基于單片機(jī)的自動(dòng)存儲(chǔ)柜設(shè)計(jì)

韓欽 吳紅梅

摘 要：本文介紹了基于單片機(jī)的自動(dòng)存儲(chǔ)柜設(shè)計(jì)方法，通過單片機(jī)、GSM模塊、矩陣按鍵模塊、電子鎖等實(shí)現(xiàn)人為輸入手機(jī)號(hào)，單片機(jī)控制GSM模塊向手機(jī)發(fā)送存包密碼。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);存儲(chǔ)柜;GSM模塊;隨機(jī)密碼

中圖分類號(hào)：TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

傳統(tǒng)的存包系統(tǒng)功能單一、操作麻煩，并且人工看管或者使用微型打印機(jī)打印密碼條，這樣造成了一定的人力、物力的浪費(fèi)，存在著一定的缺點(diǎn)。自動(dòng)存儲(chǔ)柜是利用密碼鎖解鎖，當(dāng)用戶存包時(shí)，按下存包鍵，并向單片機(jī)系統(tǒng)輸入用戶的手機(jī)號(hào)，自動(dòng)存儲(chǔ)柜將會(huì)打開，同時(shí)單片機(jī)就能夠生成六位隨機(jī)密碼并通過系統(tǒng)中的GSM模塊向客戶的手機(jī)發(fā)送密碼短信，密碼不會(huì)重復(fù)，以短信的形式存留在用戶手機(jī)中。用戶取包時(shí)，只需按下取包鍵，并輸入6位密碼，自動(dòng)存儲(chǔ)柜將會(huì)打開。自動(dòng)存儲(chǔ)柜還設(shè)有一鍵打印密碼條功能，主要是為了老人或者出門沒帶手機(jī)的顧客準(zhǔn)備，能夠更方便的進(jìn)行存包操作。

1 總體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)存儲(chǔ)柜由兩部分組成，分別為電路部分和機(jī)械部分，STC89C52單片機(jī)作為CPU，用程序來制作六位隨機(jī)密碼，用4*4矩陣鍵盤作為輸入端。使用的顯示器是LCD1602液晶顯示屏，作為輸出端，并且用電子鎖來模擬存包柜，用繼電器來模擬微型打印機(jī)，通過GSM模塊向用戶發(fā)送六位隨機(jī)密碼短信。

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下的功能。

（1）運(yùn)用矩陣按鍵來輸入手機(jī)號(hào)碼和存包密碼。

（2）編制程序來生成六位隨機(jī)密碼，并且不會(huì)重復(fù)。

（3）隨機(jī)密碼在單片機(jī)中的保存及刪除。

（4）電子鎖模擬柜子的打開與關(guān)閉。

（5）繼電器模擬打印機(jī)。

（6）利用GSM模塊將隨機(jī)密碼發(fā)送短信給用戶。

（7）考慮到超市老人們不會(huì)使用GSM發(fā)送短信或者未帶手機(jī)的情況，在系統(tǒng)中添加了一項(xiàng)功能：當(dāng)老人們不方便使用短信密碼功能時(shí)候，按打印鍵使用打印機(jī)打印出帶有密碼的小紙條，老人就能在不懂操作的時(shí)候簡(jiǎn)單明了的獲得密碼。

本設(shè)計(jì)的最大創(chuàng)新點(diǎn)是使用6位隨機(jī)密碼和運(yùn)用GSM模塊將密碼以短信的方式發(fā)送到用戶手機(jī)上，相對(duì)于現(xiàn)在普遍使用的打印密碼紙條或鑰匙鎖，節(jié)約了成本，省去了人工看管等費(fèi)用，具有智能性，同時(shí)也符合綠色觀念。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

（1）主控制器電路設(shè)計(jì)。單片機(jī)的主控制器選擇STC89C52，在節(jié)電方面和運(yùn)行速度方面相比其它型號(hào)更為突出，是一款高性能的CPU，內(nèi)部含有8k可編程存儲(chǔ)器，4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間，[1]可直接使用串口下載。在自動(dòng)存儲(chǔ)柜系統(tǒng)中。主控制器不僅要滿足本系統(tǒng)的一些要求，而且要滿足節(jié)約成本與高性價(jià)比的要求，而控制器STC89C52完全符合。

（2）顯示器。LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符，[2]主要優(yōu)點(diǎn)有成本消耗上非常節(jié)約，以及性能非常好，能滿足基本的字母表達(dá)需求以及數(shù)字表達(dá);對(duì)比度能夠自行調(diào)節(jié);具有復(fù)位電路等，能夠滿足自動(dòng)存儲(chǔ)柜的各種要求。主要作用顯示顯示顧客輸入的手機(jī)號(hào)以及顧客取包時(shí)輸入的密碼。

（3）GSM模塊。GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理的并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。[3]GSM模塊有40個(gè)引腳，正常運(yùn)行時(shí)需要與單片機(jī)相配合，當(dāng)我們的單片機(jī)發(fā)送指令給GSM模塊時(shí)，GSM模塊就可以命令GSM卡向手機(jī)號(hào)碼發(fā)送密碼的短信。

