第1章 绪论
这一章讲了单片机在现在生活中的发张趋势和应用范围，并对本课题的背景及意义，阐述了其发展状况。简要说明了本文所介绍的内容。
1.1 单片机的发展史
单片单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早 是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名的例如电子人DZR-01A单片机开发板。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机（Microcontrollers）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
1.2 智能快递柜的发展趋势
近年来，随着电子商务的迅猛发展，快递业务呈高速增长趋势，但快递末端“最后一公里”投递问题却成为快递发展的瓶颈。智能快递投递箱将快件暂时保存在投递箱内，并将投递信息通过短信等方式发送用户，为用户提供24小时自助取件服务，这种服务模式较好地满足了用户随时取件的需要，受到快递企业和用户的欢迎，为解决快件“最后一公里”问题提供了有效的解决方案。国家邮政局领导高度关注智能快递投递箱的发展，指示要尽快开展智能快递投递箱相关标准研究工作，以期在发展初期就对智能快递投递箱的使用与管理问题进行研究和规范，以推动这种服务模式规范化、健康化发展。
自2003年以来，随着电子商务的快速发展，物流面临着严峻的考验。众所周知，淘宝搞的双十一活动，掀起了一股网购大风。不仅如此，快递包裹也跟着席卷开来。各地的物流仓库都出现了快递包裹爆仓，出仓的速度远远跟不上进仓的速度。这种现象的出现与快递配送的“最后一公里”不无关系。
各行各业试图解决这快递“最后一公里”的问题，包括增加配送人员，包裹代收，设立共同配送点等等，不过还是改变不了人等人的局面。最终，智能快递终端被引用进来。
在国外，24小时自助快递站已经有10多年的发展历史，日本每栋楼宇都有一个标准的配置用来收发快递，操作十分简单,只有像信用卡等贵重或者重要物品一定要送达本人签字，德国、俄罗斯、法国、爱沙尼亚等欧洲国都在使用。
2012年2月至6月，DHL国际快递对瑞士3个不同地点的3台全天候自助包裹终端机进行了测试。第一台自助包裹终端机于2月安装在苏黎世的一家加油站，已经投入运营，另外两台将安装到瑞士西部地区。
在国内，智能快递终端还处于刚刚起步状态。不少高新科技公司纷纷推出了各种快递终端。小部分地区已经出现了智能快递终端的身影，它们分布在大中专院校、企事业单位、社区、写字楼、工厂等地。给收件用户提供了一个自由便捷的快递服务。
也许智能快递终端不能完美地解决物流的“最后一公里”，但是，可以肯定的是它将会给人们的生活带来极大的便利。
1.3 设计研究的要求及能实现的主要内容
智能快递投递箱系统物联网这一核心技术，包括前台站点快件存取和后台中心数据处理两部分。物联网就是通过红外感应、蓝牙等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。有了“物物相连”的网络后还需要依靠先进的信息处理技术。
第2章 设计过程及方案
2.1 设计方案
系统采用STC89C52单片机板，使用红外线感应模块，按钮矩阵模块，蓝牙模块控制驱动器控制电机转动的不同角度，将齿轮和齿轮条与异步电机练接。就可以实现齿轮条的转动来控制机械臂的定位。我们在不同的三个按钮上设施了不同的使异步电机旋转的角度。有60度，120度，360度。当操作不同的按钮时三个异步电机就会转动不同角度，机械臂移动到不同位置寻找物品。
2.2 设计原理
使用STC89C52单片机，在STC89C52单片机的P1.0-P1.3接步进电机一，P1.4-P1.7接步进电机二，在单片机P0.0-P0.3接步进电机三。在P2口接矩阵按键，在P3.2接红外遥控，在单片机的P3.1接蓝牙模块的RXD，在步进电机的P3.2口接TXD。其他引脚接VCC和GND。
第3章 硬件电路设计
3.1 最小系统设计
1）在STC89C52单片机的P1.0-P1.3接步进电机一
2）P1.4-P1.7接步进电机二
3）在单片机P0.0-P0.3接步进电机三
4）在P2口接矩阵按键，在P3.2接红外遥控
5）在单片机的P3.1接蓝牙模块的RXD
6）在步进电机的P3.2口接TXD。其他引脚接VCC和GND
3.2 重要元器件介绍
3.2.1 单片机介绍
单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。
该单片机具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，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。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
3.2.2 红外线介绍
红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。
发射机一般由指令键、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。
3.2.3 蓝牙介绍
蓝牙（ Bluetooth ）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。
3.2.4 步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
3.2.5 步进电机驱动器
步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。
3.2.6 矩阵按键
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
第4章 软件设计
软件设计是从软件需求规格说明书出发，根据需求分析阶段确定的功能设计软件系统的整体结构、划分功能模块、确定每个模块的实现算法以及编写具体的代码，形成软件的具体设计方案。
软件设计是把许多事物和问题抽象起来，并且抽象它们不同的层次和角度。将问题或事物分解并模块化使得解决问题变得容易，分解的越细模块数量也就越多，它的副作用就是使得设计者考虑更多的模块之间耦合度的情况。
软件程序:
#include "reg51.h"
#include
#define GPIO_KEY P2
#define const_interrupt_time 792 //840us定时值
sfr AUXR=0x8e;
sbit IR_sr=P3^2; //外部中断口，数据接收口
void delay();
void KeyDown(void);
