自動存包柜的設計畢業(yè)設計論文.doc

摘要近年來，隨著生活水平的提高，人們對于社會消費品的質量和數(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。本文詳細介紹了國內自動存包控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)展中所面臨的問題。并詳細介紹了本系統(tǒng)采用的單片機做控制器，可以同時管理多個存包柜。柜門鎖由電磁閥控制，當顧客需要存包的時候，可以自行到存包柜前按“開門”鍵，單片機接收到一脈沖信號，并通過系統(tǒng)I/O口發(fā)出相應的信號，控制鎖柜門的電磁閥將一空箱打開，顧客即可存包，并將柜門關上。當顧客需要取包時，要將只要將條碼放置到條形碼閱讀器前方，條形碼閱讀器采集到條碼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)出開箱信號至電磁閥將柜門打開，顧客即可將包取出。關鍵詞：自動存包柜；單片機；條形碼閱讀器ABSTRACTIn recent years, with the improvement of living standards, people for social 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, anti-jamming strong sexual characteristics. This 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 counters. Controlled by a solenoid valve cabinet locks, when customers 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 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 consistent, 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; Bar Code Reader 目錄1 緒論111 題目來源及課題意義112 自動存包柜控制系統(tǒng)的工作原理及技術要求113 系統(tǒng)的主要技術參數(shù)：22 系統(tǒng)方案論證221 自動存包柜系統(tǒng)框圖222 主機電路核心器件的選擇323 光電開關的選擇624 鍵盤、顯示器接口電路725 開箱控制電路826 打印機控制電路83 系統(tǒng)硬件設計931 AT89C51的組成及管腳介紹932 輸入電路設計12321 條碼技術介紹12322 光電開關介紹16323 限位開關介紹19324 74LS138介紹19325 輸入電路連接21326 鍵盤設計2233 芯片使用24331 外部地址鎖存器介紹24332 程序存儲器EPROM的擴展介紹25333 靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的擴展介紹2834 輸出電路設計30341 顯示部分設計30342 驅動電路設計32343 報警電路設計344 系統(tǒng)軟件設計3641 主程序模塊3642 鍵輸入程序設計3743 驅動電路程序設計37參考文獻39致謝40附錄一 程序清單41附錄二 系統(tǒng)硬件圖5252 1 緒論這次畢業(yè)設計是學校為我們每個理工科學生安排的一次實踐性的總結，是就業(yè)前的一次大練兵，是對每個學生大學期間所學知識的總體檢測，為我們步入社會走向崗位做好了準備。11 題目來源及課題意義近年來，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。12 自動存包柜控制系統(tǒng)的工作原理及技術要求本系統(tǒng)采用AT89C51單片機做控制器，可以同時管理24個存包柜。柜門鎖由電磁閥控制，當顧客需要存包的時候，可以自行到存包柜前按“開門”鍵，單片機接收到一脈沖信號，并通過系統(tǒng)I/O口發(fā)出相應的信號，控制鎖柜門的電磁閥將一空箱打開，顧客即可存包，并將柜門關上。當顧客需要取包時，要將只要將條碼放置到條形碼閱讀器前方，條形碼閱讀器采集到條碼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)出開箱信號至電磁閥將柜門打開，顧客即可將包取出。要求本系統(tǒng)具有較高的自動化程度，它是以AT89C51單片機為核心，自動控制柜門的打開，并通過條碼技術實施紅外線檢測開門。關門后通過打印機打印條碼，并自動切紙；實時顯示無物的箱體號。并具有斷電保護功能，用紅外線檢測箱內是否有物品，并報警。在現(xiàn)實生活中有著積極的作用。