毕业论文快递包裹取件柜电脑控制器设计.docx

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1、毕业论文快递包裹取件柜电脑控制器设计目录 一、 绪论 . 1 1. 概述 . 1 (1) 快递包裹取件柜的发展历程 . 1 (2) 我国快递包裹取件柜的发展现状和发展趋势 . 1 2. 3. 本课题的研究意义及背景 . 2 本文的主要研究内容 . 2 二、 系统概述 . 3 1. 2. 系统设计要求 . 3 系统设计方案比较与论证 . 3 (1) 控制器的方案选择比较 . 3 (2) 键盘电路方案比较 . 4 (3) 电源内部电路选择 . 4 三、 系统硬件设计 . 5 1. 系统部分硬件介绍 . 5 (1) AT89C52. 5 (2) 外部时钟芯片DS1307 . 6 (3) 扩展芯片PC

2、F8574 . 7 2. 系统硬件电路设计 . 7 (1) 系统基本框架 . 7 (2) 电源电路设计 . 8 (3) 外部时钟电路设计 . 8 (4) 电控锁装置电路设计 . 9 (5) 液晶显示LCD装置电路设计 . 10 (6) I2C外围扩展电路设计 .11 (7) 数据存储芯片电路设计 .11 (8) 12位矩阵式键盘电路 . 12 (9) 检测模块硬件电路 . 12 (10) (11) (12) GSM模块接口电路 . 14 SD卡的接口电路设计 . 15 扬声器报警电路设计 . 16 四、 系统软件设计 . 17 1. 2. 3. 系统软件设计主要思想 . 17 主程序流程图 .

3、 17 LCD界面流程图 . 18 4. 5. 6. 7. 8. 矩阵键盘流程图 . 20 GSM模块流程图 . 21 检测取件柜有无物体存在程序流程图 . 22 检测取件柜门是否关好程序流程流程图 . 23 报警模块流程图 . 23 五、 Proteus仿真与结果分析 . 24 1. 仿真调试 . 24 (1) 仿真软件的介绍 . 24 (2) Keil与proteus联合进行调试步骤 . 24 2. 仿真过程 . 24 (1) 启动仿真. 24 (2) 存界面 . 24 (3) 随机生成验证码 . 25 (4) 存入物品界面 . 25 (5) 取界面 . 25 3. 错误分析 . 25 六

4、、 总结 . 26 致谢 . 26 参考文献 . 26 附录 . 27 1. 2. 附录一：系统总电路图 . 27 附录二：系统部分程序 . 27 毕业设计说明书 中文摘要：随着互联网电商行业的蓬勃发展，快递包裹在日常生活中更是随处可见。由于人工的快递包裹存取件存在一定弊端并影响快递包裹的效率，快递包裹取件柜也应运而生并快速发展。在国外，快递包裹取件柜自助站建设已有10多年历史，目前全球已有将近20个国家开始应用。本文通过对快递包裹取件柜的系统研究，分析了目前国内快递包裹取件柜的基本功能，分别从硬件和软件方面，实现了快递包裹取件柜的电脑控制器设计，采用了AT89C52为核心控制芯片。整个系统除

5、单片机主控部分，有液晶屏幕显示LCD模块，有12位矩阵键盘输入模块，扬声器报警模块，以及GSM模块发送模块和SD卡外部存储模块等。整个过程大体为快递员先输入收件人的手机号码，然后将物件放入取件柜，系统即会自动向收件人发送短信的验证提取码，收件人凭借其验证码即可取走包裹。快递包裹取件柜不仅节约了人力成本，也大大提高了快递包裹的运输效率。 关键词：快递包裹，单片机，电脑控制器 毕业设计说明书 Abstract：With the rapid development of the Internet industry, electricity supplier courier parcel in dai

6、ly life is everywhere. Because there are some disadvantages of artificial express parcels member access and influence the efficiency of express parcels, express parcel pickup cabinet came into being and developed rapidly. In other countries, express parcel pickup cabinet buffet station construction