（4）矩陣按鍵電路。智能存儲(chǔ)柜系統(tǒng)由于需要用戶輸入手機(jī)號(hào)、密碼、打印紙條以及確認(rèn)等操作，所以采用4*4的矩陣按鍵，分別包括0-9 10個(gè)數(shù)字按鍵，以及ABCDEF六個(gè)功能按鍵，這16個(gè)按鍵足以滿足我們智能存儲(chǔ)柜系統(tǒng)的需求。按鍵0-9是用于輸入手機(jī)號(hào)和密碼，按鍵A的功能是打印密碼條;按鍵B的功能是刪除，手機(jī)號(hào)或密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，可將其刪除，重新輸入;按鍵C的功能是密碼輸入（取包），想取包離開時(shí)，可以按下C鍵，接下來就可以輸入密碼;按鍵D的功能是密碼確認(rèn)鍵，輸入密碼之后，按下D鍵，若密碼正確則可打開柜子，否則顯示屏顯示“輸入密碼錯(cuò)誤”。按鍵E和F的功能分別是手機(jī)號(hào)輸入（存包）和手機(jī)號(hào)保存，按下E鍵，顯示屏將會(huì)顯示“請(qǐng)輸入手機(jī)號(hào)”，輸入11位手機(jī)號(hào)之后，按下F鍵，系統(tǒng)將隨機(jī)產(chǎn)生6位隨機(jī)密碼，通過GSM模塊將6位隨機(jī)密碼發(fā)送到用戶輸入的手機(jī)號(hào)上。

（5）蜂鳴器報(bào)警電路。在智能存儲(chǔ)柜系統(tǒng)中，因?yàn)橛脩粲锌赡軙?huì)開錯(cuò)柜子或者惡意打開他人的柜子，因此需要設(shè)定一個(gè)輸入密碼錯(cuò)誤三次，立即用蜂鳴器報(bào)警10S，用于對(duì)顧客的警示或提醒作用。

3 軟件設(shè)計(jì)

（1）軟件設(shè)計(jì)構(gòu)想。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，顯示屏顯示“welcome”，若有人按下存包鍵，此時(shí)單片機(jī)內(nèi)部按照事先編號(hào)生成6位隨機(jī)密碼的程序運(yùn)行，并生成6位隨機(jī)碼，顯示屏顯示“請(qǐng)輸入手機(jī)號(hào)”。用戶輸入玩手機(jī)號(hào)之后按下F鍵，系統(tǒng)將通過GSM模塊將已生成的6位密碼保存并發(fā)送到用戶手機(jī)，同時(shí)單片機(jī)控制繼電器打開柜子，幾秒后繼電器閉合，存儲(chǔ)柜將被關(guān)閉。當(dāng)用戶取包時(shí)，按下C（取包）鍵，顯示屏顯示“請(qǐng)輸入密碼”，用戶輸入正確的6位密碼，按下密碼確認(rèn)鍵之后，系統(tǒng)將會(huì)控制繼電器打開對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)柜，取包過程結(jié)束。當(dāng)用戶連續(xù)三次輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，蜂鳴器將會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，用作提醒或警示作用。

（2）程序各模塊設(shè)計(jì)。智能存儲(chǔ)柜系統(tǒng)由多個(gè)模塊，分別是GSM模塊、6位隨機(jī)碼生成模塊，繼電器模塊、顯示屏模塊、矩陣按鍵模塊、密碼錯(cuò)誤報(bào)警模塊和打印機(jī)模塊。

本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行編程，C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相比在可讀性和可維護(hù)性等方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，C語(yǔ)言具有國(guó)際化、標(biāo)準(zhǔn)化、全面化的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)論

以單片機(jī)為核心的智能存儲(chǔ)柜，利用GSM、LCD1602液晶顯示屏、矩陣按鍵等實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)柜的控制。本設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn)，顧客可以利用手機(jī)獲得密碼，不再需要打印紙條獲得密碼，這樣做既保護(hù)環(huán)境，又防止了密碼丟失的可能性;當(dāng)顧客沒有帶手機(jī)時(shí)，可以使用打印密碼條的方式獲得密碼;本系統(tǒng)無需人工看管;另外本系統(tǒng)連續(xù)輸錯(cuò)三次密碼后，將會(huì)報(bào)警，用于提醒顧客。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒海軍，楊穎杰，等.基于數(shù)字PID和89C52單片機(jī)的恒溫控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011（02）.

[2]張宇峰，黃科巖，等.簡(jiǎn)易基于單片機(jī)的空氣粉塵和溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（04）.

[3]李杭彩.基于GSM模塊的交互式多媒體課堂系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011（09）.

作者簡(jiǎn)介：韓欽（1997-），女，漢族，山東菏澤人，本科在讀，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。

通訊作者：吳紅梅（1977-），女，漢族，副教授，主要研究方向：分布式電源并網(wǎng)穩(wěn)定研究。