13 系統(tǒng)的主要技術參數(shù)（1） 工作電壓：AC220V，50Hz（2） 控制門數(shù)：24門 （4列6）（3） 顯示無物箱號（4） 采用條碼紅外線檢測開門技術（5） 斷電保護功能2 系統(tǒng)方案論證21 自動存包柜系統(tǒng)框圖自動存包柜的系統(tǒng)框圖如圖2.1。該系統(tǒng)AT89C51單片機為核心，還有顯示屏及按鍵，打印機，紅外線檢測，斷電保護等部分。圖 2.1 自動存包柜系統(tǒng)框圖22 主機電路核心器件的選擇單片機是在一塊硅片上集成了微處理器，存儲器和各種輸入、輸出接口，這樣的一塊芯片具有一臺計算機的屬性，因而被稱為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機的優(yōu)點是體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)也較為容易。目前單片機已經廣泛的應用在工業(yè)自動化控制，自動檢測，智能儀表，家用電器等各個方面。隨著單片機的發(fā)展趨勢，為了滿足不同用戶的需要，單片機有了很大的改善。（1）CPU的改進（2）存儲器的發(fā)展（3）片內I/O的改進（4）外圍電路內裝化。（5）低功耗化。AT89C51也是我們常用到的單片機芯片。AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。AT89C51主要性能參數(shù)如下：（1）與MCS-51產品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器（3）1000次擦寫周期（4）全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz（5）三級加密程序存儲器（6）1288字節(jié)內部RAM（7）32個可編程I/O 口線（8）2個16位定時/計數(shù)器（9）6個中斷源（10）可編程串行UART通道（11）低功率空閑和掉電模式AT89C51 功能特性概述：AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/0 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可將至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。AT89C51 引腳功能說明： AT89C51引腳圖如圖2.2其各引腳功能如下圖2.2 AT89C51引腳圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 （外部中斷0）P3.3 （外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。23 光電開關的選擇紅外線光電開關（光電傳感器）是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。根據(jù)檢測方式的不同，紅外線光電開關可分為：1漫反射式開關一般來說當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，我們都選用漫反射式開關。2鏡反射式光點開關鏡放射光電開關是集發(fā)射與接受器于一體，光電開關發(fā)射出的光線經過反射鏡反射回接收器，當被檢測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關的信號。3對射式光電開關當檢測物體是不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測模式。4.槽式光電開關槽式光電開關比較安全可靠的適合檢測高速變化，分辨透明與半透明物體。5.光纖式光電開關光纖式光電開關采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，以實現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。傳感器也可以使用應變式傳感器，他是利用金屬的電阻應變效應，將檢測物體變形轉換成電阻的變化的傳感器。當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻絲的應變效應，應變式傳感器正是利用了金屬絲的這一效應。但是這種傳感器的安裝不是很方便，而且檢測的效果也不是很好，靈敏度不過，很有可能造成錯誤，給顧客帶來不必要的麻煩。由以上可以很容易的看出在這里我們選用漫反射式光電開關。用它來檢測存包柜能是否有物體，并把相應的信號傳輸給單片機，單片機根據(jù)收到的信號可以通過I/O線控制其他的器件工作。