7、for 10 years, Currently there are nearly 20 countries began to apply. Through systematic research on the express parcel pickup cabinet, analysis of the current domestic express parcel pickup cabinet basic functions, respectively, from hardware and software to achieve a computer controller design exp

8、ress parcel pickup cabinet, Using AT89C52 as the core control chip. In addition to the main section of the entire system microcontroller, LCD module with 12 matrix keyboard input module, speaker alarm module, and GIM module transmitting module and SD card external memory module. The whole process ge

9、nerally courier to enter the recipients phone number, and then take the object into the cabinet member, the system will automatically send SMS verification code to extract the recipient, the recipient can be removed by virtue of its codes package. The whole process generally courier to enter the rec

10、ipients phone number, and then take the object into the cabinet member, the system will automatically send SMS verification code to extract the recipient, the recipient can be removed by virtue of its codes package. Express package pickup counter not only saving labor costs, but also greatly improve

11、 the transport efficiency of express parcels. Key Words：Express parcels, single-chip, computer controller 毕业设计说明书 一、 绪论 1. 概述 (1) 快递包裹取件柜的发展历程 随着互联网电商行业的蓬勃发展，快递包裹在日常生活中更是随处可见。由于人工的快递包裹存取件存在一定弊端并且会影响快递包裹的效率，快递包裹取件柜也应运而生，快速发展了起来。在国外，快递包裹取件柜站点已有10多年的建设历史，目前全球范围内，开始应用快递包裹取件柜已有近20个国家。在日本，有一个标准的配置用来收发快递，在

12、每栋楼宇都会有，主要是*进行投资安装快递包裹取件柜，操作也十分简单，是公益属性的基础设备；而德国敦豪快递服务公司(DHL)也不例外，因其铺设量足够大，其运营收入足以维护成本和收回投入，系统不单独收费，目前已向境外拓展。最近五六年，欧洲各国爱沙尼亚、法国、俄罗斯也在陆陆续续的开展了快递包裹取件的系统建设；在美国，亚马逊的“Amazonlocker”相当普遍，快递包裹取件柜通常会安置于24小时便利店、杂药店及货店，消费者可选择三日内取货；在XX年底谷歌选择收购了的创业公司Bufferbox储物柜更是对国内快递包裹取件柜的投资与开发起到推波助澜的作用。 (2) 我国快递包裹取件柜的发展现状和发展趋势

13、 我国的物流业虽然发展较晚，但可以看到的是未来发展的前景巨大，随着电商发展带动了快递业发展而快速的扩展开，快递包裹的增长率每年持续不下。我国的电商发展让网购变成为了最新的购物时尚，网购人群的数量庞大，致使快递行业的生意也变得异常火爆，于是在快递员送快递时的最终端，买家和快递员经常会在时间上无法协调，导致快递员会在买家之间反复的穿梭，浪费了时间，效率也大打折扣，面对这种局面的难题，大家称之为“快递行业的最后一公里”， 尤其是快递公司关注的焦点,而快递包裹取件柜则会非常有助于改善这样的问题。 在国内，据国家统计局的数据显示,XX年上半年,全国快递包裹同比增长25.6亿件。国家邮政局召开的XX年全国

14、邮政管理工作会议，根据预计，XX年我国快递业业务量将完成275亿件，同比增长34%。快递包裹取件柜是近年来兴起的寄递终端设备，以综合成本较低、24小时值守、安全方便等特点，受到包括了中国邮政在内的各大寄递服务商的青睐，并且还有不少的非寄递企业在投资建设智能包裹柜，布局城市投递终端网络。XX年，京东商城自提柜已经悄然现身，据称，截止目前京东已在全第1页 毕业设计说明书 国37个城市铺设了上千台自提柜，日均单量破万；苏宁易购则在其全国线下门店设置自提功能；其它的物流企业如顺丰、圆通、韵达、中通等也均开始尝试使用自提货柜；XX年申通快递高调宣布将投资3000万元，重点在学校、社区建立约3万个自提柜。

