黨婷婷，王雪純，程忠忠，孫慧萍

（1.山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009;2.天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津 300387;3.北京孩思樂商業(yè)有限公司，北京 100020）

文章設(shè)計了一種基于單片機(jī)的智能寄存柜控制系統(tǒng)。采用STC89C52作為核心器件，使用者可以通過LCD12864液晶顯示屏得到操作步驟的提示，利用FPM10A指紋模塊對使用者的指紋進(jìn)行采集、保存和比對，柜門鎖使用電磁鎖。

1 硬件設(shè)計

1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

采用STC89C52作為核心器件。最小系統(tǒng)的復(fù)位電路為混合型的復(fù)位電路，也可以借助按鍵來進(jìn)行手動的復(fù)位。時鐘電路所使用的是內(nèi)部時鐘，指紋模塊需要和時鐘電路進(jìn)行串口通訊，為了產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波特率，應(yīng)選擇11.0592 MHz晶振[1]。

1.2 液晶顯示電路

設(shè)計采用的顯示模塊為LCD12864。VDD與VSS分別為電源的正極和負(fù)極，VO為對比度的調(diào)整（對比度會隨著電壓的升高而升高），一般接+5 V，并且將一個10 k的電位器接在該引腳處。LCD12864引腳與單片機(jī)各引腳連接方式為：RW引腳與單片機(jī)P03口相連，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對電平的控制；RS引腳與單片機(jī)的P02口連接；E引腳與單片機(jī)P04口連接；DB0～DB7的8位數(shù)據(jù)端與P2口連接；PSB引腳與P07口連接；BST端口與P05連接；BLA與BLK則分別與VCC和VSS直接相連[2]。

1.3 繼電器驅(qū)動電路

設(shè)計開關(guān)器件的驅(qū)動電磁鎖為型號T73 SRD?5VDC?SL?C的5 V驅(qū)動的電磁繼電器。繼電器驅(qū)動電路如圖1所示。

圖1 繼電器驅(qū)動電路

此繼電器的引腳一共有5個，其中不區(qū)分正負(fù)的線圈引腳總共兩個。觸電引腳共三個，分別為COM?公共引腳；NO?常開觸電引腳；NC?常閉觸電引腳。T73 SRD?5VDC?SL?C的驅(qū)動電壓為正5 V，開關(guān)電壓250VAC/30VDC，開關(guān)電流為AC 10A/DC 10A。

1.4 按鍵電路

系統(tǒng)使用有“存”、“取”與“返回”三個功能的獨(dú)立按鍵。按下按鍵時，則對應(yīng)的單片機(jī)I/O口由之前的高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，進(jìn)而輸入信號。

1.5 指紋模塊電路

設(shè)計所使用的單片機(jī)是5 V供電，指紋采集部分選擇FPM10A指紋模塊。指紋采集模塊與單片機(jī)通訊使用UART，存儲的指紋數(shù)量可達(dá)300個，而且擁有斷電存儲的功能。指紋模塊利用UART和單片機(jī)通訊，電路中要留出指紋模塊所使用的串行接口，此外指紋模塊還需要兩個電源接口，并且所需要的電壓為5 V。

2 軟件設(shè)計

設(shè)計使用KeilC51為單片機(jī)的編譯軟件，C語言為編程語言，整體程序分為主程序設(shè)計與子程序設(shè)計兩部分。其中子程序又分為：指紋錄入、指紋的對比、LCD液晶顯示、柜子的儲物情況等等。

2.1 主程序設(shè)計

圖2為主程序流程圖。要先進(jìn)行開機(jī)系統(tǒng)初始化過程才能進(jìn)入系統(tǒng)主頁面。當(dāng)“存”的按鍵被按下時，系統(tǒng)將會對寄存柜的儲物情況進(jìn)行分析，當(dāng)寄存柜已滿時系統(tǒng)將會提示“物品已滿”，若仍有空的柜子可以使用則液晶顯示屏將會提示“請輸入指紋”，指紋輸入成功后，會有一個空柜子被打開并提示給使用者“柜門已開”。當(dāng)“取”的按鍵被按下時，系統(tǒng)會有“請輸入指紋”的提示并且等待指紋的輸入，若指紋成功被比對則該指紋對應(yīng)的柜子會被打開，否則將會提示“指紋不存在”。