24 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?shù)墓駚泶姘?，這里我們用48矩陣式鍵盤，用24個按鍵來控制24個柜門的打開，剩余的8個鍵可以作為其他控制或用在以后系統(tǒng)的更新使用上，鍵盤是用AT89C51單片機經74LS373擴展一片8255A構成鍵盤借口電路的。使用編程掃描方式可以很容易的實現(xiàn)鍵盤和顯示的功能，而且還具有消抖功能。鍵盤還可以使用單片機I/O擴展接口芯片8155H來實現(xiàn)，AT89C51外擴一片8155H，8155H的RAM地址為7E00H7EFFH，I/O口地址為7F00H7F05H，8155H的PA口為輸出口，控制鍵盤的列線電位，PA口為鍵掃描口，同時也是顯示器的掃描口。在這里我們的系統(tǒng)需要的鍵盤顯示要求不是非常高，只需要要使用8255A即可，如果使用8155H也可以實現(xiàn)鍵盤顯示器的連接，但是很顯然就造成了不必要的浪費，所以在這里我們選用通過8255A連接使用的鍵盤。25 開箱控制電路開箱控制電路功能用來打開箱鎖。該系統(tǒng)共控制24個存包柜，其中使用了8255A的PA、PB、PC三口的24跟口線作為輸出，輸出信號經三極管放大后驅動電磁鎖動作，從而將箱鎖打開。同時在箱的門沿上還裝有限位開關，來檢測門的閉合與否。并在適當?shù)臅r候來進行報警，提醒顧客關好柜門。為了保證安全，鎖簧需要有較強的彈力。電磁鎖的驅動功率需要20W以上，可以采用20V直流電源，產生1A的驅動電流，為加強驅動功率，采用二級直流放大。在這里我們使用DSN-Y電磁鎖，他的技術指標即參數(shù)都能夠滿足我們的需要。26 打印機控制電路現(xiàn)場印制設備通常有電陣、激光、熱敏、以及噴墨打印機設備等。點陣打印機是一種計算機輸出設備，用于打印各種拷貝文件，它是重復使用色帶的。它只能打出中、低密度的條碼符號，適用于小批量的的印制。激光打印機是利用圖形感應半導體表面上的充電荷的原理設計的。它可以打印較高、中密度的條碼。熱敏打印機，這種打印機已經使用多年了，它是最普遍的打印機，熱敏打印機的打印過程比較簡單，打印的格式靈活，圖象質量高，速度快而且成本很低，分辨率高，環(huán)境適應性強。它是通過壓力和熱作用，將油墨轉印到其他的介質上，操作十分方便。所以在這里我們完全可以使用熱敏式打印機。熱敏打印機控制電路的功能是用來驅動打印機系統(tǒng)產生密碼。用AT89C51的P0口接打印機的數(shù)據(jù)線，用P1.7口接打印機的選同信號上，用P1.6接收音機的BUSY信號。3 系統(tǒng)硬件設計31 AT89C51的組成及管腳介紹AT89C51內部有8個部件組成，即CPU、時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲器、串行口、并行口（P0P3）、定時計數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導體芯片上，即組成了單片微型計算機，AT89C51就是MCS-51系列單片機中的一種。見圖3.1時鐘AT89C51圖3.1 AT89C51內部組成結構1 CPU中央處理器中央處理器是AT89C51的核心，它的功能是產生控制信號，把數(shù)據(jù)從存儲器或輸入口送到CPU，或將CPU數(shù)據(jù)寫入存儲器或送到輸出端口。還可以對數(shù)據(jù)進行邏輯和算術的運算。 2 時鐘電路AT89C51內部有一個頻率最大為12MHz的時鐘電路，它為單片機產生時鐘序列，但需要外接石英晶體做振蕩器和微調電容調整頻率。3 內存內部存儲器可分做程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，但在AT89C51中無片內程序存儲器 。4 定時/計數(shù)器AT89C51有兩個16位的定時計數(shù)器，每個定時器和計數(shù)器都可以設置成定時的方式和計數(shù)的方式，但只能用其中的一個功能，以定時或計數(shù)結果對計算機進行控制。5 并行I/O口AT89C51有四個8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。6 串行口它有一個全雙工的串行口，它可以實現(xiàn)計算機間或單片機同其它外設之間的通信，該串行口功能較強，可以作為全雙工異步通訊的收發(fā)器，也可以作為同步移位器用。7 中斷控制系統(tǒng) AT89C51有五個中斷源，既外部中斷兩個，定時計數(shù)器中斷兩個，串行中斷一個，全部的中斷分為高和低的兩個輸出級。AT89C51的制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插式DIP封裝，引腳說明如下：VCC（40引腳）正常運行時提供電源。VSS（20引腳）接地。