15、国家邮政局最新的发布中国智能快递柜发展分析现状及趋势报告来显示，目前我国业务量前50位的城市共安装智能快递柜31156组，累计派送快件超过1.13亿件。由此可见，快递包裹取件柜也越来越受到重视。虽然目前快递包裹取件柜也面临一些问题，由于处于发展初级阶段，例如成本较高，普及力度等多方面也需要进一步的改善，但是不可否认，它在未来发挥的作用必然会使得产出大于投入。 2. 本课题的研究意义及背景 目前在杭州，已有部分第三方企业和快递企业开始推广快递包裹取件柜，但数量非常有限。个别拥有该技术的国内企业，今年也曾到过杭州的一些写字楼、社区来推广取件柜，但订单量很不尽人意。 企业试水，快递企业、电商集体发力

16、，目前，各大快递企业都在抢占有利地形。比如，韵达快递在上海投放了数台自助快递机；申通宣布投资3000万元，要在社区和学校建立数万个自提货柜；顺丰也有同类的智能储物柜的产品，并在杭州部分区域投放。顺丰速运杭州方面的负责人介绍，他们自行研发的快递储物柜目前在杭州已开始推行，功能主要体现在寄件上，针对的是按月结算的客户，散客寄件还不行。寄件人在该机器前自填快递单，然后将要寄出的包裹存到货柜内，快递员会来取包裹。“自提功能目前还没有。” 另外，电商大佬们也在发力快递智能柜市场，京东商场在北京、上海等地已有试水；亚马逊中国宣布和全家便利店合作，也在推广自提服务；苏宁易购宣布在线下门店试点自提区。杭州有企

17、业尝到“头口水”，据悉，京东投放的自提货柜来自一家杭州本土企业：东城电子，一家主营生产寄存柜的实体企业。该企业的产品通过与电商合作，已在北京、上海、广州等地陆续投放，算是国内较早关注这一市场的企业之一。 据统计，其实截至XX年时，快递行业就已经收入上千万元，已占领了邮政行业的半壁江山，电子商务的快速发展使得其以每年20%的增速发展，快递包裹取件柜也会对快递企业起到推进作用，快递包裹取件柜不仅可以降低各快递企业的运营成本，也可以拓展经营渠道，这已经是必然的趋势。 3. 本文的主要研究内容 第2页 毕业设计说明书 本文基于快递包裹取件柜，主要是针对了快递包裹取件柜电脑控制器的设计，该系统主要包括以

18、下几个模块：GSM模块，单片机模块，I2C扩展端口模块，电控锁模块，报警模块，液晶显示模块，检测模块，十二位矩阵键盘等模块组成。 本设计采用的GSM模块为西门子TC35系列的TC35i芯片。与无线通信模块的TC35是兼容的，其更为紧凑的结构设计，也大大得降低了产品外形的尺寸。采用AT指令来进行编程，达到使用GSM网络来向用户发送短信验证码的功能。 单片机使用了51系列的STC89C52，考虑综合条件，其能基本完成所需功能。由于模拟使用四个柜子，在电路设计上出现了引脚端口不够的现象，因此使用I2C 总线扩展芯片扩展了电路的引脚端口。 检测电路则分为两部分，是通过硬件来检测柜门内有没有存放物品和柜

19、门有没有关好这两个方面来出发的，通过使用传感器经过放大器后将模拟信号改变为开关量。十二位矩阵键盘模块采用了软件扫描来进行工作，实现用户输入。 二、 系统概述 1. 系统设计要求 根据任务书的要求，对于快递包裹取件柜，利用单片机实现快递包裹取件柜电脑控制，要求实现功能有： 1）一般用户的功能：按存物时，随机打开空箱，并输入取物时密码，系统给出相应的提示；取物时，需要用户手机收到的随机验证码进行输入，实现打开相应的箱体；当箱体内有东西时，按存物按钮，不会被打开。 2）管理员用户: 可以打开所有存有东西的箱体；能够清除所有密码,以防止被用户把空箱设密码；能够打开指定的任何一个箱体 。 3）能够根据输

