小型仓储出入库引导系统

1.本技术实施例涉及仓储技术领域，具体涉及一种小型仓储出入库引导系统。


背景技术：

2.现代化的仓储管理系统都朝着智能化、大型化、高集成度的方向发展。自动化仓库不仅具有节省用地、减轻人工作业劳动量、提高仓储空间利用率和物流效率、降低仓储作业误差和储运损耗、减少流动资金积压等优势，而且在沟通物流信息、衔接产需供应、保证生产均衡、合理利用资源进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用，使企业在高效率、高精确、高质量的环境下快速运作。虽然目前学术上对物流仓储的研究大多集中于自动化立体仓库，但在现实社会中很多企业因为规模不大，或受到建设投资资金等多方面的限制，自动化仓储系统建设，只需要或只能进行简单搬运。而且目前中小规模的仓储出入库缺乏引导，工作效率不够高。相对于自动化程度较高的大型仓储系统，使用专用的搬运机器人及立体式的仓储管理系统，很大程度的解决了货物繁多，出入库周期长等困难。
3.目前现有的小型仓储管理系统主要有两种：一种是人工单据管理方式，这种方式费时费力，仓储效率低，而且在填写单据的过程中容易出错；另一种是条形码管理方式，这种方式虽然提高了出入库的效率，但由于条形码存在易磨损、不防污、不防潮等缺点，使得该仓储模式存在一定的缺陷。


技术实现要素：

4.为此，本技术实施例提供一种小型仓储出入库引导系统，提高了仓储管理员的工作效率，让管理人员以最快的速度知道货物出入库位置，避免了新员工不熟悉工作环境而盲目寻找浪费时间。
5.为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：
6.一种小型仓储出入库引导系统，所述系统包括上位机、下位机和货架仓位；所述系统是计算机通过串行总线与下位机通信；
7.所述上位机用于显示当前系统的货物出入库状态，用于查询采集货物的条码信息、货物入库的编解码、仓库内温湿度；
8.所述下位机包括主控制器和从控制器；所述主控制器用于小型仓储出入库引导系统的温湿度采集并将采集结果传送给所述上位机，还用于接收所述上位机发送的位置指示信息并转发给所述主控制器所控制的所有从控制器；所述从控制器用于根据接收到的位置指示信息做出相应的指示动作；
9.所述货架仓位用于存放相应编号的货物。
10.可选地，所述主控制器的控制流程包括：
11.所述主控制器接收计算机的控制命令，根据协议进行编码，完成温湿度采集并显示，发送给计算机；通过串口将编码后的命令发送至各个从控制器，以使得从控制器接收命令并判断是否是本机的命令，若是则会做出相应的应答，否则无应答；主控制器在发送设定
次数所述编码后的命令无应答时，则开启状态异常指示灯。
12.可选地，所述从控制器的控制程序包括：
13.所述从控制器接收主控制器发送的led灯控制命令，根据led灯控制命令判断是否是所述从控制器对应的货架的信息，若是则执行相应的led灯控制并返回应答消息。
14.可选地，所述货物出入库的流程包括：
15.零件入库时，从数据库查找相应的零件信息，若是已经录入过零件信息的零件，则直接入库，否则，分配一个新的零件仓位，再入库；
16.零件出库时，从数据库查找是否是库内的零件，如果是库内已有的零件，则直接显示零件信息，执行出库流程，否则，提示所述零件非库内已有的零件，重新按编码查找或名称查找；
17.出入库查找完成后，将零件信息经过主控制器的编解码将相应的位置信息下发给从控制板；当从控制板接收到信息后，核对是否是本货架的零件，如果是，则接受并做出指示动作，否则丢弃本条命令；待指示信息执行完成后发送应答消息给主控制器作为回应，所述应答信息携带接收到的位置信息和是否完成本次指示动作的信息；若应答信息判定为正确，则此次指示动作完成，否则主控制器连续发送上一条指示信息，执行到计算机发送来的下一条指示信息为止，主控制器向计算机提交上一条的无应答信息，计算机生成错误报告并显示在上位机显示界面上。