圖3.2 AT89C51管腳圖管角圖XTAL1（19引腳）在單片機內部，它是一個反向放大器的輸入端，該放大器構成了片內的震蕩器，可以提供單片機的時鐘信號，該是引腳也可以接外部的晶振的一個引腳，如采用外部振蕩器時，對于AT89C51此引腳應該接地。XTAL2（18引腳）在內部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當采用外部振蕩器時， 對MCS51系列該引腳接收外部振蕩信號，即把該信號直接接到內部時鐘的輸入端。RST/VPD（9引腳）在振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的電平將單片機復位，復位后應使此引腳電平保持不高于0.5V低電平以保證AT89C51正常工作。在掉電時，此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數(shù)據(jù)不丟失，當BVCC低于規(guī)定的值時，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內時，VPD就向內部數(shù)據(jù)存儲器日工備用電源。ALE/PROG（30引腳）當AT89C51訪問外部存儲器時，包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，ALE9地址鎖存允許0輸入的脈沖的下沿用語鎖存16位地址的低8位，在不訪問外部存儲器的時候，ALE仍有兩個周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問外存儲器的是候，在兩個周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅動8個LSTTL負載，對于有片內EPROM的而言，在EPROM編程期間，此腳用于輸入編程脈沖PROG。PSEN（29引腳）此腳輸出為 單片機內訪問外部程序存儲器的讀選通信號，在讀取外部指令期間， PSEN有兩次在每個周期有效，在此期間，每當訪問外部存儲器時，兩個有效的PSEN將不再出現(xiàn)，同樣這個引腳可驅動8個LSTTL負載。EA/VPP（31引腳）當EA保持高電平時，單片機訪問內部存儲器，當PC值超過0FFFH時，將自動轉向片外存儲器。當EA非保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，對8031而言，此腳必須接地。AT89C51有一個全雙工串行口，這個串行口既可以在程序下把CPU的8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)一位一位的從發(fā)送數(shù)據(jù)線發(fā)送出去，也可以 把串行數(shù)據(jù)接受來變成并行數(shù)據(jù)給CPU，而且這種串行發(fā)送和接收可以單獨進行也可以同時進行。AT89C51的串行發(fā)送和接收利用了P3口的第二功能，利用P3.1做串行數(shù)據(jù)接收線，串行接口的電路結構還包括了串行口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設置串行口工作方式和確定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。AT89C51的工作方式AT89C51的工作方式可以分做復位，掉電和低功耗方式等。（一）、復位方式單片機復位后，程序計數(shù)器PC和SFR的狀態(tài)。復位后，PC初始話為0000H，使單片機能從0000H開始執(zhí)行程序，故單片機除正常工作的程序運行出錯或操作出錯而導致死機時，需要復位鍵進行重新啟動，復位不影響RAM存放的內容，因為復位操作是在帶電的狀態(tài)下將程序存儲器的地址改變，而ALE和PSEN非在復位期間將輸出高電平。RST是復位信號的輸入端，RST輸入一個有效的高電平舊能使系統(tǒng)復位，當高電平持續(xù)24個振蕩脈沖周期的時候，單片機完成了復位的操作，假如晶振的頻率為6MHZ，則復位信號的持續(xù)時間不應小于4us。復位可以是上電復位，按鍵手動復位，和二者混合式。復位信號中的電阻和電容是為了保證RST斷能保證兩個機器周期以上的高電平來完成復位操作而特意設定的。（二）、掉電和低功耗方式人們往往在程序運行中發(fā)生系統(tǒng)掉電的故障，使RAM和寄存器中的數(shù)據(jù)內容丟失，使人們丟失珍貴的數(shù)據(jù)而束手無策，AT89C51有掉電保護功能，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進行供電。