超市顾客储物柜的设计

2023年4月22日发(作者：创意家居用品批发网)

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

超市顾客储物柜的设计

一、市场调研

在空间狭小、物品繁多的室内场合，传统的储物柜和物品管理方式显得捉襟见肘。

传统的储物方式多以利用地面附近空间、人工取放的方式进行，高处空间利用率低下。在通

过利用室内高处空间、提高物品摆放密度等方法，提高物品的利用率的同时也会对整套储物

系统的易用性、自动化程度提出更高的要求。在物品管理方面，物品以往多通过人脑或者书

面记录的方法进行记录。在物品种类繁多或需要准确管理的情况下，这种方式效率低下，可

靠性较差，需要较多的人工成本。针对这些问题，利用智能家居和家具机电一体化的理念，

采用机电一体化和自动仓库相关技术，商家们设计了多种适用于家庭、超市和办公室等场合

使用的智能储物柜及物品存放自动化管理系统。

其形式如下：

扫描条码式 输入密码式

各方案简单介绍：

（a）扫描条码式：该类储物柜是目前最为流行，应用最普遍的方式，该方案通过每次

获取的不同条码来作为钥匙，该方案的优点是操作简单，安全性高，缺点是条码容易丢失，

给顾客带来麻烦。

（b）输入密码式：该方案的通过输入密码来打开柜门，此方案的缺点是操作繁琐，密

码不易记住。

（c）和（d）电子钥匙式与智能卡式工作原理基本相同，其主要优点是磁卡便于携带，

不易丢失。

（e）指纹解锁：这种方式通过顾客指纹来打开柜门，其主要优点是钥匙（指纹）永不

会丢失和被窃取，安全可靠；缺点是成本较高，且指纹解锁技术尚不成熟。

1

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

二、总体方案设计

我们总体方案设计采用智能刷卡回收式，采用刷卡式的原因主要是卡片易于保存，不易

丢失，并且可重复使用，减少环境污染，很好的避免了条码丢失现象，并减少了物品丢失现

象。

其主要操作方式为顾客按下存包按钮，储物柜自动发卡，对应的柜即可打开，显示屏幕

上显示柜号，并且语音提示柜号，用户可随即放入物品并关闭储物柜；提取物品时，为防止

顾客不将卡片归还，采用刷卡回收一体式，及顾客将卡片放在磁卡回收口（内有读卡器）处

进行卡片回收，如果卡片正确，对应的储物柜自动打开，顾客可取出寄存物品，否则系统报

警语音和显示错误并拒绝开柜，用户可根据提示查找愿意。

由于安全性和高效率管理的需要，我们设计的储物柜系统遵循了下列原则：设计及实

施应按照国家和地方的有关标准进行，做到系统的稳定、先进、合理、经济、结构化和可扩

展性，实现系统的实用和管理的便捷。

三、机械结构设计

1.总体机构图

2

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

2.自动关门机构

原理图：

门打开状态 门闭合状态（不能关到底）

注：设计成不能关闭的到底的状态是为了在电磁铁失电后，柜门可以自动打开，

方便顾客找到。

柜子采用组合式设计，可根据客流量的多少，来增加和减少柜子数量

3

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

4.电磁铁开关：

电磁铁通电，磁铁吸和，柜门关闭；不通电，则在弹簧作用力下，柜门打

开。

四、传感器及执行器机构设计

传感器设置：

1.柜门处安装电容传感器，检测柜门距离完全闭合时的位移。在关闭柜门时，为防止顾

客没有完全关闭柜门，当柜门在自动关门机构的作用下，距离关闭时的位移小于设定值时，

电磁铁通电，实现自动关闭。

4

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

2.磁卡检测及回收装置处用到的传感器：在磁卡入口设置电感传感器，通过插入磁卡方式电

感变化来判断有无磁卡插入并且根据电感变化的大小来判断磁卡插入是否正确（可能误差其

他卡）以及柜号，在满足以上条件的情况情况下，电磁铁断电，柜门打开。

磁卡感应工作电路

步进电机的选择：

电机型号 57BYG350FA 电流 3.0 A

相数 3 电阻 1.3O

电感 1.4 mH 步距角 0.6/1.2 度

保持转矩 0.45 Nm 定位转矩 0.021 Nm

转动惯量 4.1kgcm2 重量 0.5 kg

尺寸说明 42L/mm

5

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

五、程序及软件设计：

电子储物柜控制系统由中央控制与门控部分两部分组成，中央控制（上位机）由微机

构成，门控部分考虑用单片机作为主控芯片，辅以相关的键盘、显示、语音、ID卡识别系

统以及门控驱动电路构成。两部分之间采用串行通信方式进行数据交换。系统的组成如图所

示：主要是由上下位机部分组成。

此储物柜控制系统是以智能卡技术、计算机技术为核心，加上可靠的门锁控制设备，从

而实现储物方便、安全、实时的现代化管理；该系统可实现超市等顾客储物权限及信息监督

管理功能。

自动储物柜下位机软件具体设计过程如下：

（1）判断是否有键按下，若有键按下或有磁卡插入。

（2）若有按键按下，则判断是否有空柜，若有则语音提示空柜标号并打开，顾客存包；若

无空柜，则显示器及语音提示无空柜，请稍后。

（3）若有磁卡，并且磁卡读取正确，则磁卡回收器回收磁卡，并将对应柜子打开，顾客取

包。

其功能流程图如下：

6

