令方式，老來控制 cpu的運行及緩存器資料和內(nèi)存資料的存取，因此必須透過控制緩存器值得設定來控制目前cpu 的動作。 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，并在兩個端口處形成兩路反想的波形，再經(jīng)過兩級運放放大，把放大的語音信號交給 ADC 轉換為數(shù)字量，這個時候我們就可以通過單片機編程對這些數(shù)據(jù)進行處理，比如說語音數(shù)據(jù)壓 縮、語音識別樣本處理。 是語音輸出接口，一個放大，然后輸出， SPY0030A 放大，然后輸出。 李少鵬：基于單片機的自動存包系統(tǒng)設計 6 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，那些周邊器件用來協(xié)助 SPCE061A 單片機正常工作。 6．鍵控區(qū)：采用這幾個按鍵我們可以做一些簡單的試驗，比如說當板子里下載了復讀機的程序，按這幾個按鍵就可以分別用來進行錄音、暫停和播放。 ：這里是由幾個簡單的電子元器件組成，當按下這里面的按鍵后，單片機就重新開始工作，也可以說成是單片機里的程序從第 一條開始重新運行。 ：用于對外掛硬件的控制，或者獲取外部硬件的一些狀態(tài)以便 SPCE061A 來進行處理。 2． 2 輸入端方案的選擇 機設條碼式電子存包柜 方案 存物時：按“存”鍵，寄存柜自動打印一張密碼條，機器語音提示：“請取密碼條”。使用者抽出密碼紙，對應的箱門自動打開，存好后關上箱門。取物時：直接將條碼紙在掃描口掃描，對應的箱門會自動打開。語音提示：“請取完物品后關好箱門?！? 設計如下 根據(jù)“自動存包”這一目的要求，做如下設計安排： 第一部分： CPU 核心控制部分，由單片 機 803復位電路、時鐘電路等構成，是整個系統(tǒng)的核心。 第二部分：鍵盤顯示控制部分。對 3 個數(shù)碼管和 2 個按鍵進行管理， 3個數(shù)碼管用于顯示兩位柜號和 3 位密碼， 12 個按鍵分別為 10 個數(shù)字鍵和 2 個功能鍵。通過這些鍵盤，用戶就可以完成所有的操作。 第三部分：執(zhí)行機構部分。它是通過 8051 的并行口擴展一片 8255A 芯片，并通過 8255A控制 20 個燈的狀態(tài)（亮滅）來模擬柜子的存包取包的過程。 軟件部分主要采用我們自己設定的一種與柜號相關聯(lián)的算法來產(chǎn)生一組 3 位的隨機密碼，而密碼的產(chǎn)生、核對過程就對應存包、取包的過程 。 系統(tǒng)框圖如圖 所示 華科學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 圖 系統(tǒng)框圖 主要核心器件有： AT89C51，打印機，條形碼掃描系統(tǒng)，光電開關，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。 本次設計的流程圖如圖 ，首先先檢測所有的空箱數(shù)目，然后根據(jù)按鍵判斷狀