void TrunLeftMotor1(unsigned long angle);
void TrunRightMotor1(unsigned long angle);
void TrunLeftMotor2(unsigned long angle);
void TrunRightMotor2(unsigned long angle);
void TrunLeftMotor3(unsigned long angle);
void TrunRightMotor3(unsigned long angle);
void initial();//初始化外围
void Int0(); //外部中断函数
void detector_IR();
long unsigned int NumKey=0;
unsigned char ucMotorStep=0; //被触发的电机动作编号 `
unsigned char ucdata; //从遥控器中接受的编码
unsigned char busy=0;
unsigned char d=0;
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void main(void)
{
SCON=0X50;
AUXR=0x00;
TMOD=0X21;
TL1=0XFd;
TH1=0XFd;
ES=1;
EA=1;
TR1=1;
initial();
while(1)
{
KeyDown();
detector_IR();
if(NumKey==1)
{
TrunLeftMotor1(60*1); delay();
TrunLeftMotor2(60*1); delay();
TrunLeftMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor2(60*1); delay(); TrunRightMotor1(60*1); NumKey=0; }
if(NumKey==2)
{
TrunLeftMotor1(60*2); delay();
TrunLeftMotor2(60*2); delay();
TrunLeftMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor2(60*2); delay(); TrunRightMotor1(60*2); NumKey=0;
}
if(NumKey==3)
{
TrunLeftMotor1(60*3); delay();
TrunLeftMotor2(60*3);
delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*3); delay(); TrunRightMotor1(60*3); NumKey=0; } if(ucMotorStep==1) { TrunLeftMotor1(60*1); delay(); TrunLeftMotor2(60*1); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*1); delay(); TrunRightMotor1(60*1); ucdata=0x74; } if(ucMotorStep==2) { TrunLeftMotor1(60*2); delay(); TrunLeftMotor2(60*2); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*2); delay(); TrunRightMotor1(60*2); ucdata=0x74; } if(ucMotorStep==3) { TrunLeftMotor1(60*3); delay();
}
{
d=0;
}
if(d==2)
{
d=0;
}
{ TrunLeftMotor2(60*3); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*3); delay(); TrunRightMotor1(60*3); ucdata=0x74; delay(); TrunLeftMotor2(60*1); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*1); delay(); TrunRightMotor1(60*1); delay(); TrunLeftMotor2(60*2); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*2); delay(); TrunRightMotor1(60*2);
if(d==1) TrunLeftMotor1(60*1); TrunLeftMotor1(60*2); if(d==3) TrunLeftMotor1(60*3);
delay();
TrunLeftMotor2(60*3);
delay();
TrunLeftMotor3(360*1);
delay();
TrunRightMotor3(360*1);
delay();
TrunRightMotor2(60*3);
delay();
TrunRightMotor1(60*3);
d=0;
}
}
}
void KeyDown(void)
{
char a=0;
GPIO_KEY=0x0f;
if(GPIO_KEY!=0x0f)//读取按键是否按下
{
delay();
if(GPIO_KEY!=0x0f)//再次检测键盘是否按下
{
GPIO_KEY=0X7F;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0X77): NumKey=0; break;
case(0X7b): NumKey=1; break;
case(0X7d): NumKey=2; break;
case(0X7e): NumKey=3; break;
}
GPIO_KEY=0XBF;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0Xb7): NumKey=4; break;
case(0Xbb): NumKey=5; break;
case(0Xbd): NumKey=6; break;
case(0Xbe): NumKey=7; break;
}
GPIO_KEY=0XDF;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0Xd7): NumKey=8 ; break;
case(0Xdb): NumKey=9 ; break;
case(0Xdd): NumKey=10; break;
case(0Xde): NumKey=11; break;