18.可选地，所述主控制器与计算机使用usb转串口芯片ch340g进行通信；
19.所述主控制器芯片采用单片机stm32f103rct6；
20.所述从控制器芯片采用单片机msp430g2553，用于led驱动命令的接收和命令的下发；
21.led灯的驱动器采用74hc138，接收从控制器发来的控制命令并执行；
22.电源芯片采用asm1117低压差线性稳压电源芯片，为分立系统提供电源。
23.可选地，主控制器和从控制器之间的通信采用rs485通信；若单片机不具备rs485通信的接口，将rs232信号通过sp3485芯片转换成rs485信号。
24.可选地，所述系统是通过led灯的光信号作为指示，使用红色和绿色led灯来指示位置；每个仓位使用一组共阳极红绿色led灯，从控制器接收到出入库信息时，启动相应的led灯作为指示信息；红色led灯亮代表该仓位有零件出库，绿色led灯亮代表有零件需放置到该仓位，以提示仓库出入库管理员根据led灯对应信息进行相应的出入库工作；完成出入库工作后，相应仓位的led灯熄灭进入待机，或者进行下一个零件的出入库指引。
25.可选地，所述系统还包括：温湿度采集电路；
26.当温湿度传感器从低功耗模式唤醒时，等待主机开始信号结束后，温湿度传感器发送响应信号，发送给主机40bit的数据并触发一次信号采集，选择读取部分数据，采集数据后转换到低速模式。
27.综上所述，本技术实施例提供了小型仓储出入库引导系统，所述系统包括上位机、下位机和货架仓位；所述系统是计算机通过串行总线与下位机通信；所述上位机用于显示当前系统的货物出入库状态，用于查询采集货物的条码信息、货物入库的编解码、仓库内温湿度；所述下位机包括主控制器和从控制器；所述主控制器用于小型仓储出入库引导系统的温湿度采集并将采集结果传送给所述上位机，还用于接收所述上位机发送的位置指示信
息并转发给所述主控制器所控制的所有从控制器；所述从控制器用于根据接收到的位置指示信息做出相应的指示动作；所述货架仓位用于存放相应编号的货物。提高了仓储管理员的工作效率，让管理人员以最快的速度知道货物出入库位置，避免了新员工不熟悉工作环境而盲目寻找浪费时间。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
29.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
30.图1为本技术实施例提供的一种小型仓储出入库引导系统框图；
31.图2为本技术实施例提供的零件的出入库存取流程；
32.图3为本技术实施例提供的小型仓储出入库引导系统的构成示意图；
33.图4为本技术实施例提供的stm32单片机的最小系统、主控制器单片机时钟电路、复位电路、电源滤波电路示意图；
34.图5为本技术实施例提供的stm32单片机的最小系统示意图；
35.图6为本技术实施例提供的msp430g2553的最小系统原理图；
36.图7为本技术实施例提供的3.3v电源模块电路示意图；
37.图8为本技术实施例提供的485自收发电路示意图；
38.图9为本技术实施例提供的usb转串口电路示意图；
39.图10为本技术实施例提供的oled显示屏驱动电路示意图；
40.图11为本技术实施例提供的温湿度传感器接口电路示意图；
41.图12a、图12b和图12c为本技术实施例提供的led灯驱动电路示意图；
42.图13为本技术实施例提供的主控制器上的部分接口电路示意图；
43.图14为本技术实施例提供的主控制器上的部分接口电路示意图；
44.图15为本技术实施例提供的主控制器上的部分接口电路示意图；
45.图16为本技术实施例提供的主控制器的控制程序流程图；
46.图17为本技术实施例提供的从控制器的控制程序流程图；
47.图18为本技术实施例提供的上位机界面示意图。
