摘 要

本文以《STM32 智能快递柜外卖存取柜 GSM 短信设计》为题，探讨了一种高效便捷的智能存取柜系统设计。该系统以 STM32F103C8T6 单片机核心板为控制中心，集成了多个关键模块。GSM 短信通信模块使得用户能够及时接收取件信息，提高了存取的便利性和时效性。TFT1.44 寸彩屏液晶显示电路可清晰展示柜子状态和操作提示，方便用户快速了解情况。JR6004 语音播报电路为用户提供语音引导，尤其对视力不佳或不熟悉操作的用户提供了极大帮助。四路舵机驱动电路确保柜子的门能够准确、稳定地开启和关闭。矩阵按键电路则为用户提供了多种操作方式，满足不同场景的需求。电源电路为整个系统提供稳定可靠的电力支持。该智能快递柜外卖存取柜系统具有智能化程度高、操作便捷、安全可靠等优点，为快递和外卖的存取提供了全新的解决方案。

关键字：STM32、智能存取柜、GSM 短信、便捷高效

3.硬件电路的设计

3.1 系统功能分析和硬件框图
本系统由STM32F103C8T6单片机核心板、GSM短信通信模块、TFT1.44寸彩屏液晶显示电路、JR6004语音播报电路、四路舵机驱动电路、矩阵按键电路及电源电路。
【1】硬件相当于存取柜，可通过工作员验证密码后存件，通过GSM短信发送取柜号及密码。用户输入取件码进行取件。同时液晶显示所有相关信息。语音播报操作结果。是一个非常强大的设计。
【2】上电液晶初始化显示，语音播报。首页显示标题及广告信息。矩阵按键可以进行菜单选择，进入菜单后有"1.取件码取件"、“2.工作员存件”、"3.联系后台"选项。
“1.取件码取件”:输入取件码进行取件，用于收到短息后，输入6位取件码，输入后对应货柜舵机相应动作、语音播报、显示信息提醒。
“2.工作员存件”：首先工作元验证密码，默认123123，输入正确后存取柜自动分配柜号才能够进行存件，存件时输入11位手机号并自动生成随机6位取件码，设备会给该11位手机号发送相应密码信息。
“4.联系后台”：显示存取柜公司信息。
【3】实际操作流程，和显示中快递存储柜基本一致。
语音播报包括：
“工作员密码错误，请重新输入”、“存件成功，请关好柜门”、“取件成功，请关好柜门，携带好您的物品”、“取件码不存在，请核对”、“异常问题请联系我们”。
工作员密码：123123
按键布局：
1 2 3 菜单向上选择
4 5 6 菜单向下选择
7 8 9 菜单确认
重输 0 关柜门 进入/退出菜单项
图3-1是其系统框图：

图3-1系统框图
3.2 STM32单片机核心电路设计
STM32系列处理器是意法半导体ST公司生产的一种基于ARM 7架构的32位、支持实时仿真和跟踪的微控制器。选择此款控制芯片是因为本系统设计并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在实现本设计功能的前提下能够提供更丰富的接口和功能以便于设计实验系统各实验项目所需的外围扩展电路。此款控制芯片在完成单片机课程的学习后上手较为容易，在医疗器械中应用广泛，具有很好的学习、实验研究价值。
STM32的主要优点：
（1）使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核
（2） 优异的实时性能
（3） 杰出的功耗控制
（4） 出众及创新的外设
（5） 最大程度的集成整合
（6） 易于开发，可使产品快速将进入市场
STM32—最佳的平台选项
对于使用同一平台进行多个项目开发而言，STM32是最佳的选择：
（1） 从仅需少量的存储空间和管脚应用到需要更多的存储空间和管脚的应用
（2） 从苛求性能的应用到电池供电的应用
（3） 从简单而成本敏感的应用到高端应用
（4） 全系列脚对脚、外设及软件的高度兼容性，给您带来全方位的灵活性。您可以在不必修改您原始框架及软件的条件下，将您的应用升级到需要更多存储空间或精简到使用更少存储空间/ 或改用不同的封装的规格。
单片机也就是我们经常说的单片小型计算机。经常用在控制领域中。是微型计算机的非常重要的一部分。在我们日常生活中经常用来进行控制。单片机主要是由内部单块集成电路构成。内部最为重要的就是包含了cpu处理芯片也就是中央处理器、IO口和存储器。我们只需要用相应的编译器烧写程序就可以实现对外围器件的控制。对单片机的选型设计是以STM32F103C8T6核心板。STM32单片机是一个低电压,高性能微处理和快速可擦除字节。它非常简单,方便,易于使用。在医疗机构和工业生产中广泛应用于实时控制、停车场、计算机外围设备和通信设备等各个领域。

3.6 4X4矩阵键盘模块设计
在单片机按键使用过程中，当键盘中按键数量较多时，为了减少单片机端口的占用，通常将按键排列成矩阵。也就是只需要8个IO口，就可以拥有16个按键的功能。具体的原理和使用方法。。
一、矩阵键盘模块特点：
（1）体积小；
（2）节省空间；
（3）使用方便；
（4）共计16按键；
（5）单片机外扩键盘的上佳选择。
二、模块接口原理图如下图所示。

