基于A(yíng)RM的智能儲物系統設計
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智能儲物系統由上位機、物品存取軟件和以下位機為核心的自動(dòng)控制執行機構組成。上位機為一臺內部安裝了物品存取軟件的PC機，它為智能儲物系統提供人機交互平臺，實(shí)現智能儲物系統的用戶(hù)驗證功能、物品存取界面顯示、存儲物品的管理和檢索功能。以基于ARM LPC2210的下位機為核心的自動(dòng)控制執行機構接收上位機發(fā)送的控制指令，通過(guò)自動(dòng)控制使被選中的儲物箱體到達預定的位置來(lái)實(shí)現物品的自動(dòng)存取和異常情況下的快速報警功能。整個(gè)儲物系統被安裝在一個(gè)堅固、密封的金屬箱體中。該金屬箱體可以被嵌入到非承重墻體中或者作為房屋隔斷使用，其大小可根據用戶(hù)需要做成整面墻或為墻體的一部分。與傳統保險柜相比，它非常隱蔽，而且合理、有效地利用了室內空間。儲物系統存取物品的窗口可以根據用戶(hù)的愿望開(kāi)在箱體表面的任何位置，門(mén)內安裝有電磁鎖。存儲物品用的箱體由多個(gè)小箱體組成，數量和內部結構根據用戶(hù)需要確定，這些小箱體通過(guò)懸掛裝置懸掛于機械傳動(dòng)機構上。
智能儲物系統的操作簡(jiǎn)單、方便。首先打開(kāi)PC機，啟動(dòng)物品存取軟件，軟件顯示用戶(hù)登錄界面，用戶(hù)輸入用戶(hù)名、密碼，進(jìn)行用戶(hù)身份驗證。驗證通過(guò)后，方可進(jìn)入物品存取界面；在該界面中用戶(hù)選擇對物品進(jìn)行操作的類(lèi)型，是存物品還是取物品。選擇完成后，進(jìn)入下一步的具體物品選擇界面，用戶(hù)選擇需要存或取的物品。選擇確定后，上位機通過(guò)PC機的串行通訊口發(fā)送控制指令至下位機的LPC2210。LPC2210接到指令，進(jìn)行解讀、轉譯，生成新的控制信號發(fā)送到步進(jìn)電機。與此同時(shí)，位置傳感器對儲物小箱體的位置進(jìn)行檢測，檢測到的位置反饋信號與位置給定信號進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，控制步進(jìn)電機運轉。步進(jìn)電機運轉帶動(dòng)機械傳動(dòng)機構運動(dòng), 控制被選擇的儲物小箱體準確地停放在取物窗口，同時(shí)，取物窗門(mén)內的電磁鎖自動(dòng)打開(kāi)，用戶(hù)進(jìn)行物品存取操作。操作完成后，用戶(hù)可通過(guò)計算機上顯示的修改物品記錄界面增、刪物品記錄，實(shí)現物品清單的更新，以備檢索時(shí)使用。如果裝置窗口門(mén)或裝置外殼遭到破壞被強行打開(kāi)，報警系統將自動(dòng)啟動(dòng)，實(shí)現現場(chǎng)報警或遠程撥號報警，遠程撥號號碼可由用戶(hù)通過(guò)人機交互界面預先輸入。
智能儲物系統不但具有儲物功能，而且還具有保險柜功能。與傳統的儲物櫥柜、保險柜相比，它省去了人工爬上、爬下的存取，對物品的存取實(shí)現了自動(dòng)化，省時(shí)、省力。智能儲物系統還可以根據用戶(hù)的不同需求進(jìn)行個(gè)性化的設計。儲存的物品能夠通過(guò)計算機進(jìn)行系統管理，它具有的檢索功能可以使你在眾多的儲存物品中方便、快捷地找到所需要的物品。智能儲物系統所具有的快速報警功能能夠提供快速的現場(chǎng)與遠程報警，這使它的安全防范性能大大提高。與傳統儲物裝置相比，智能儲物系統具有良好的應用前景。
1 智能儲物系統的構成與實(shí)現
基于LPC2210的智能儲物系統由上位機、執行機構(包括步進(jìn)電機、步進(jìn)電機驅動(dòng)器和機械傳動(dòng)機構)、位置檢測器、報警器以及以L(fǎng)PC2210為核心的下位機控制器組成，系統結構框圖如圖1所示。
1.1 主控制器（下位機）
本系統采用基于ARM7TDMI(-S)的LPC2210作為下位機主控制器。該控制器具有如下特點(diǎn)：
(1)集成了ARM7TDMI(-S)處理器核，具有高性能的32位RISC體系結構，片內128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘頻率下運行。
(2)具有16KB片內SRAM，32位數據總線(xiàn)寬度，系統最大可擴展64MB存儲器。
(3)芯片內部具有UART、硬件I2C、SPI、PWM、ADC和定時(shí)器外圍部件，功能強大。
LPC2210豐富的片內外資源、快速的響應性和較高的性?xún)r(jià)比都很適于作為智能儲物系統下位機的主控制器。圖2是主控制器的硬件結構。LPC2210控制芯片接收來(lái)自上位機的控制指令和位置檢測傳感器反饋的被選擇箱體的位置信號，通過(guò)控制算法運算，直接輸出PWM控制信號，經(jīng)光電隔離和步進(jìn)電機驅動(dòng)器的功率放大后，控制步進(jìn)電機運行。當智能儲物系統遭到破壞時(shí)，LPC2210接收到報警信號后對報警器發(fā)送控制指令，使報警系統迅速啟動(dòng)，實(shí)現現場(chǎng)報警或遠程撥號報警。遠程撥號電話(huà)號碼可由用戶(hù)通過(guò)上位機人機交互界面預先設置。