具体实施方式
48.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.随着社会企业加工制造规模的不断扩大，企业的原材料、半成品或成品的仓储保管问题变得越来月重要，是企业节约成本，提高竞争力和提高市场响应度的重要方面。自动化程度较高的立体库不断可以使货物按需要实现动态存储，而且可以与其他生产环节连接起来，大大提高作业的效率；立体库机械化和自动化的设备设施，可以提高出入库速度和降低人工作业成本；条码技术、rfid技术和无线通讯等技术的综合使用，可实现仓库的自动化管理，通过快速准确仓储管理信息给企业的生产、采购管理带来方便，实现只能化管理和降低库存积压等一系列优点。所以立体仓库得到快速的发展和广泛的应用。
50.随着社会的发展越来越多的行业需要使用仓库变得更智能更高效。目前，我国自动化仓库应用于烟草、医药、军队、机电、汽车、交通、服装、零售等各行各业，其中在烟草和医药等行业已经有非常成熟的应用，且市场份额强大。据近几年的数字不完全显示，2003年我国的独立as/rs立体库就达到27
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36座；2006年，全国的as/rs立体库保有量是500座以上；2010年，我国光是建成的立体仓库就有200座左右，全国的as/rs立体库保有量更是达到2000座左右；2015年，我国立体仓库市场规模更是将近320亿元，并以不断攀升的趋势在发展。
51.目前我国的自动化仓库大部分是简易的小型仓库，只有简单的货架单元货架和重力货架两种。另一种是条形码管理方式，这种方式虽然提高了出入库效率，但由于条行码存在易磨损不防污不防潮等缺点，使得这种方式存在一定的缺点。作业方式非常简单，机械化程度很低。大部分仓库仍然是以手动控制为主。仓库凭借其高空间利用率、超强的出入库作业能力、与计算机技术结合的控制管理系统等优点，在企业仓储的现场管理和企业决策管理各个方面都具有利处，所以越来越受到企业的关注和重视。
52.自动化仓库的发展经历划分为5个历程。第一代产生于六十年代美国的mechanical highrise warehouse system，在这个历程中完成了利用电器开关完成仓储机械设备；第二代产生于七十年代末，通过可编程逻辑器件、自动导向搬运车系统等设备的应用，可完成立体库控制系统的自动化；第三代产生于八十年代末，由于计算机技术的飞速发展，诞生了集成化的仓库系统，即仓储管理系统；第四代产生于八十年代，此时已经能实现仓储作业的全自动化处理，即智能型立体库系统。目前，自动化仓库的发展的第五代是面向intelligent，integrated，information方向的不断发展。对于小型仓库的出入库问题还没有被重视，而小型的仓储系统在中国更是普遍的存在。这虽然是一个小问题但是确实是迫切需要解决的问题，只有将这些零散的小型仓储建设的更智能，也就是我国的智能仓储建设取得进步的里程碑。
53.下面对小型仓储出入库引导系统进行概述。
54.小型仓储出入库引导系统设计是来源于实际工程问题。甲方想为自己的小型仓储设计一套出入库引导系统，仓库占地面积200平方米。仓储共有10列货架，每列货架由6个独立的货架单元组成。每个货架单元3
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5层，每层有3
‑
6个零件位。每个零件位有2个led指示灯(一个红色led指示出料一个绿色led指示进料)。当有出入库指令时相应仓位的led指示灯亮起，仓位所在行列引导灯也亮起作为列引导指示。根据仓库的实际情况确定初步的设计方案，为每一个货架单元设计一块控制板作为该货架30个零件仓位的出入库指引最小控制系统。每一列有六个货架单元，将6个控制单元控制卡通信接口并联，给每一个货架控制器分配一个id号，通过广播控制相应的控制卡执行相应的命令。再将所有货架的控制卡通信