}
GPIO_KEY=0XEF;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0XE7): NumKey=12; break;
case(0XEb): NumKey=13; break;
case(0XEd): NumKey=14; break;
case(0XEe): NumKey=15; break;
}
while((a
{
delay();
a++;
}
}
}
}
void delay()
{
unsigned int i = 200;
while(i--);
}
void TrunLeftMotor1(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeLeft[8] = {
0x0E, 0x0C, 0x0D, 0x09, 0x0B, 0x03, 0x07, 0x06};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeLeft[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunRightMotor1(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeRight[8] = {
0x06, 0x07, 0x03, 0x0B, 0x09, 0x0D, 0x0C, 0x0E};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeRight[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunLeftMotor2(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCode[8] = {
0xE0, 0xC0, 0xD0, 0x90, 0xB0, 0x30, 0x70, 0x60};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0x0F;
tmp = tmp | BeatCode[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunRightMotor2(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCode[8] = {
0x60, 0x70, 0x30, 0xB0, 0x90, 0xD0, 0xC0, 0xE0};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0x0F;
tmp = tmp | BeatCode[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunLeftMotor3(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeLeft[8] = {
0x0E, 0x0C, 0x0D, 0x09, 0x0B, 0x03, 0x07, 0x06};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P0;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeLeft[index];
P0 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunRightMotor3(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeRight[8] = {
0x06, 0x07, 0x03, 0x0B, 0x09, 0x0D, 0x0C, 0x0E};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P0;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeRight[index];
P0 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void Int0() interrupt 0
{
unsigned char i,j;
EX0=0; // 关闭外部中断0
i=10;
while(i--)
{
TH0=(65535-const_interrupt_time)/256;
TL0=(65535-const_interrupt_time)%256;
TR0=1;
while(!TF0);
TF0=0;
TR0=0;
while(IR_sr)
{
EX0=1;
return;
}
} //每840us检测一次P3.2口是否出现高电平，共检测10次，出现高电平则重新进入中断
while(!IR_sr);// 等待低电平过去
j=5;
while(j--)
{
TH0=(65535-const_interrupt_time)/256;
TL0=(65535-const_interrupt_time)%256;
TR0=1;
while(!TF0);
TF0=0;
TR0=0;
while(!IR_sr)
{
EX0=1;
return;
}
} //每840us检测一次P3.2口是否出现低电平，共检测5次，出现低电平则重新进入中断
while(IR_sr); // 等待高电平过去
for(i=0;i
{
for(j=0;j
{
while(!IR_sr);// 等待低电平过去
TH0=(65535-const_interrupt_time)/256;
TL0=(65535-const_interrupt_time)%256;
TR0=1;
while(!TF0);
TF0=0;
TR0=0; //延时840us
if(IR_sr) //判断是否是高电平
{
ucdata|=0x80; //最高位置“1”
while(IR_sr); // 等待高电平过去 }
ucdata>>=1; //如果是低电平则右移一位 }
}
EX0=1; // 开中断
return;
}
void initial() //初始化外围
{
ET0=1; //允许定时中断
IT0=1; //下降沿触发
EX0=1; //允许外部中断
EA=1; //开总中断
}
void detector_IR()
{
if(ucdata==0x79) ucMotorStep=1; //按下‘1’
else if(ucdata==0x73) ucMotorStep=2; //按下‘2’