20、入的取件人号码，来通过GSM模块自动的向取件人发送验证码。 4）人机化的界面设计，方便用户简单快速了解系统，掌握其用法并使用。 5）单片机的接口电路设计，可以显示当前时间的时钟电路。 6）能自动的对必要信息进行记录，方便工作人员的查询。 2. 系统设计方案比较与论证 (1) 控制器的方案选择比较 本设计本身即需要使用单片机来作为主控制器，并且由于单片机可以高效快捷且较方便的将软件程序与硬件电路相互结合，在修改物件时也较为便捷，同时可以第3页 毕业设计说明书 使用proteus来进行设计仿真的需求，在其基础上，通过改变软件程序也可达到升级换代的作用，加上快递包裹取件柜系统本身没有其它的高标准要求

21、，根据系统的总体设计分析后，决定使用ATMEL家生产的AT89C52作为该系统控制器的方案选择，其可以实现系统设计过程中的时钟复位电路和报警电路，电控锁电路以及检测电路等，模块较全，且具备性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。 (2) 键盘电路方案比较 键盘在系统设计中，实现的是以数据输入达到传送目的的功能，键盘分为编码和非编码的，单片机系统大多使用非编码键盘。键盘电路也可以通过键盘驱动显示芯片实现。在本设计中，由于主控制器为单片机51系列，键盘设计为12位按键，相对简单，故并不需要通过驱动显示芯片来实现。键盘从硬件结构上分类，可分为并行接口的立式键盘结构和行列式矩阵键盘。

22、最简单的并行接口的独立式键盘结构如图所示，独立式键盘结构则是指每一个按键占用一根I/O端口线，它 图2.1 独立式键盘结构 的电路是独立的，由一根I/O线输入按键的通断状态，其电路配置灵活，软件结构简单，但输入口浪费大。考虑到单片机的引脚端口数量，操作速度也并没有很高要求，为了节约引脚端口的使用数量，本设计中采用了行列式矩阵键盘，只需要使用7个引脚端口。 (3) 电源内部电路选择 本设计中需要将220V电压调变为5V，故需要一个电源电路来改变电压，将交流电压220V通过变压器变压，再经过整流桥整流、滤波电容进行滤波后，经过稳压得到稳第4页 毕业设计说明书 定的电压。在稳压器的选择上，由于780

23、5三端稳压IC内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，这使它的性能很稳定。各厂家的7805参数都差不多，最大输出电流不能超过1.5A。器件有良好的温度系数，因此产品的应用范围很广泛。可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题，输出电压误差精度分为3%和5%。且78系列的稳压管外部电路组成稳压电源时所需要的外部组件极少，在一定程度上有助于设计电路的简洁化。故该电路设计中选择了7805稳压器。 三、 系统硬件设计 1. 系统部分硬件介绍 (1) AT89C52 本设计采用的51单片机基本结构与其他系列单片机无异，均有CPU、内部存储器、定时/计数器、中断系统控制器、并行I

24、/O口，全双工串行口及OSC时钟电路。其内部结构方块图如下： 图3.1 单片机内部结构方块图 I2C总线是由荷兰的PHILIPS公司开发的两线式的串行总线，用以连接微控制器及其外围设备。是一种微电子通信控制领域广泛采用的第5页 毕业设计说明书 一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具备有接口线少，控制方式简单，以及器件封装形式小，和通信速率较高等优点。本设计涉及使用了I2C总线扩展技术，用了P3口的第二功能,于是这里着重讲一下P3口的结构与功能。P3口的第一功能就是作为通用的I/O口使用，第二功能就是作为控制和特殊功能口使用，这时8条端口线所定义的功能各不相同。P3口能带3个或4个TTL负

25、载。P3口第二功能的定义如下图所示。 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 串行输入口(RXD) 串行输出口(TXD) 外部中断0(INT0) 外部中断1(INT1) 定时/计数器0的外部输入口(T0) 定时/计数器1的外部输入口(T1) P3.6 外部数据存储器写选通(WR) P3.7 外部数据存储器读选通(RD) 表3.1 P3口各个引脚的第二功能 (2) 外部时钟芯片DS1307 DS1307是I2C总线接口实时的时钟芯片，可独立于CPU工作，同时计时准确，还有备用电池引脚以防主电源掉电情况下无法工作的情况，有产生年月日时分秒的功能，闰年还可自动调整，内部还具有集成