32 輸入電路設計在自動存包柜的設計中輸入部分是十分重要的一個環(huán)節(jié)，在這里我們需要檢測門的限位，檢測箱內是否有物體，還有相應的打印密碼，并在顧客需要的時候檢測密碼，并自動打開柜門。還需要顯示是否有空箱以及空箱的位置，來為顧客提供選擇。321 條碼技術介紹 條形碼是由美國的NTWoodland在1949年首先提出的。近年來，隨著計算機應用的不斷普及，條形碼的應用得到了很大的發(fā)展。條形碼可以標出商品的生產國、制造廠家、商品名稱、生產日期、圖書分類號、郵件起止地點、類別、日期等信息，因而在商品流通、圖書管理、郵電管理、銀行系統(tǒng)等許多領域都得到了廣泛的應用。 條形碼是由寬度不同、反射率不同的條和空，按照一定的編碼規(guī)則（碼制）編制成的，用以表達一組數(shù)字或字母符號信息的圖形標識符。即條形碼是一組粗細不同，按照一定的規(guī)則安排間距的平行線條圖形。常見的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡稱條）和白條（簡稱空）組成的。如圖3.3圖 3.3 常見的條碼（1） 條形碼的識別原理由于不同顏色的物體，其反射的可見光的波長不同，白色物體能反射各種波長的可見光，黑色物體則吸收各種波長的可見光，所以當條形碼掃描器光源發(fā)出的光經光闌及凸透鏡后，照射到黑白相間的條形碼上時，反射光經凸透鏡聚焦后，照射到光電轉換器上，于是光電轉換器接收到與白條和黑條相應的強弱不同的反射光信號，并轉換成相應的電信號輸出到放大整形電路。白條、黑條的寬度不同，相應的電信號持續(xù)時間長短也不同。但是，由光電轉換器輸出的與條形碼的條和空相應的電信號一般僅10左右，不能直接使用，因而先要將光電轉換器輸出的電信號送放大器放大。放大后的電信號仍然是一個模擬電信號，為了避免由條形碼中的疵點和污點導致錯誤信號，在放大電路后需加一整形電路，把模擬信號轉換成數(shù)字電信號，以便計算機系統(tǒng)能準確判讀。整形電路的脈沖數(shù)字信號經譯碼器譯成數(shù)字、字符信息它通過識別起始、終止字符來判別出條形碼符號的碼制及掃描方向；通過測量脈沖數(shù)字電信號0、1的數(shù)目來判別出條和空的數(shù)目。通過測量0、1信號持續(xù)的時間來判別條和空的寬度。這樣便得到了被辯讀的條形碼符號的條和空的數(shù)目及相應的寬度和所用碼制，根據(jù)碼制所對應的編碼規(guī)則，便可將條形符號換成相應的數(shù)字、字符信息，通過接口電路送給計算機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理與管理，便完成了條形碼辨讀的全過程。（2） 條碼識讀系統(tǒng)條碼符號是圖形化的編碼符號，對條碼符號的識讀就是要借助一定的專用設備，將條碼符號中含有的編碼信息轉換成計算機可以識別的數(shù)字信息。條碼識讀系統(tǒng)是由掃描系統(tǒng)、信號整形、譯碼三部分組成，如圖3.4圖 3.4 條碼識讀系統(tǒng)在這里我們使用CLV 414型條碼檢測儀。它的工作參數(shù)如下：掃描方式：單線式，可選光柵式；頂部或側面閱讀光源頭：激光二極管，670nm紅光 閱讀頻率：200-800 Hz 識讀能力：每一掃描線上可有1-3個條碼；每個閱讀周期可讀1-10個條碼；每線及每周期可辨別3種碼制 工作電壓：4.5-30 V （功率約2.5W)（3） 條碼印制 條碼是一種傳遞信息的特殊圖形，它的固有特性決定了印制條碼與其他產品不同。條碼符號必須符合國家條碼標準中對光學、尺寸精度的要求才能順利地在條碼閱讀器上正確的掃描識讀，因此條碼印制技術已經成為了條碼結束的重要組成部分。通常我們把用于直接印制條符號的物體叫符號載體，常用的符號載體有普通白紙，不干膠標簽紙等。不同的用處對符號載體的性能要求也不同，歸納起來主要有以下幾點：1符號載體要有一定的強度，以保證在一定的受力條件下，或者接觸掃描的時候不至于破碎和發(fā)生明顯的變形。2符號載體要有穩(wěn)定的物理性能，在一定的溫度和壓力下，物理形態(tài)不發(fā)生變化。3符號載體要有一定的幾何尺寸和形狀，印制條碼的表面應為光滑表面，能適合光電掃描器的掃描。4符號載體要有一定的涂料附著能力，并要求快速干燥。5符號載體要有一定的光學特性。當直接利用符號載體的表面做條碼的空（或條）的時候，要保證與涂料印制的條或空行形成一定的光學對比度。條碼打印的常用設備有點陣、激光、熱敏即噴墨打印設備等。在這里我們選用熱敏式打印機Zebra-105SL來打印條碼，該打印機具有32為微處理器，配以簡單易用的APLII編程語言，可以做到一邊打印一邊排版，可以在很短的時間內打印出標簽。他的分辨率是（解析度: 203dpi（8點/mm）300dpi（12點/mm）。最大列印寬度:104mm最快列印速度:203MM/秒（203dpi）152MM/秒（300dpi）非常適合用于存包柜條碼的印制。