else if(ucdata==0x50) ucMotorStep=3; //按下‘3’
else if(ucdata==0x7b) ucMotorStep=4; //按下‘4’
else if(ucdata==0x71) ucMotorStep=5; //按下‘5’
else if(ucdata==0x52) ucMotorStep=6; //按下‘6’
else if(ucdata==0x5E) ucMotorStep=7; //按下‘7’
else if(ucdata==0x56) ucMotorStep=8; //按下‘8’
else if(ucdata==0x5A) ucMotorStep=9; //按下‘9’
else if(ucdata==0x74) ucMotorStep=0; //按下‘0’
}
void ck() interrupt 4 using 1
{
if(RI==1)
{
d=SBUF;
RI=0;
}
if(TI==1)
{
busy=0;
TI=0;
}
}
结 论
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
三周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检验修改环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在不懈的努力下，终于迎刃而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 课程设计不仅是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思路，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了单片机设计的基础原理。
何为课程设计？在我们的认识中，这便是理论与实践相结合的过程。在*老师的课堂中，我们学习了很多关于单片机设计的知识，这让我们脑中有着很多“模型” ，如何将模型具体化，这便需要课程设计的“真金”磨练。在课程设计中，我们重新温习并应用了很多课堂知识，。在理论与实际相结合的过程中，这让我们更加认识到课堂知识的重要性，这些都将是实际的公路设计的必备品。
总之，认真对待每一个学习的机会，珍惜过程中的每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在在本次单片机课程设计中学到的最重要的东西，以后也将受益匪浅的！通过这次的课程设计，我更深层次的认识到程序设计与生活的密切关系，对我们的学习有十分重要的意义。
参考文献
[1] 丁向荣 . 单片微机原理与接口技术 . 北京：电子工业出版社，2014.12
[2] 于海生 . 微型计算机控制技术（第二版） . 北京：清华大学出版社，2009.9
[3] 余成波 . 传感器与自动检测技术 . 北京：高等教育出版社，2013.12
[4] 倪燃 . C语言程序设计实验指导与实训 . 北京：中国水利水电出版社，2014.1
[5] 高敬鹏 . 原理图与PCB设计教程 . 北京：机械工业出版社，2013.7
[6] 谭浩强 . C程序设计（第四版） . 北京：清华大学出版社，2010.6
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第1章 绪论
这一章讲了单片机在现在生活中的发张趋势和应用范围，并对本课题的背景及意义，阐述了其发展状况。简要说明了本文所介绍的内容。
1.1 单片机的发展史
单片单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早 是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名的例如电子人DZR-01A单片机开发板。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机（Microcontrollers）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
1.2 智能快递柜的发展趋势
近年来，随着电子商务的迅猛发展，快递业务呈高速增长趋势，但快递末端“最后一公里”投递问题却成为快递发展的瓶颈。智能快递投递箱将快件暂时保存在投递箱内，并将投递信息通过短信等方式发送用户，为用户提供24小时自助取件服务，这种服务模式较好地满足了用户随时取件的需要，受到快递企业和用户的欢迎，为解决快件“最后一公里”问题提供了有效的解决方案。国家邮政局领导高度关注智能快递投递箱的发展，指示要尽快开展智能快递投递箱相关标准研究工作，以期在发展初期就对智能快递投递箱的使用与管理问题进行研究和规范，以推动这种服务模式规范化、健康化发展。
自2003年以来，随着电子商务的快速发展，物流面临着严峻的考验。众所周知，淘宝搞的双十一活动，掀起了一股网购大风。不仅如此，快递包裹也跟着席卷开来。各地的物流仓库都出现了快递包裹爆仓，出仓的速度远远跟不上进仓的速度。这种现象的出现与快递配送的“最后一公里”不无关系。
各行各业试图解决这快递“最后一公里”的问题，包括增加配送人员，包裹代收，设立共同配送点等等，不过还是改变不了人等人的局面。最终，智能快递终端被引用进来。
在国外，24小时自助快递站已经有10多年的发展历史，日本每栋楼宇都有一个标准的配置用来收发快递，操作十分简单,只有像信用卡等贵重或者重要物品一定要送达本人签字，德国、俄罗斯、法国、爱沙尼亚等欧洲国都在使用。
2012年2月至6月，DHL国际快递对瑞士3个不同地点的3台全天候自助包裹终端机进行了测试。第一台自助包裹终端机于2月安装在苏黎世的一家加油站，已经投入运营，另外两台将安装到瑞士西部地区。
在国内，智能快递终端还处于刚刚起步状态。不少高新科技公司纷纷推出了各种快递终端。小部分地区已经出现了智能快递终端的身影，它们分布在大中专院校、企事业单位、社区、写字楼、工厂等地。给收件用户提供了一个自由便捷的快递服务。
也许智能快递终端不能完美地解决物流的“最后一公里”，但是，可以肯定的是它将会给人们的生活带来极大的便利。
1.3 设计研究的要求及能实现的主要内容
智能快递投递箱系统物联网这一核心技术，包括前台站点快件存取和后台中心数据处理两部分。物联网就是通过红外感应、蓝牙等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。有了“物物相连”的网络后还需要依靠先进的信息处理技术。
第2章 设计过程及方案
2.1 设计方案