26、一定容量、具有断电保护特性的RAM，可以保存一些关键的数据。I2C总线是飞利浦公司专用的一种二线专利技术，它用两根线SDA串行数据线和SCL串行时钟线连接多个具有I2C总线接口的外围设备器件，每个I2C器件都有唯一确定的地址。 图3.2 DS1307硬件电路 第6页 毕业设计说明书 (3) 扩展芯片PCF8574 PCF8574是一款带I2C总线,具有CMOS电路的芯片，是PHILIPS公司推出的。可使大多数MCU实现远程I/O口扩展，该器件包含一个8位准双向口和一个I2C总线接口，PCF8574电流消耗很低，且口输出锁存具有大电流驱动能力，可直接驱动LED。它还带有一条中断接线INT可与MC

27、U的中断逻辑相连。通过INT发送中断信号远端I/O口不必经过I2C总线通信就可通知MCU即单片机是否有数据从端口输入，这意味着PCF8574可以作为一个单被控器。 图3.3 PCF8574功能框图 2. 系统硬件电路设计 (1) 系统基本框架 图3.4 快递包裹取件柜系统框架 第7页 毕业设计说明书 如图所示，以AT89C52为硬件电路核心控制的芯片，12位矩阵键盘作为系统输入，输出则用液晶LCD12864显示屏，使用电控锁控制柜门的开关，硬件检测电路来模拟检测门柜是否关好，柜内是否有物体已放入，扬声器负责非法操作发生时的报警电路，GSM模块负责发送验证码短信给取件人，以及搭载的外部存储SD卡

28、，和对必要信息的记录。该系统大致工作流程如下：工作人员在存件时，进入管理者界面，输入快递包裹取件柜的密码，进入存件界面后，工作者通过液晶显示屏界面输入单位编号及取件者的手机号码，单片机会在接收到命令后，扫描系统中是否有空柜，如果未存满则会打开一个空箱，存入物件后手动关闭，随后单片机会自动生成四位随机整数，结合着箱柜号生成的六位验证密码，密码将会以短信的信息来通过GSM网络发送给取件人，然后内部存储器将会记录保存过程中的必要信息，方便日后信息查询以及之后的密码验证。取件人在取物时，按“取物”键，进入用户的界面，通过键盘输入短信验证密码，使相应的箱子打开，取走物件。若连续三次发送密码输入错误的情况

29、，则扬声器报警系统启动报警，同时一定时间内系统进行锁定，无法进行输入操作。 (2) 电源电路设计 图3.5 电源内部电路硬件电路设计 本设计中采用的电源主要是5V电压，所以采用7805芯片使输出电压为5v。电源电路采用了变压器进行变压，变压比设置为1:12，则是将220V变为18V左右的，经过变压器再经过桥式整流，将交流电源变为直流电源，再通过滤波电容C1和C3进行滤波,同时起到分压作用，最后通过7805进行稳压输出5V电压，电容C2的作用是保护电路。 (3) 外部时钟电路设计 第8页 毕业设计说明书 图3.6 外部时钟电路设计 外部时钟电路采用的是上文中提到的DS1307芯片，该芯片使用了I

30、2C总线技术扩展的SCL的AA线和SDA的AB线，分别并联了P3口扩展芯片的SCL端线和SDA端线，达到了记录日期，时分秒的目的。 (4) 电控锁装置电路设计 图3.7 电控锁硬件电路设置 本设计电控锁的硬件电路如图3.7所示，由于仿真了四个柜子，故本设计有四个电控锁以供分别使用。采用了G2RL-14-E-CF-DC12型的功率放大器，可承受250V的交变电压以及16A的电流。该电控锁一般处于关闭的状态代表着快递包裹取件柜的锁是闭合的，当P0.0口的单片机输出信号，电流经过三极管放大器的作用将会使RL1导通，第9页 毕业设计说明书 于是电磁铁L1吸和，此时电控锁处于开的状态，可进行物品存放，或方便管理者检查判断