接口并联由主控制卡统一控制。
55.整个引导系统由上位机、下位机、货架仓位组成。上位机用于显示当前系统货物出入库状态，货物的条码信息采集，货物入库的编解码，仓库内温湿度显示等功能。下位机分为主控制器、从控制器两部分。主控制器用于接收上位机发送的位置信息并转发给所控制的从控制器，完成仓储内温湿度采集并传送给上位机；从控制器接收到相应的位置指示信息做出相应的指示动作。货架仓位用于存放相应编号的货物。
56.图1示出了本技术实施例提供的小型仓储出入库引导系统，所述系统包括上位机101、下位机102和货架仓位103；所述系统是计算机通过串行总线与下位机102通信；
57.所述上位机101用于显示当前系统的货物出入库状态，用于查询采集货物的条码信息、货物入库的编解码、仓库内温湿度；
58.所述下位机102包括主控制器1021和从控制器1022；所述主控制器1021用于小型仓储出入库引导系统的温湿度采集并将采集结果传送给所述上位机101，还用于接收所述上位机101发送的位置指示信息并转发给所述主控制器1021所控制的所有从控制器1022；所述从控制器1022用于根据接收到的位置指示信息做出相应的指示动作；
59.所述货架仓位103用于存放相应编号的货物。
60.在一种可能的实施方式中，所述主控制器1021的控制流程包括：
61.所述主控制器1021接收计算机的控制命令，根据协议进行编码，完成温湿度采集并显示，发送给计算机；通过串口将编码后的命令发送至各个从控制器1022，以使得从控制器1022接收命令并判断是否是本机的命令，若是则会做出相应的应答，否则无应答；主控制器1021在发送设定次数所述编码后的命令无应答时，则开启状态异常指示灯。
62.在一种可能的实施方式中，所述从控制器1022的控制程序包括：
63.所述从控制器1022接收主控制器1021发送的led灯控制命令，根据led灯控制命令判断是否是所述从控制器1022对应的货架的信息，若是则执行相应的led灯控制并返回应答消息。
64.在一种可能的实施方式中，所述货物出入库的流程包括：
65.零件入库时，从数据库查找相应的零件信息，若是已经录入过零件信息的零件，则直接入库，否则，分配一个新的零件仓位，再入库；
66.零件出库时，从数据库查找是否是库内的零件，如果是库内已有的零件，则直接显示零件信息，执行出库流程，否则，提示所述零件非库内已有的零件，重新按编码查找或名称查找；
67.出入库查找完成后，将零件信息经过主控制器1021的编解码将相应的位置信息下发给从控制板；当从控制板接收到信息后，核对是否是本货架的零件，如果是，则接受并做出指示动作，否则丢弃本条命令；待指示信息执行完成后发送应答消息给主控制器1021作为回应，所述应答信息携带接收到的位置信息和是否完成本次指示动作的信息；若应答信息判定为正确，则此次指示动作完成，否则主控制器1021连续发送上一条指示信息，执行到计算机发送来的下一条指示信息为止，主控制器1021向计算机提交上一条的无应答信息，计算机生成错误报告并显示在上位机101显示界面上。
68.在一种可能的实施方式中，所述主控制器1021与计算机使用usb转串口芯片ch340g进行通信；所述主控制器1021芯片采用单片机stm32f103rct6；所述从控制器1022芯
片采用单片机msp430g2553，用于led驱动命令的接收和命令的下发；led灯的驱动器采用74hc138，接收从控制器1022发来的控制命令并执行；电源芯片采用asm1117低压差线性稳压电源芯片，为分立系统提供电源。
69.在一种可能的实施方式中，主控制器1021和从控制器1022之间的通信采用rs485通信；若单片机不具备rs485通信的接口，将rs232信号通过sp3485芯片转换成rs485信号。