模块接口电路原理图
三、4X4矩阵键盘模块实物图如下图所示。

4X4矩阵键盘模块模块实物图

4.软件系统设计

4.1 编程语言选择
由于整个程序比较复杂，且计算量较大，用到了较多的浮点数计算，所以程序的编写采用了C语言。
对于大多数的单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点:
不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。
寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的地址和数据类型等细节。
指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。
可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。
与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大大缩短。
C语言的库文件提供了许多标准的例程。
通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到 新程序中。
（8）C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，易学易用。
4.2 keil软件设计思想
KEIL软件是单片机开发者广泛使用的开发工具的，简单的单片内形都是使用这种开发软件的，可以降低开发周期，从而减少很多成本，因此广泛受到开发者的欢迎和使用。在使用汇编语言,然后用KEIL软件开发,实现更深刻的。 KEIL软件提供了一个丰富的使用环境和调用的子程序，在全体的打开窗口中。还有一个重要因素就是。我们多看看编程器是如何生存程序序言的，使得使用者可以体会到其中的乐趣的，感觉到此KEIL软件会非常的好用的，越来越受到广大使用者的欢迎的。其中追要由它大多数代码都是集成的，调用很方便的，那些初学者也会感觉很好用的，起点水平不需要太高的。在开发大型软件,以更好地反映高语言的优势。以下的细节KEIL软件开发系统和使用的各个部分的功能。
4.3 主函数程序流程图
本系统设计主要采用keil软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。系统运行主程序流程图如下图所示。

主函数流程图

4.4 TFT-1.44寸彩屏软件设计
显示屏控制程序简化下来，也相对简单，只需要实现忙检查、写数据、写指令、初始化四个控制函数即可实现对液晶的控制。其显示程序流程图如下：

4.5 4X4矩阵键盘软件设计
矩阵键盘的程序控制一般采用行扫描法。行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，判断键盘中有无键按下，将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。
判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。流程图如下：

5.系统调试

5.1 电路焊接
手工焊接是常用原始的焊接方法，目前大量工厂焊接的生产基本上不采用原始方法了，但是普通元器件的修理、系统测试中经常使用原始的手工焊接。重要的是如焊接本质上出现问题，则会影响到整个控制系统的，可以这么说，焊接的会导致这个控制系统可不可以用的。手工焊接主要有如下四步组成的：
第一步开始焊接：
需要把需要焊接的地方打扫干净，主要去处油迹和灰尘,然后把需要焊接的元器件的两个角向一定的方向掰一掰,注意不能把元器件的脚相交在一起了，这样会影响焊接的。接下来让电烙铁头碰到需要焊接的元器件脚下，放上焊锡丝。此处需要注意的是，不能让烙铁头碰到其它元器件的脚了，要不然会把两个元器件焊接在一起了。
第二步给焊接升温：
当在完成第一步以后，接下来就是加热焊锡丝了，主要是将烧热的电烙铁放在器件管脚旁边，慢慢融化焊锡丝，需要注意电洛铁的温度和加热时间，若时间过长，很有可能焊坏面包板焊盘的，一般建议电洛铁温度调整在400。C左右，加热2秒钟左右，例外也要根据器件种类作出具体区别的。在焊接过程中，当需要把焊接好的元器件卸下来，则也需要给焊接处进行加热的，主要操作是首先在焊接处补好焊锡丝，使焊点是圆润的，然后用电洛铁在焊接处进行加热，在加热的过程中就可以直接把元器件卸下来了，此时一定要主要时间，要不然也会损坏焊盘的
第三部清理焊接面：
当在完成第二步时，有的时候会观察到焊接的不完美或者担心出现虚焊情况，这时候需要进行修改的。主要是两种情况的，第一种是焊锡不够，焊接点不圆润，这时需要给焊接处补焊锡，此时需要注意的是焊锡量不能补多，要不然容易连接到其它期间的引脚的。第二种是焊锡过多，这时候可以用电洛铁放在焊接处来回的滑动，会把多余的焊锡带走的，若不行，只能使用吸锡器了。
第四部检查焊点：
当完成以上三步了，最后就需要整体观察了，主要是观看焊接点是不是圆满、亮度好、紧固，有没有与其它管脚相连在一起了。
5.2 系统调试
整体系统上电调试前，大概观察下焊接的系统还存在问题，例如还有很显眼的断裂，正负极接反以及相连、虚焊、等问题，然后用万用表检测一下，电源正负极之间是否短路等严重的电源问题，最终保证系统没有问题。
5.2.1 系统程序调试
（1）在Keil软件中先创建一个工程：单击菜单栏中的“工程”，输入新建工程名，并保存。
（2）新建用户源文件：在新建的空白文本中编写程序源代码，编码完成保存文件并文件拓展名“***.c”，新文件创建完成。
（3）程序编译和调试：单击编译按钮，系统会对文件进行运行，在输出窗口中可看到提示信息，如过窗口显示有error信息，则按提示找出错误并改正，直到提示没有错误提示为止。
（4）程序编译无错误后，进入程序调试状态，可查看单片机资源状态，进行断点等方式调试。
5.2.2硬件测试
最后一步就是硬件整体测试了，主要运用万用表、直流电源和示波器对焊接好的板子进行整体调试，主要检查每一个器件是不是都正常工作了，主要分为两个环节动态调试和静态调试。其中静态调试主要分为以下四种：
1、肉眼观察。主要观看焊接点是否饱满，以及相连器件之间是否相连或者器件管脚没有焊接好，出现短路现象。
2、使用万用表调试。首先查看电源是否短路，然后测量管脚是否连接正确，有没有接线错误。
3、上电检查。在完成第一步和第二步都没有问题，接下来就可以上电了，上电以后观看每个器件是否正常工作，然后在逐一测试功能。

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