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智能元器件库管理系统报告

智能元器件库管理系统

    • 摘要
    • 一、引言
    • 二、系统方案
      • 2.1.系统总体规划
      • 2.2基本方案的选择和论证
        • 2.2.1.单片机芯片的方案选择和论证
        • 2.2.2.选择交互模块
        • 2.2.3.设计和选择部件柜
        • 2.2.4板材的生产选择
      • 2.3.系统理论分析
        • 2.3.1、系统框图
      • 2.3.2、设计思路
      • 2.3.3.模块和系统的整体理论分析
        • 2.3.3.1、交互模块
        • 2.3.3.2.柜门控制模块
    • 三、原理图分析
      • 3.1.总体原理图
      • 3.2.模块原理图
      • 3.2.单片机最小系统1、51：
      • 3.2.2、lock模块电路
    • 四、PCB分析
    • 五、BOM表
    • 六、源代码

摘要

随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们的生活、工作、科研和各个领域，并已成为一项相对成熟的技术。本文主要介绍了一种基于它的技术STC89C智能元片机智能元器件库管理系统。详细描述了使用触摸屏开发管理系统的交互界面。单片机通过处理屏幕发送的指令来实现组件库管理的功能，并详细解释了电路设计和功能的实现。本管理系统具有良好的互动体验，具有用户和管理员登录验证、元器件仓储、库存查询、用户账户密码查询、用户增删、节能模式、电源保护等功能。具体的元件和模块有STC89C52RC、XG07C电子锁、DMT10600C070_07W功能完善，结构合理的迪文屏和自制双层木柜。该作品具有交互方便、功耗低、安全系数高等优点，适用于存储管理。

一、引言

随着科技不断发展，现代社会对电子设备的需求有了几何级的增长，但是在仓储管理领域，很多单位还是停留在人工管理的阶段，这样造成了效率低下，保密性差等许多问题。因此，在仓储领域应用电子设备是非常必要的。如何准确把握客户的需求，需要有良好的电路设计能力和编程思维，更重要的是有合理的设计方案。在仓储管理领域，最重要的三个技术部分是交互简单方便、操作系统安全系数高、库存管理高效。基于此，我们制作了一个智能元器件库管理系统，本文将对该系统的功能和实现过程进行详细介绍。

二、系统方案

由于通过单片机实现智能元件库的方法有很多，单片机的类型也有很多选择，因此在进行此设计之前需要明确的选择方案。选择正确的方案不仅可以节省成本，而且可以使我们的设计结果更准确、更完整的功能和更方便的操作。降低了开发难度，缩短了开发时间。

2.1.系统总体规划

这是基础STC89C52单片机智能储物柜的设计，主要结构有主控单元、柜锁单元、显示单元等.显示单元显示存储和用户管理的相关信息，有利于用户及时掌握信息；柜锁单元可控制柜门开关，提醒用户及时关闭。

2.2基本方案的选择和论证

2.2.1.单片机芯片的方案选择和论证

AT89C51是由Atmel公司开发的，AT89C51是一种带4K可编程的字节闪烁可以擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）低压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。它能够与MCS-51兼容。但其存储空间较小，因此不能采用此芯片。 STC89C52RC是STC公司生产的低功耗、高性能CMOS8位微控制器，8位K可编程字节系统Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51核心，但经过大量改进，芯片具有传统51单片机所没有的功能。在单芯片上，有灵巧的8 位CPU 和 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，316 定时器/计数器，4个外部中断，7向量4级中断结构(5向量2级中断结构与传统51兼容)，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 可选择节电模式的静态逻辑操作支持两种软件。在空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口和中断继续工作。掉电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。使得STC89C使用此芯片是为许多嵌入式控制应用系统提供高灵活性和超有效性的解决方案。

2.2.2.选择交互模块

键盘和LCD显示屏 使用矩阵键盘和LCD显示屏开发成本低，开发过程简单。但由于矩阵键盘只能输入数字，因此很难输入帐户密码以外的功能。LCD显示屏的功能相对简单，难以实现复杂的界面。因此，不采用这种交互方式。 内芯片叫LCD驱动器。主要功能是将主机发送的数据/命令转换为每个象素RGB在屏幕上显示数据。MCU-LCD在设计之初，只要考虑到单片机的内存较小，显存就会内置LCD模块内部.然后软件通过特殊显示命令更新显存MCU屏幕往往做不了多少。 迪文屏功能完善强大，开发平台成熟。虽然比方案开发更难，但无疑是提高用户体验和交互效率的更好选择。而且由于迪文屏本身内存空间大，我们可以在屏幕内存空间中保存图片、用户数据等内容，方便交互过程中数据传输速度的提高。另外，使用迪文屏，我们可以设计出更加精致方便的界面，对用户更加友好。综上所述，我们选择迪文屏作为交互工具。