系统采用STC89C52单片机板，使用红外线感应模块，按钮矩阵模块，蓝牙模块控制驱动器控制电机转动的不同角度，将齿轮和齿轮条与异步电机练接。就可以实现齿轮条的转动来控制机械臂的定位。我们在不同的三个按钮上设施了不同的使异步电机旋转的角度。有60度，120度，360度。当操作不同的按钮时三个异步电机就会转动不同角度，机械臂移动到不同位置寻找物品。
2.2 设计原理
使用STC89C52单片机，在STC89C52单片机的P1.0-P1.3接步进电机一，P1.4-P1.7接步进电机二，在单片机P0.0-P0.3接步进电机三。在P2口接矩阵按键，在P3.2接红外遥控，在单片机的P3.1接蓝牙模块的RXD，在步进电机的P3.2口接TXD。其他引脚接VCC和GND。
第3章 硬件电路设计
3.1 最小系统设计
1）在STC89C52单片机的P1.0-P1.3接步进电机一
2）P1.4-P1.7接步进电机二
3）在单片机P0.0-P0.3接步进电机三
4）在P2口接矩阵按键，在P3.2接红外遥控
5）在单片机的P3.1接蓝牙模块的RXD
6）在步进电机的P3.2口接TXD。其他引脚接VCC和GND
3.2 重要元器件介绍
3.2.1 单片机介绍
单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。
该单片机具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，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。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
3.2.2 红外线介绍
红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。
发射机一般由指令键、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。
3.2.3 蓝牙介绍
蓝牙（ Bluetooth ）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。
3.2.4 步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
3.2.5 步进电机驱动器
步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。
3.2.6 矩阵按键
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
第4章 软件设计
软件设计是从软件需求规格说明书出发，根据需求分析阶段确定的功能设计软件系统的整体结构、划分功能模块、确定每个模块的实现算法以及编写具体的代码，形成软件的具体设计方案。
软件设计是把许多事物和问题抽象起来，并且抽象它们不同的层次和角度。将问题或事物分解并模块化使得解决问题变得容易，分解的越细模块数量也就越多，它的副作用就是使得设计者考虑更多的模块之间耦合度的情况。
软件程序:
#include "reg51.h"
#include
#define GPIO_KEY P2
#define const_interrupt_time 792 //840us定时值
sfr AUXR=0x8e;
sbit IR_sr=P3^2; //外部中断口，数据接收口
void delay();
void KeyDown(void);
void TrunLeftMotor1(unsigned long angle);
void TrunRightMotor1(unsigned long angle);
void TrunLeftMotor2(unsigned long angle);
void TrunRightMotor2(unsigned long angle);
void TrunLeftMotor3(unsigned long angle);
void TrunRightMotor3(unsigned long angle);
void initial();//初始化外围
void Int0(); //外部中断函数
void detector_IR();
long unsigned int NumKey=0;
unsigned char ucMotorStep=0; //被触发的电机动作编号 `
unsigned char ucdata; //从遥控器中接受的编码
unsigned char busy=0;
unsigned char d=0;
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void main(void)
{
SCON=0X50;
AUXR=0x00;
TMOD=0X21;
TL1=0XFd;
TH1=0XFd;
ES=1;
EA=1;
TR1=1;
initial();
while(1)
{
KeyDown();
detector_IR();
if(NumKey==1)
{
TrunLeftMotor1(60*1); delay();
TrunLeftMotor2(60*1); delay();
TrunLeftMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor2(60*1); delay(); TrunRightMotor1(60*1); NumKey=0; }
if(NumKey==2)
{
TrunLeftMotor1(60*2); delay();
TrunLeftMotor2(60*2); delay();
TrunLeftMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor3(360*1); delay();
TrunRightMotor2(60*2); delay(); TrunRightMotor1(60*2); NumKey=0;
}
if(NumKey==3)
{
TrunLeftMotor1(60*3); delay();
TrunLeftMotor2(60*3);
delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*3); delay(); TrunRightMotor1(60*3); NumKey=0; } if(ucMotorStep==1) { TrunLeftMotor1(60*1); delay(); TrunLeftMotor2(60*1); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*1); delay(); TrunRightMotor1(60*1); ucdata=0x74; } if(ucMotorStep==2) { TrunLeftMotor1(60*2); delay(); TrunLeftMotor2(60*2); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*2); delay(); TrunRightMotor1(60*2); ucdata=0x74; } if(ucMotorStep==3) { TrunLeftMotor1(60*3); delay();