圖2 主程序流程框圖

2.2 指紋模塊程序設(shè)計

2.2.1 指紋錄入子程序

子程序啟動后提示使用者錄入指紋，指紋輸入成功后系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)保存，并提示使用者再次輸入相同指紋，輸入完成后會將此指紋信息保存，當(dāng)兩次指紋錄入結(jié)束后，系統(tǒng)會將兩次輸入的指紋數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合并，并將其轉(zhuǎn)換成指紋特征碼在指紋模塊寄存器中進(jìn)行存儲，并且指定與柜子編號相同的指紋ID進(jìn)行保存[3]。

2.2.2 指紋對比子程序

圖3為指紋對比程序流程框圖。子程序啟動提示使用者錄入指紋，指紋錄入成功后系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為特征碼并保存其圖像數(shù)據(jù)，隨后系統(tǒng)會將所有的指紋特征碼與該特征碼對比，若沒有讀取到相同的指紋模塊將回到未能搜索到指紋確認(rèn)碼，若成功讀取到相同指紋，系統(tǒng)將會讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)的指紋ID[4]。

圖3 指紋對比程序流程框圖

2.3 液晶顯示子程序設(shè)計

LCD 12864是一種圖形點(diǎn)陣，它主要是由行/列驅(qū)動器和128×64全點(diǎn)陣液晶屏組成，它可以顯示出16×16點(diǎn)陣漢字，也可以顯示圖形。并且這類顯示模塊有著七種指令系統(tǒng)。LCD顯示模塊要先進(jìn)行初始化設(shè)置才能進(jìn)行顯示，若需要顯示，要先將液晶顯示屏清屏，再寫入想要顯示的數(shù)據(jù)，在顯示程序中的編程按照時序即可。

2.4 寄存柜儲物情況子程序設(shè)計

系統(tǒng)在收到“存”的指令后，要對柜子的基本情況進(jìn)行分析。對于8個寄存柜的存放狀態(tài)設(shè)置了一個8字節(jié)組，將寄存柜編號設(shè)置為0～7并且相同于數(shù)組編號。若編號對應(yīng)變量為0則說明此柜子是空的可以使用。若寄存柜編號和對應(yīng)變量相同則柜子不為空。若所掃描的8個變量都不為0，說明所有寄存柜已滿，沒有可以提供使用空柜子。若不都為0，則從第0號的變量進(jìn)行逐個掃描，直到掃描到為0的變量，并打開編號相對應(yīng)的寄存柜，并將柜子的編號設(shè)置為次變量。當(dāng)使用者取走物品時，則對應(yīng)的編號變量將會變成0。

3 仿真、PCB設(shè)計、安裝調(diào)試

3.1 系統(tǒng)的仿真

在仿真時使用USB轉(zhuǎn)TTL來連接指紋模塊，使用串口配置波特率為9600、1位停止位、8位數(shù)據(jù)位的串口工具與指紋模塊在仿真系統(tǒng)中進(jìn)行通訊。

3.2 PCB設(shè)計

利用電路原理圖來繪制所需要的電路板，采用驅(qū)動板為一個電路板，控制板為一個電路板。這種驅(qū)動板與控制板分離的方法能有效地防止控制部分被施加因驅(qū)動板損壞產(chǎn)生的大電壓[5]。PCB圖見圖4。

圖4 PCB圖

3.3 系統(tǒng)的調(diào)試

PCB設(shè)計好之后，按照電路圖進(jìn)行焊接，焊接完之后進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試之前首先要對電路板是否可以正常工作進(jìn)行檢測。在電路板可以正常工作的前提下進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，可以使用萬用表測量各點(diǎn)的電位，使電路直流工作狀態(tài)能夠符合本設(shè)計的要求。靜態(tài)調(diào)試無誤后可進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，通過將符合要求的信號加入輸入端，檢測各點(diǎn)的輸出信號是否正常。如若在調(diào)試中出現(xiàn)故障可采用直接觀察法、部件替代法、對比法等來找出故障點(diǎn)，進(jìn)而解決故障。實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 實(shí)物圖

4 總結(jié)

設(shè)計的硬件軟件設(shè)計合理，能夠在實(shí)現(xiàn)用戶安全自由地存放物品的同時，無紙化操作克服了傳統(tǒng)寄存服務(wù)中的條形碼易丟失、資源浪費(fèi)等缺陷，滿足人民的需求。