70.在一种可能的实施方式中，所述系统是通过led灯的光信号作为指示，使用红色和绿色led灯来指示位置；每个仓位使用一组共阳极红绿色led灯，从控制器1022接收到出入库信息时，启动相应的led灯作为指示信息；红色led灯亮代表该仓位有零件出库，绿色led灯亮代表有零件需放置到该仓位，以提示仓库出入库管理员根据led灯对应信息进行相应的出入库工作；完成出入库工作后，相应仓位的led灯熄灭进入待机，或者进行下一个零件的出入库指引。
71.在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：温湿度采集电路；
72.当温湿度传感器从低功耗模式唤醒时，等待主机开始信号结束后，温湿度传感器发送响应信号，发送给主机40bit的数据并触发一次信号采集，选择读取部分数据，采集数据后转换到低速模式。
73.相比大型自动化程度较高的仓储系统，小型仓储引导系统有更多的优势。没有高额的硬件成本，没有高额的系统维护成本，也没有高额的人工成本。高度自动化的仓库节省了高额的人工成本，但是其系统运维所需要的维护成本增加。无论是大型仓储系统还是小型仓储系统都有各自的利弊，但是智能仓储必定是未来的发展趋势。
74.小型仓储出入库引导系统是通过仓储管理系统为出入库管理员指引货物的所在位置，以此方便出入库管理员做出入库工作。仓储的引导系统是计算机通过串行总线与下位机通信。计算机负责所有零件的管理，内部数据库存储每一个零件的名称、数量、厂商、价格、在仓储的位置信息及入库时间等信息。通过上位机可以查询相应的零件信息，也可以手动做出如可管理、零件的信息录入及修改等工作。上位机还可以显示仓储的空气温度及湿度以提示仓储管理员适时的控制仓储的温湿度。出入库信息通过上位机发送给下位机，下位机接收到命令会做出相应指示，指示完成后会回复应答信息发送给上位机。考虑到下位机数量较多管理不方便，使用一个主控制器对所有的下位机做管理再向上位机报告信息，以此简化上位机的控制复杂度。各个从控制器运行信息、温湿度信息会显示在主控制器的显示屏上，方便管理员在不使用管理系统时直接查看所有信息。
75.引导系统是通过led灯的光信号作为指示，使用颜色较为鲜艳的红色和绿色led灯指示位置。每个仓位使用一组共阳极红绿色led灯，从控制器接收到出入库信息会点亮相应的led作为指示信息。红色led灯亮代表该仓位有零件出库，绿色led灯亮代表有零件要放置到该仓位。仓库出入库管理员看到相应信息就可有作相应的出入库工作。完成出入库工作后相应仓位的led灯熄灭进入待机或者进行下一个零件的出入库指引。
76.对于零件的出入库存取流程如图2所示。出入库管理系统负责管理所有零件的出入库。零件入库前需要从数据库查找相应的零件信息，如果是已经录入过零件信息的零件，则直接入库，否则，需要为其分配一个新的零件仓位在入库。
77.出库管理同理，需要先到数据库查找是否是库内的零件，如果是库内已有的零件，则直接显示零件信息等内容核对后，可以执行出库流程，否则，需要提示此零件非库内已有
的零件，需要从新按编码查找或名称查找。
78.出入库查找完成后会将知识信息下发，经过主控制器的编解码将相应的位置信息下发给从控制板。当从控制板接收到信息后，需要核对是否是本货架的零件，如果是，则接受并做出指示动作，否则丢弃本条命令。指示信息执行完成后发送一条应答信息给主控制器作为回应，回应信息中包含此次接收到的位置信息和是否完成本次指示动作。如果应答信息正确，则此次指示动作完成，否则，主控制器会连续发送上一条指示信息。这种情况会一直执行到计算机发送来的下一条指示信息为止，主控制器需要向计算机提交上一条的无应答信息，计算机生成错误报告并显示在上位机显示界面上。
79.关于存取方案的确定，最初设计零件的存取方案为简单的拿和放的动作，但在实际中出入库的零件很多，人工区分很是费时费力。这个问题可以从编码上解决。