}
{
d=0;
}
if(d==2)
{
d=0;
}
{ TrunLeftMotor2(60*3); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*3); delay(); TrunRightMotor1(60*3); ucdata=0x74; delay(); TrunLeftMotor2(60*1); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*1); delay(); TrunRightMotor1(60*1); delay(); TrunLeftMotor2(60*2); delay(); TrunLeftMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor3(360*1); delay(); TrunRightMotor2(60*2); delay(); TrunRightMotor1(60*2);
if(d==1) TrunLeftMotor1(60*1); TrunLeftMotor1(60*2); if(d==3) TrunLeftMotor1(60*3);
delay();
TrunLeftMotor2(60*3);
delay();
TrunLeftMotor3(360*1);
delay();
TrunRightMotor3(360*1);
delay();
TrunRightMotor2(60*3);
delay();
TrunRightMotor1(60*3);
d=0;
}
}
}
void KeyDown(void)
{
char a=0;
GPIO_KEY=0x0f;
if(GPIO_KEY!=0x0f)//读取按键是否按下
{
delay();
if(GPIO_KEY!=0x0f)//再次检测键盘是否按下
{
GPIO_KEY=0X7F;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0X77): NumKey=0; break;
case(0X7b): NumKey=1; break;
case(0X7d): NumKey=2; break;
case(0X7e): NumKey=3; break;
}
GPIO_KEY=0XBF;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0Xb7): NumKey=4; break;
case(0Xbb): NumKey=5; break;
case(0Xbd): NumKey=6; break;
case(0Xbe): NumKey=7; break;
}
GPIO_KEY=0XDF;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0Xd7): NumKey=8 ; break;
case(0Xdb): NumKey=9 ; break;
case(0Xdd): NumKey=10; break;
case(0Xde): NumKey=11; break;
}
GPIO_KEY=0XEF;
switch(GPIO_KEY)
{
case(0XE7): NumKey=12; break;
case(0XEb): NumKey=13; break;
case(0XEd): NumKey=14; break;
case(0XEe): NumKey=15; break;
}
while((a
{
delay();
a++;
}
}
}
}
void delay()
{
unsigned int i = 200;
while(i--);
}
void TrunLeftMotor1(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeLeft[8] = {
0x0E, 0x0C, 0x0D, 0x09, 0x0B, 0x03, 0x07, 0x06};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeLeft[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunRightMotor1(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeRight[8] = {
0x06, 0x07, 0x03, 0x0B, 0x09, 0x0D, 0x0C, 0x0E};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeRight[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunLeftMotor2(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCode[8] = {
0xE0, 0xC0, 0xD0, 0x90, 0xB0, 0x30, 0x70, 0x60};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0x0F;
tmp = tmp | BeatCode[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunRightMotor2(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCode[8] = {
0x60, 0x70, 0x30, 0xB0, 0x90, 0xD0, 0xC0, 0xE0};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P1;
tmp = tmp & 0x0F;
tmp = tmp | BeatCode[index];
P1 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunLeftMotor3(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeLeft[8] = {