2.2.3.设计和选择部件柜

因为需要带作品去比赛现场展示，所以需要自制大小合适的橱柜，保证结构的合理性。 柜门开关采用簧片和滑轨，可以更方便地弹开柜门。然而，由于机柜的人工构造，滑轨的组装更加困难。而且这种组合功能相对单一，只能简单地弹开柜门，所以不理想。 XG07C电子锁分别有四条线VCC、GND以及两条信号线（其中一条是反馈线），并有自己的弹簧，在接收到解锁信号后自动解锁，并使用弹簧弹出柜门。使用反馈信号线可以让我们检测柜门的开关状态，并在交互界面上提醒我们。综上所述，使用电子锁可以更好地控制柜门开关。

2.2.4板材的生产选择

面包板只需插入导线和部件，操作复杂，线路混乱，容易出错。面包板是插入电路，容易造成接触不良。 采用孔板焊接的电路成本低，设计简单，线路直观，不易出错，可随时添加所需的功能模块。但保存和安全性较差。 PCB板有多层类型，几乎可以实现所有电路的焊接，分级屏蔽信号也称为易于实现，线路保护良好。 所以选择方案三。

2.3.系统理论分析

2.3.1、系统框图

宏观思想

在这里插入图片描述 图2.3.1 系统框图

2.3.2、设计思路

用户根据要实现的功能在触摸屏上点击相应的按钮，屏幕将通过串口向主控芯片发送相应的指令。单片机可以通过编程来判断接收到的指令，从而进入相应的功能。如果您想修改屏幕显示或用户和组件的数据，将向屏幕发出相应的指令。如果您想控制柜门的开关， 会给电子锁相应的电平和信号。

2.3.3.模块和系统的整体理论分析

2.3.3.1、交互模块

<>本系统的交互模块使用的是DMT10600C070_07W的迪文屏，通过该触摸屏实现用户和单片机的交互。 迪文屏把GUI分解成控件并按页面来配置，控件显示直接由变量控制。在通过PC软件配置好控制文件之后，将其下载到DUGS屏，用户仅仅需要通过串口改写变量值即可实现控件显示的相应改变。 触摸屏或键盘录入过程，通过 PC 软件按照页面定义的触控文件（13.BIN）来控制，用户软件仅需要定时（或者参数改变时的串口中断触发）来读取录入变量值即可。 ①、56KB 变量空间，8 通道曲线趋势图存储器，极快（最快 80mS）的变量显示响应速度； ②、 256 字节配置寄存器空间，串口指令读写，用于硬件控制和操作； ③、256MB（可以扩展到 1GB、2GB）Flash 存储器，海量图片、图标、字库存储； ④、每页可设置多达 128 个显示控件（支持显示控件叠加）和任意多的触控控件。 ⑤、SD/SDHC 接口，FAT32 文件格式，可以使用 SD 卡来实现 DGUS 屏硬件参数配置、图片数据下载、软件升级，批量生产时尤其方便，并便于生产档案管理。 ⑥、集成了 RTC（公历/农历）、集成背光亮度调节、背光自动待机、触控蜂鸣器伴音功能； ⑦、支持语音播放功能、支持电容触摸屏、可以在图片存储器空间构造高可靠性用户数据库； ⑧、集成的 DWIN OS 平台，丰富的指令，可以允许用户把一部分代码放到 DGUS 屏上运行，让用户二次开发变得简单，也提供了 DGUS 屏做为系统主控设备的可能。 DGUS 屏采用变量驱动模式工作，屏的工作模式和 GUI 状态完全由数据变量来控制。相应的，串口指令也只需要对变量进行读、写即可，指令集非常简单，一共只有 5 条指令。

图2.3.3.1 迪文屏的指令集构成

迪文屏需要有5V的直流电压输入，带有接地端。另外还有四个用于串口通信的引脚，分别是RX2、RX4、TX2、TX4。由于RX4和TX4需要在OS平台使用，我们使用的是指令集，所以只需要用到它的RX2和TX2与单片机进行串口通信。

  • 系统供电 产品供电通过标有“UART0&Power”的 8-pin 接口。在 PCB 板上有一处可短路接线，标记为 “ON=5V，OFF=6V-42V”，当设置为“OFF”时，供电范围是“6~42V”，当设置为“ON”时， 供电电压为 5V。

  • UART0&Power 接口 UART0&Power 接口的 TXD 和 RXD 分别是发送和接收引脚。UART0&Power 支持 TTL 或者 RS232 电平。在 PCB 板上有一处可短路接线，标记为：“ON=TTL，OFF=RS232”。当设置为“OFF” 时，支持 RS232；当设置为“ON”时，支持 TTL，可直接接 MCU 或者 ARM。UART0&Power 的 8 个引脚定义分别是：VCC、VCC、NC、TXD0、RXD0、RXD0、GND 和 GND。

  • UART1&2&4 接口 UART1&2&4 接口的 TXD 和 RXD 分别是发送和接收引脚。RS232，包含串口 1、串口 2 和串口 4。其 8 个引脚定义分别是：RXD2、TXD2、RXD1、RXD1、TXD1、GND、RXD4 和 TXD4。 UART4 出厂时默认断开，防止用户从那个端口上电导致产品烧坏。用户如果需要用 UART4，需要 短接两个焊盘。