打印機與AT89C51的連接如圖3.5圖3.5 打印機與AT89C51接口322 光電開關介紹光電開關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弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關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合得到應用。（1） 光電開關的工作原理光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。工作原理如圖3.3.1中圖1所示。多數(shù)光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。圖2中是德國SICK公司的部分光電開關的外型圖3.6。圖3.6 部分光電開關外形（2） 光電開關的分類漫反射式光電開關：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。鏡反射式光電開關：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經過反射鏡反射回接收器，當被檢測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關信號。對射式光電開關：它包含了在結構上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產生了開關信號。當檢測物體為不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。槽式光電開關：它通常采用標準的U字型結構，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，當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了開關量信號。槽式光電開關比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。光纖式光電開關：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可以對距離遠的被檢測物體進行檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。它們的工作光線示意圖如圖3.7所示。圖 3.7 各種光電開關的示意圖（3） 光電開關的使用注意事項紅外線傳感器屬漫反射型的產品，所采用的標準檢測體為平面的白色畫紙。紅外線光電開關在環(huán)境照度高的情況下都能穩(wěn)定工作，但原則上應回避將傳感器光軸正對太陽光等強光源。對射式光電開關最小可檢測寬度為該種光電開關透鏡寬度的80%。當使用感性負載（如燈、電動機等）時，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，在這種情況下，請將負載經過交流繼電器來轉換使用。紅外線光電開關的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學品，以免永久損壞塑料鏡。針對用戶的現(xiàn)場實際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場合，所生產的光電開關在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應在長期使用中延長光電開關維護周期的要求。產品均為SMD工藝生產制造，并經嚴格的測試合格后才出廠，在一般情況下使用均不會出現(xiàn)損壞。為了避免意外性發(fā)生，請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。這本設計中我們需要對存包柜中進行檢測，并且實時顯示無物的箱號，顧客門沒有關靠的時候發(fā)出報警，所以我們選用漫反射式光電開關。我們選取FR12-40型，它的工作參數(shù)如下：1.工作電壓: 5 - 12V. 2.動態(tài)工作電流:5-20mA. 3.最大輸出電流10mA. 4.12V供電時有效控制距離最大為3.5米. 5.外型尺寸:21x68x37mm323 限位開關介紹限位開關可以根據(jù)運動部件的位置來切換電路。工作時由擋塊和限位開關的輪子或觸桿相撞使限位開關的觸點接通或斷開，常用于控制運動部件的方向、行程長短、位置。還可以用來檢測開關物體是否閉合。我們使用LJ-DFJ型限位開關，它的特點是： 1、單棒式探頭，工作穩(wěn)定，感度好。 2、不受測定物性質的影響，安裝后無須調整，即可穩(wěn)定投入使用 3、采用壓電元件內置于棒體和厚管壁的不銹鋼管的探頭，消振管僅9mm長（同類比為最短），抗重荷、安全可靠、壽命長。 