1.2 上位機
上位機是一臺PC機，主要完成智能儲物系統的人機交互以及對下位機進(jìn)行指令控制。使用者可通過(guò)人機交互界面方便快捷地進(jìn)行儲物存取選擇和物品檢索。
1.3 執行機構
執行機構采用步進(jìn)電機拖動(dòng)機械傳動(dòng)機構，進(jìn)而帶動(dòng)儲物箱體運動(dòng)。LPC2210芯片是整個(gè)步進(jìn)電機控制的核心部分，它接收來(lái)自上位機的箱體選擇指令，經(jīng)過(guò)ARM控制中心的解讀和轉譯，并與位置反饋信號進(jìn)行比較、運算后，由LPC2210控制系統的PWM口送出步進(jìn)電機的方向和位移控制量?？刂菩盘柦?jīng)光電隔離和電機驅動(dòng)部分的功率放大后，控制步進(jìn)電機的運行，步進(jìn)電機運轉帶動(dòng)機械傳動(dòng)機構運動(dòng)，以使被選擇儲物箱體到達預定位置。
為保護ARM控制系統,減小外界信號干擾,各傳感器、執行機構與LPC2210之間均采用光電耦合器進(jìn)行信號隔離。
1.4 位置檢測器
以此次研制的實(shí)驗型儲物系統為例，該裝置共有六只儲物箱體，儲物箱體位置信號的檢測采用了3只LJ18A33-8-Z/BX型電感式接近開(kāi)關(guān)。這種接近開(kāi)關(guān)由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，它利用金屬物體在接近傳感器感應頭時(shí)產(chǎn)生的渦流效應而達到控制開(kāi)關(guān)通或斷的目的。當有金屬物體接近傳感器的感應頭時(shí)，傳感器的輸出信號則會(huì )由高電平轉化為低電平。這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。
根據LJ18A33-8-Z/BX型電感式接近開(kāi)關(guān)的工作原理，在六只儲物箱體背面的3個(gè)豎直方向上粘貼金屬片，粘貼的位置與安裝傳感器感應頭的位置垂直對應。依據儲物箱體上金屬片粘貼的位置對箱體編號為：001、010、011、100、101、110。當儲物箱體經(jīng)過(guò)傳感器的感應頭時(shí)，有金屬片經(jīng)過(guò)的傳感器輸出為低電平，而沒(méi)有金屬片經(jīng)過(guò)的傳感器輸出為高電平。為保護LPC2210系統,減小外界信號干擾, 傳感器的輸出信號經(jīng)過(guò)光電耦合器進(jìn)行信號隔離后由LPC2210的GPIO接口輸入LPC2210控制系統。圖3為位置檢測電路。
1.5 報警器
報警器采用單片機芯片AT89S52作為中央處理器。AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有8KB可編程Flash存儲器、256B RAM、32 位I/O口、3個(gè)16 位定時(shí)器/計數器和看門(mén)狗定時(shí)器、全雙工串行口、片內晶振及時(shí)鐘電路。該報警器以公用電話(huà)線(xiàn)作為信息傳輸媒體，具有現場(chǎng)聲報警和遠程自動(dòng)撥號報警功能。
當自動(dòng)儲物系統的箱體外殼或是系統的電磁門(mén)遭到破壞，LPC2210系統在接收到報警信號后，通過(guò)GPIO接口向報警器的AT89S52芯片輸出控制信號，AT89S52接到信號后控制報警器中的雙音多頻發(fā)送/接收電路和語(yǔ)音報警電路實(shí)現報警控制。此時(shí)報警器除了可以提供現場(chǎng)120dB的高響度警笛外，還能夠快速啟動(dòng)報警器的自動(dòng)撥號程序。報警器將自動(dòng)順序撥打用戶(hù)設置的6組報警電話(huà)號碼，并能依次循環(huán)撥打，直至得到回應。報警電話(huà)號碼可由用戶(hù)預先進(jìn)行設置。報警器還可設置用戶(hù)密碼，并且安裝看門(mén)狗電路，故死機后能自動(dòng)恢復正常運行。
2 軟件設計
系統軟件設計程序流程如圖4所示。
主程序首先對用戶(hù)的身份進(jìn)行驗證，密碼驗證具有三次機會(huì )。驗證通過(guò)后，用戶(hù)可以通過(guò)人機交互界面選擇物品的存取，確定后將箱體參數發(fā)送給LPC2210。LPC2210控制系統通過(guò)片上的PWM口輸出步進(jìn)電機的方向和位移控制量，控制步進(jìn)電機的運行，從而拖動(dòng)傳動(dòng)機構以使被選擇儲物箱體達到預定位置。存取完成后，用戶(hù)可根據計算機顯示的物品管理菜單對物品記錄進(jìn)行增刪，以備檢索。
本文介紹了一種基于LPC2210的新型智能儲物系統的設計理念及實(shí)現的相關(guān)方法和技術(shù)。該智能儲物系統具有傳統存儲裝置無(wú)法比擬的方便快捷、安全、節省空間以及可實(shí)現智能管理的優(yōu)點(diǎn)。而通過(guò)采用ARM芯片對智能儲物系統進(jìn)行控制，使儲物系統具有很高的控制精度、實(shí)時(shí)性和可靠性。智能儲物系統作為一種新型的辦公、家用儲物裝置，在未來(lái)的智能樓宇系統中將具有良好的應用前景。
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