  • 外接扬声器接口 产品提供一个功率为1W的4-pin 2.54mm间距的插座接口，标记为：“SPEAKER”。原理图 如下

2.3.3.2、柜门控制模块

柜门控制开关采用的是XG07C电子锁。通过该模块，我们可以是实现接收单片机信号，弹开柜子，反馈柜门开关状态的功能。

图3.3.2 XG07C电子锁的原理图以及参数

①、机械应急开锁位置：这款电子锁设计有机械开锁装置，在断电的情况下，按下锁杆即可开锁。 ②、开关检测：内置微动开关短路信号检测，上锁即导通，开锁即断开，可反馈门开关状态。 ③、弹簧设计：内置高强度弹簧推杆，提高开门反弹力度，可弹开0.5-0.7Kg的门。 这款电子锁的驱动需要的是12V的直流额定电压，1.8A的直流电源，功率在21.6W。需要注意的是它的通电率为5%，即最大通电时长为500ms，超过这个时间可能会烧坏电子锁。

三、原理图分析

3.1.总体原理图

主要包括最小系统与柜门控制模块，人机交互模块只需通过4P排针即可实现功能。

3.2.模块原理图

3.2.1、51单片机最小系统：

单片机最小系统，也叫做单片机最小应用系统，是指用最少的原件组成单片机可以工作的系统。单片机最小系统通常由三部分组成：电源、晶振、复位电路。在我们设计的系统中，采用了上电复位的方式实现复位的功能，由此省略了复位电路。原理图如下：

！！上图为一开始设计的接法，疏忽没接好复位系统，从而导致一直处于复位状态，单片机无法正常运行。 正确接法如总体原理图所示

a、我们所选用的芯片为STC89C52，它需要5V的供电系统，我们通过USB转TTL模块，通过USB接口给系统供电。从原理图可以看到，供电电路在 40 脚和 20 脚的位置上，40 脚接的是+5V，通常也称为 VCC 或 VDD，代表的是电源正极，20 脚接的是 GND，代表的是电源的负极。

b、晶振电路采用的元件为12MHZ的晶振以及两个22pF的陶瓷电容。晶振起到的作用是为单片机系统提供基准时钟信号，单片机内部所有的工作都是以这个时钟信号为步调基准来进行工作的，STC89C52 单片机的 18 脚和 19 脚是晶振引脚，我们接了一个 12M 的晶振（它每秒钟振荡 12,000,000 次），外加的两个电容作用是帮助晶振起振，并维持振荡信号的稳定。

3.2.2、lock模块电路

柜门的开关在lock模块控制。由于锁所需要的电流是1.5A，单片机流出的电流太小，需放大电流，因此设计了如下所示原理图:

！锁的工作电压虽然是5V，但是对电流也有一定要求，又因为从单片机输出的电流太小，所以需要通过图示电路，进行电流的放大。根据欧姆定理，通过调节R4、R8来控制工作电流。

四、PCB分析

强行掰角度，使得前方刚好可以接上电源 主要在于开关、MOS管与封装不同。 开关通过铁丝，按正确的引脚焊接；mos管由于封装太小，只能更换。 割断原PCB板电线，通过飞线衔接正确电路 这需要通过较大电流，所用电线太细容易烧断电线，通过焊接铁丝分流，减轻电线负担。 焊接困难主要因为所用贴片封装太小，对于刚接触焊接的同学，容易造成虚焊，所以尽量选择大一点的贴片封装，或者改用直插型封装。 单片机引脚损坏，可能是由于自身原因，也可能是由于焊接时间过长。 通过割线飞其他正常引脚的方式解决，也可直接更换单片机。

五、BOM表

序号 名称 物料详细型号 数量 位号 通用封装
1 PCB板 – 1 \ \
2 DC电源插口 KH-DC1009-NW 1 P1 DC-IN-TH_DC002-1.3
3 自锁开关 BTSA-N-P-19 1 SW1 SW-TH_BTSA-X-P-19
4 51单片机 STC89C52 1 U1 STC89C52
5 瓷片电容 22pF 2 C1、C2 CAP-TH_L6.5-W3.5-P5.00-D1.2
6 极性电容 10uF 1 C3 CAP-TH_BD5.0-P2.00-D0.8-FD
7 晶振 12MHz 1 Y1 HC-49US_L11.5-W4.5-P4.88
8 电阻 AC0805FR-7W1KL 1 R1 R0805
9 电阻 100K 2 R2、R6 R0805
10 电阻 10K 2 R3、R7 R0805
11 电阻 2 2 R4、R8 R0805
12 电阻 4.7K 2 R5、R9 R0805
13 MOS管 SI2301_C382299 2 Q1、Q2 SOT-23-3_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.9-BR
14 三极管 S9013_C916365 2 Q3、Q4 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR
15 4P排针 GP26-2520WV-4P 3 – HDR-TH_4P-P2.54-V-F-R1-C4

六、源代码

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原文所在： 原文链接

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