80.用于出入库的同一零件的编码包含了零件的出入库方向字节位，这一字节中用0x00代表入库，0x11代表出库，这样就可以从零件出入库时的编码信息以区分是出库还是入库。这种方法虽然可行但是没有考虑到出库时仅需要编码就可以执行出库指令，入库则是有相应的编码可以直接执行入库程序。
81.第二种解决方法是零件在入库前就有一个唯一的编码表示，等零件到达仓库直接根据零件上的编码就可以直接办理入库，这样就减少了入库所需要的时间。零件出库则根据出库单上的唯一标识码直接键入零件编码就可以执行出库。这种方法依然有局限性，出入库效率不高。为了进一步提高出入库的效率可以使用电子标签或者二维码、条形码等方法来加快出入库效率。
82.第三种解决方法是使用电子标签、二维码、条形码来作为零件的唯一标识。这种方法使查找和录入变得更简单，只需要扫码即可在2秒内完成出入库指令。
83.本技术实施例中的零件存取最终选择使用条码识别作为该系统的存取解决方案，使用条码生成器可为新零件编码。也可以使用条码查询零件所在的位置，这样就可以轻松解决拿和放的问题。
84.在存取过程中，当有零件需要入库时，根据零件是否已在仓库需要走不同的流程。当零件已经在仓库里时可以直接扫码，出入库引导系统会做出相应指示。当是第一次入库时需要先在数据库中建立零件信息并为其分配一个仓位，打出相应的条码贴于零件包装的表面。当有零件需要出库的时候，根据出库单上的条码信息来查找相应零件所在的仓位，一次完成出库即可。
85.下面介绍本技术实施例提供的小型仓储出入库引导系统的硬件设计部分。
86.首先需要根据要实现的系统目标确定设计中需要使用到的主要器件型号、规格、价格、性能等因素来综合考虑最终的芯片型号。硬件选型关系到整个系统的数据面和控制面的确定，根据前期工程设计的解决方案来确定整个系统的架构。市面上各种型号的单片机层出不穷，对于硬件工程师来说了解更多硬件型号是便于以后为硬件设计快速选型。
87.在此从单片机、稳压电源、usb转串口芯片及其它几个使用到的芯片做个简单介绍。目的是为了介绍芯片的性能对比及本次设计所有芯片的选型思路。选型中只要选型符合设计要求，价格合理，芯片生存周期长等就可以选择使用。并不具体的限定保护范围，所有相同功能的硬件设备都在本技术实施例保护范围中。
88.第一部分，单片机的简介与对比。
89.1.1 stc新一代80c51单片机的介绍。
90.stc(宏晶科技)公司的80c51系列单片机有很多个系列。其中stc12c5a60s2是性能与国外同类单片机相比最具有竞争力的单片机，其内部集成了使用flash工艺制作的存储器并且容量可到到60kb。这种制作工艺使得编程下载非常方便，使用户的工作效率有大幅的提高。
91.此款单片机最大的优点是指令代码完全兼容传统的80c51单片机，运算速度却是传统80c51单片机的8
‑
12倍。其内部集成了专用的复位电路，集成pwm控制寄存器。工作频率可以再00mhz
‑
35mhz，比传统80c51快了好几十倍。内部拥有8路a/d转换通道，4个16位的定时器，虽然只有两个定时器模块，但是其内部有一个独立的波特率发生器可以作为串口通信的波特率发生器。其内部还集成了一个掉电检测电路，可以用于单片机外部电源的掉电检测。每个io口的驱动能力最大可达到20ma，整片的驱动电流不得超过120ma。时钟源可与选择内部基准时钟源或外部时钟源，但是内部时钟源受温度影响会有偏移，对时钟精度要求不高时可以选用。其内部还有有7路用于接收外部中断信号的io口，无需专用编程器或仿真器就可以直接通过串口将程序下载到单片机。
92.1.2 ti公司msp430系列单片机的简介。