4、依據(jù)所測定對象不同，可調整測定感度（高、中、低） 5、使用15A大容量接點繼電器開關，可直接實行對電機控制。324 74LS138介紹74LS138是一種38譯碼器，有3個數(shù)據(jù)輸入線，經譯碼產生8種狀態(tài)。起引腳圖如圖3.8。譯碼功能如表3.2.1所示，從表3.2.1中可以看出，當譯碼器的輸入為某一編碼時其輸出就有一個固定的引腳輸出為低電平，其余的都為高電平。AT89C51與74LS138的連接圖如圖3.9所示。圖 3.8 74LS138管腳圖圖 3.9 AT89C51與74LS138接口電路輸 入輸 出G1 C B A 1 0 00 0 01 1 1 1 1 1 1 01 0 00 0 11 1 1 1 1 1 0 11 0 00 1 01 1 1 1 1 0 1 11 0 00 1 11 1 1 1 0 1 1 11 0 01 0 01 1 1 0 1 1 1 11 0 01 0 11 1 0 1 1 1 1 11 0 01 1 01 0 1 1 1 1 1 11 0 01 1 10 1 1 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1表 3.1 74LS138真值表325 輸入電路連接由于輸入電路很多，每一組都有一個控制端，所以在這里我們使用74LS244來進行擴展。74LS244是三態(tài)輸出的八緩沖器，由2組、每組四路輸入、輸出構成。每組有一個控制端，由控制端的高或低電平決定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開，功能表如下表所示。輸 入輸 出AYLLLLHHHXX H高電平 L低電平 X任意 Z高阻表 3.2 74LS244功能表將1、2通過或門接到單片機的輸出口上，1A11A4、2A1A4接到光電傳感器上，1Y11Y4、2Y12Y4接到AT89C51的輸入端。光電傳感器輸入信號接線圖和限位開關輸入信號的接線圖分別如圖3.10，圖3.11所示 圖3.10 光電傳感器與7LS244接口電路圖3.11 限位開關與7LS244接口電路326 鍵盤設計鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳輸命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。鍵盤實際是一組按鍵開關的集合。通常，鍵盤所用的開關為機械彈性開關，均利用了機械觸點的合、斷作用。鍵盤的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平就表示鍵閉合，所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的檢測，便可以確認按鍵按下與否。常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。我們在這里選用矩陣式鍵盤接口。矩陣式鍵盤結構如圖3.12矩陣式鍵盤工作原理：按鍵設置在行、列線交點上，行列線分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V電源上。平時無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平決定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平；列線電平如果為高，則行線電平也為高電平。這是識別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將互相發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適當?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。圖3.12 矩陣式鍵盤結構33 芯片使用 在這里我們使用了外部地址鎖存器74LS373程序存儲器27128靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器6116，擴展芯片8255A，下面來詳細的介紹這幾個器件331 外部地址鎖存器介紹AT89C51單片機由于受引腳數(shù)的限制，數(shù)據(jù)線和地址線是復用的，由P0口兼用。為了將它們分離出來，以便同單片機片外的擴展芯片正確的連接，需要在單片機外部增加地址鎖存器。我們這本設計中使用74LS373。74LS373是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，其引腳如圖3.13所示圖3.13 鎖存器74LS373的引腳其引腳的功能如下：D7D0：8位數(shù)據(jù)輸入線Q7Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號，高電平有效。