0x0E, 0x0C, 0x0D, 0x09, 0x0B, 0x03, 0x07, 0x06};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P0;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeLeft[index];
P0 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void TrunRightMotor3(unsigned long angle)
{
unsigned char tmp;
unsigned char index = 0;
unsigned long beats = 0;
unsigned char code BeatCodeRight[8] = {
0x06, 0x07, 0x03, 0x0B, 0x09, 0x0D, 0x0C, 0x0E};
beats = (angle*4076)/360;
while(beats--)
{
tmp = P0;
tmp = tmp & 0xF0;
tmp = tmp | BeatCodeRight[index];
P0 = tmp;
index++;
index = index & 0x07;
delay();
}
}
void Int0() interrupt 0
{
unsigned char i,j;
EX0=0; // 关闭外部中断0
i=10;
while(i--)
{
TH0=(65535-const_interrupt_time)/256;
TL0=(65535-const_interrupt_time)%256;
TR0=1;
while(!TF0);
TF0=0;
TR0=0;
while(IR_sr)
{
EX0=1;
return;
}
} //每840us检测一次P3.2口是否出现高电平，共检测10次，出现高电平则重新进入中断
while(!IR_sr);// 等待低电平过去
j=5;
while(j--)
{
TH0=(65535-const_interrupt_time)/256;
TL0=(65535-const_interrupt_time)%256;
TR0=1;
while(!TF0);
TF0=0;
TR0=0;
while(!IR_sr)
{
EX0=1;
return;
}
} //每840us检测一次P3.2口是否出现低电平，共检测5次，出现低电平则重新进入中断
while(IR_sr); // 等待高电平过去
for(i=0;i
{
for(j=0;j
{
while(!IR_sr);// 等待低电平过去
TH0=(65535-const_interrupt_time)/256;
TL0=(65535-const_interrupt_time)%256;
TR0=1;
while(!TF0);
TF0=0;
TR0=0; //延时840us
if(IR_sr) //判断是否是高电平
{
ucdata|=0x80; //最高位置“1”
while(IR_sr); // 等待高电平过去 }
ucdata>>=1; //如果是低电平则右移一位 }
}
EX0=1; // 开中断
return;
}
void initial() //初始化外围
{
ET0=1; //允许定时中断
IT0=1; //下降沿触发
EX0=1; //允许外部中断
EA=1; //开总中断
}
void detector_IR()
{
if(ucdata==0x79) ucMotorStep=1; //按下‘1’
else if(ucdata==0x73) ucMotorStep=2; //按下‘2’
else if(ucdata==0x50) ucMotorStep=3; //按下‘3’
else if(ucdata==0x7b) ucMotorStep=4; //按下‘4’
else if(ucdata==0x71) ucMotorStep=5; //按下‘5’
else if(ucdata==0x52) ucMotorStep=6; //按下‘6’
else if(ucdata==0x5E) ucMotorStep=7; //按下‘7’
else if(ucdata==0x56) ucMotorStep=8; //按下‘8’
else if(ucdata==0x5A) ucMotorStep=9; //按下‘9’
else if(ucdata==0x74) ucMotorStep=0; //按下‘0’
}
void ck() interrupt 4 using 1
{
if(RI==1)
{
d=SBUF;
RI=0;
}
if(TI==1)
{
busy=0;
TI=0;
}
}
结 论
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
三周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检验修改环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在不懈的努力下，终于迎刃而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 课程设计不仅是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思路，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了单片机设计的基础原理。
何为课程设计？在我们的认识中，这便是理论与实践相结合的过程。在*老师的课堂中，我们学习了很多关于单片机设计的知识，这让我们脑中有着很多“模型” ，如何将模型具体化，这便需要课程设计的“真金”磨练。在课程设计中，我们重新温习并应用了很多课堂知识，。在理论与实际相结合的过程中，这让我们更加认识到课堂知识的重要性，这些都将是实际的公路设计的必备品。
总之，认真对待每一个学习的机会，珍惜过程中的每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在在本次单片机课程设计中学到的最重要的东西，以后也将受益匪浅的！通过这次的课程设计，我更深层次的认识到程序设计与生活的密切关系，对我们的学习有十分重要的意义。
参考文献
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[5] 高敬鹏 . 原理图与PCB设计教程 . 北京：机械工业出版社，2013.7
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