93.msp430g2553是msp430g2x53系列其中的一种单片机，msp430g2553是超低微功耗控制器。超宽的供电电压范围可以在1.8v至3.6v的供电条件下正常工作，在超低功耗模式下运行时仅需要230μa。在待机时仅需要0.5μa的电流。内部集成了一个16位定时器。还有24个兼容触摸感应的io口，内置一个串行通信接口和一个模拟比较器。其内部还集成了10位a/d转换器。cpu是16位risc精简指令集系统，16位的寄存器。有助于提高代码执行效率，内部还集成了doc(数字控制式振荡器)允许从低功耗模式唤醒。内部集成了五种低功耗模式可以通过配置设置不同的选择，这种功能适用于苛刻的应用条件。低功耗模式有利益系统节省电能，延长电池寿命。
94.应用场景包括便携式测量应用，低成本的传感器系统。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中，该芯片为电池供电型测量应用带来终极解决方案。可以采集模拟信号并且可以将模拟量转换成数字量，数字量可以用于显示或者发送给主控制器系统用于其它的任务。
95.msp430g2553的开发环境可以选择使用ccs(code composer studio)软件来开发，这款软件是针对ti的单片机制作的编译环境，人机界面优良，编译效率高。msp430g2553的代码下载可以选用串口下载器下载。也可以选用ti专为msp430g2553设计的仿真器，
96.调试过程方便简单，ti为其设计了一整套的配套软硬件，使用这个套方案就可以很便捷的开发ti公司的各个系列的单片机。
97.1.3 st公司stm32f103系列单片机的介绍。
98.st公司拥有增强型系列的stm32f103x8和stm32f103xb系列单片机，其内部是使用32位的risc内核，工作频率为72mhz，片内设计了128k字节的闪存还有20k的sram。还拥有丰富的io接口，这个系列里的器件都会拥有2个12位的adc比较器。3个通用的16位定时器和1个pwm定时器。其中还包含标准的通信接口2个iic接口和spi接口；一个can接口；3个usart接口和一个usb接口。stm32f103xx中等容量增强型系列产品供电电压为2.0v至3.6v，包含
‑
40℃至+85℃温度范围和
‑
40℃至+105℃的扩展温度范围。一系列的省电模式保证低功耗应
用的要求。
99.stm32f103xx中等容量增强型系列产品有不同封装形式，拥有36
‑
100脚的单片机类型众多但是其外部的封装形式不同，单片机的外部配置很相像。它的这些外设配置多样，促使stm32f103系列容量增强型系列微控制器适合于多种应用场合。可用于电机驱动和应用控制；医疗和手持设备；pc游戏外设和gps平台；工业可编程控制器(plc)、变频器、打印机和扫描仪；警报系统、视频对讲、和暖气通风空调系统等。
100.1.4主控制器与从控制器主控芯片的选型分析。
101.根据用户提出的技术要求，初步确定主控制器选用ti公司的stm32系列单片机。通过查找网上单片机的报价及单片机性能的综合考虑，最终确定stm32f103rct6是性价比较高的单片机。其片内资源完全符合设计需要，并且价格相对较低。从控制器的选用可以使用stc的80c51单片机或者使用ti的msp430单片机，经过价格对比发现stc
‑
12c5a60s2型号的单片机与msp430
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g2553单片机价格相差不大。但是单从性能上来看msp430g2系列的单片机性能优于stc的80c51系列单片机。最终选定msp430g2553单片机为从控制器的主控单元。
102.第二方面，介绍稳压电源的对比与选型。
103.2.1 lm2596开关型稳压芯片的介绍。
104.lm2596是一种降压稳压芯片，它的片内集成了基准稳压电路和定频的震荡电路。lm2596内部设计了一些保护芯片的电路，还有电流限制电路，过热自动断开断电路等。它只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。在芯片内部还集成了用于控制工作状态的控制管脚。可固定输出3.3v，5v，12v三种电压，也可实现1.2v