當該信號為高電平的時候，外部數(shù)據(jù)選通到內部鎖存器，負跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當該信號為低電平的時候，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當該信號為高電平的時候，輸出線為高阻態(tài)。74LS373的功能表見下表GDQ0111010000不變1高阻態(tài)表3.3 74LS373的功能332 程序存儲器EPROM的擴展介紹程序存儲器一般采用只讀存儲器，因為這種存儲器在電源關斷后，仍能保存程序（我們稱此特性為非易失性的）在系統(tǒng)上電后，CPU可以取出這些指令予以重新執(zhí)行。只讀存儲器簡稱為ROM（Read Only Memory）。ROM總的信息一旦被寫入之后，就不能隨意更改，特別是不能在程序運行的過程中寫入新的內容，故稱之為只讀存儲器。向ROM中寫入信息叫做ROM編程。根據(jù)編程的方式不同，ROM分為以下幾種：掩模ROM、可編程ROM、EPROM、E2PROM、Flash ROM。程序存儲器擴展可以根據(jù)需要使用上述的各種只讀存儲器的芯片。在這里我們使用27128EPROM芯片，型號名稱“27”后面的數(shù)字表示其位存儲器容量的大小。如果換成字節(jié)容量只需要將該數(shù)字除以8就可以了。27128的芯片引腳圖如圖3.14圖3.14 27128芯片引腳圖它的各引腳功能如下：A13A0：地址線引腳。D7D0：數(shù)據(jù)引腳：片選輸入端：輸出允許控制端：編程時，加編程脈沖的輸入端VPP：編程時編程電壓（+12V或+25V）輸入端VCC：+5V，芯片的工作電壓GND：數(shù)字地NC：無用端27128芯片的工作方式27128一般都有5種工作方式，由、各信號的狀態(tài)組合來確定。5種工作方式如下表所示。方式 引腳/PGMVPPD7D0讀出低低+5V程序讀出為選中高+5V高阻編程正脈沖高+25V（或+12V）程序寫入程序校驗低低+25V（或+12V）程序讀出編程禁止低高+25V（或+12V）高阻表3.4 27128的工作方式（1）讀出方式一般情況下，EPROM工作在這種方式。工作在此種方式的條件是使片選控制線為低，同時讓輸出允許控制線為低，VPP為+5V，就可以將EPROM中的指定地址單元的內容從數(shù)據(jù)引腳D7D0上讀出。（2）未選中方式當片選控制線為高電平的時候，芯片進入未選中方式，這時數(shù)據(jù)輸出為高阻抗懸浮狀態(tài)，不占用數(shù)據(jù)總線。EPROM處于低功耗的維持狀態(tài)。（3）編程方式在VPP端加上規(guī)定好的高壓，和端加上合適的電平，就能將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入到指定的地址單元。此時，編程地址和編程數(shù)據(jù)分別由系統(tǒng)的A13A0和D7D0提供。（4）編程校驗方式在VPP端保持相應的編程電壓（高壓），再按讀出方式操作，讀出編程固化好的內容，以校驗寫入的內容是否正確。（5）變成禁止方式本工作方式輸出呈高阻狀態(tài)，不寫如程序。典型的EPROM接口電路如圖3.15圖3.15 AT89C51與27128的接口電路333 靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的擴展介紹MCS-51單片機的內部有128個字節(jié)RAM。在實際的應用中，僅靠片內RAM往往是不夠用的，必須擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)存儲器（SRAM）和動態(tài)存儲器（DRAM），在單片機應用系統(tǒng)中，外擴的數(shù)據(jù)存儲器都采用靜態(tài)存儲器。所擴展的數(shù)據(jù)存儲器空間地址，又P2口提供高8位地址，P0口分時提供低8位地址和用作8位的雙向數(shù)據(jù)總線。片外數(shù)據(jù)存儲器RAM的讀寫由8031的（P3.7）和（P3.6）信號控制，而片外程序存儲器EPROM的輸出允許端（）由讀選通信號控制。盡管與EPROM共處同一地址空間，但是由于控制信號不同，所以不會發(fā)生總線沖突。單片機系統(tǒng)中常用的SRAM芯片的典型型號有：6116（2K8），6264（8K8），62128（16K8）。它們都用單一+5V電源供電，雙列直插封裝。在這里我們使用6116 SRAM，它的引腳為24個，引腳圖如圖3.16圖3.16 6116引腳圖6116的各引腳功能如下：A010：地址輸入線。D0D7：雙