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

中断服务流程图：

应急情况处理：

对于处理异常情况(如磁卡遗失、磁卡消磁等)，本系统采用上位机与下位机通信的方

法来解决，实现了在异常情况的半自动功能，并且利用上位机的数据库来记录各种异常情况，

使本系统更有安全性。

7

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

用上位机能够对储物柜扩展作出最快的响应，然后通过改变传送数据格式来通知下位机

储物柜个数发生了变化，对损坏的储物柜以同样的方式处理。

此设计新颖之处在于：采用了上位机和下位机的通信，把下位机的数据传至上位机，可让

管理员实时监控储物柜的状态，并能对异常情况进行处理。上位机对客户丢失磁卡（电子钥

匙）能作实时处理，并且设置报警标志，送至下位机，实现整个系统智能化。

整个应用程序采用C语言编程,程序结构主要包括循环主程序、PID控制程序、监控子

程序、控制中断服务程序、显示程序和通信程序等。

系统启动后执行启动代码后,跳转到应用程序C语言main()函数的入口处,即进入循环主程序

在循环主程序的执行过程中,依次调用相应的子程序和

等待相应的中断发生执行中断服务程序。

C语言程序如下：

#include"reg 51.h"

#include"LCD_1602.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit RW=P3^4;

sbit RS=P3^5;

sbit E_LCD=P3^3;

sbit BUSY=P2^7;

char code LCD_TAP[10]={""};

void delay_1602(unsigned int i) //延时函数

{

while(i--);

}

void PAN_BUSY(void) //判忙 子程序

{ P2=0xFF;

RS=0; //选择指令寄存器

8

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

RW=1;//读状态

E_LCD=0;

delay_1602(1);

E_LCD=1;

while(BUSY==1){

；}

}

void WRITE_ML(uchar m) //写命令子程序

{ P2=m;

RS=0;

RW=0;

E_LCD=0;

PAN_BUSY();

E_LCD=1;

}

void WRITE_DAT(uchar dat) //写数据子程序

{

P2=dat;

RS=1;

RW=0;

E_LCD=0;

PAN_BUSY();

E_LCD=1;

}

void lcd_dsp(uchar l,uchar h,char a[], uchar n)

{ uchar i;

if(l==0) //LCD第0行；

{

9

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

WRITE_ML(0x80+h);

for(i=0;i

WRITE_DAT(a[i]);

}

else

if(l==1) //LCD第1行；

{

WRITE_ML(0xc0+h);

for(i=0;i

WRITE_DAT(a[i]);

}

}

void lcd_no_write(uchar l,uchar h,uchar cont,uchar n)

{ uchar i;

if(l==0)

{

WRITE_ML(0x80+h);

for(i=0;i

WRITE_DAT(LCD_TAP[cont]);

}

else

if(l==1)

{

WRITE_ML(0xc0+h);

for(i=0;i

WRITE_DAT(LCD_TAP[cont]);

}}

void LCD_1602_init(void)

{ delay_1602(100);

WRITE_ML(0x01);// 清显示

10

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

WRITE_ML(0x38);// 8位点阵 允许双行显示

WRITE_ML(0x0a);// 开显示

WRITE_ML(0x80); //第一行显示

delay_1602(100);

WRITE_ML(0x01);// 清显示

WRITE_ML(0x38);// 8位点阵 允许双行显示

WRITE_ML(0x0C);// 开显示

WRITE_ML(0x80);}

控制及执行电路

注：此处仅以五个储物柜来简单代替，随着柜子数的增加，电路只是再次

基础上简单的叠加。

11

机电产品课程设计 组员： 1002103205刘其琛 1002103103秦梦乔

六、结论

我们设计的IC卡式超市顾客储物柜是将智能家居的理念与自动化存储的理念相结合，

而设计出的新型实用储物系统，其包括了包括系统结构、硬件组成、软件设计和通讯协议等

在内的各大部分。经过我们组员认真的理论分析和检测，系统运行很稳定，并且操作方便，

界面友好。我们的智能电子储物柜使得自动储物柜更加人性化，易于操作。物品管理的功能

有助于对物品进行查找、分类、管理和统计。减少了人力的实用，降低了成本，避免了人为

错误而引起的财产损失，同时降低了物品丢失或被偷窃的危险，我们一致认为，超市顾客储

物柜在未来还会有更好的发展前景。

12