‑
37v之间的可调输出。拥有低功耗/正常两种模式，可外部控制工作模式。
105.内部集成了热关断电路和电流限制电路。lm2596是常用的电源芯片与低压差新型稳压电源相比拥有更宽泛的适用面，因为其能够提供足够大的电流使其实用于低电压大电流的应用场景，他能够提供持续的大电流，这是低压差线性稳压电源无法匹及的。
106.2.2 lm2940低压差线性稳压芯片的介绍。
107.lm2940是输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压为固定的5v电压；输出电流最大1a；当输出电流为1a时，最小输入输出电压差小于0.8v；最大输入电压为26v；工作温度范围在
‑
40至125℃；内部含有静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路，这些电路足以保证其稳定的工作并可提供持续稳定的电压和保护功能。它是一种常用的线性稳压电源，适用于电压要求较高的仪器仪表上，体能提供足够稳定的直流电压。
108.2.3 lm7805稳压芯片的介绍。
109.lm7805是输出固定电压三端稳压器集成电路；输出电压为固定的5v电压；输出峰值电流可达2.2a，可以持续输出1a的电流。输入电压5v
‑
18v但是最大不能超过35v，超过35v稳压管会被烧毁，并且其输出端输出不受控制导致更大的电路影响；它的工作温度范围在
‑
40至+125℃；适用于高电压供电输出低电压的稳压需要，当以最大输出电流工作时会伴随着大量的发热，芯片是to
‑
220封装的可以方便的为它添加散热片，这样有助于稳压芯片的稳定工作。
110.2.4 asm1117线性稳压芯片的介绍。
111.ams1117可以输出800ma的最大电流，其可以正常工作的输入输出电压差可以到
1v。当需要它以最大的输出电流工作时必须要保证其输入输出电压差要高于1.3v，并且随着负载电流的减小压差会逐渐减小。asm1117的体积小工作稳定，只要是不过电流工作，它的稳压效果完全可以满足使用要求。asm1117这个系列拥有众多可以输出不同电压的稳压芯片，需要根据使用情况挑选相应电压的稳压芯片。
112.2.5稳压芯片的对比与选型分析。
113.lm2940是低压差的线性稳压集成电路，稳压功能与常见的稳压芯片一样。它的优点在于芯片的输入与输出之间的损耗(也就是压损)比较小。7805的压损大概是2.5v
‑
3v，而lm2940的压损大约只有零点几伏。lm2596是内部集成了开关电源集成电路。开关电源与线性稳压电源是电源的两大种类，但是工作原理完全不相同，线性稳压电源的特点是电路相对简单且精度高，纹波系数小，适合于对电压要求比较高的精密用电器，缺点则是效率很低，且输出电流比较小(相对于开关电源而言)。而开关电源，电路是要复杂一些，但是输出电流大，效率很高，缺点是精度低一些，纹波比较严重。asm1117与lm2596稳压电源芯片价格相差悬殊，两者的输出最大电流相差较大，经过计算发现asm1117
‑
3.3的供电能力符合系统的设计要求。无需选用价格昂贵的lm2596稳压芯片，最后选定asm1117作为系统供电的稳压芯片。
114.第三方面，usb转串口芯片的对比与选型。
115.3.1 cp2102芯片的简介
116.cp2102的内部集成了串口通信所必需的所有功能控制器，仅需要一片芯片就可以完成usb转接uart的功能。这种高度集成的电路有利于节省pcb空间，是微型电脑连接设备的首选芯片。cp2102与其他usb
‑
uart转接电路的工作原理类似，通过驱动程序将pc的usb口虚拟成com口以达到扩展的目的。内含usb收发器，无需外界电路器。片内含时钟电路，无需外接电路；片内含上了电复位电路；片内电压调节可输出3.3v电压；符合usb2.0规范的要求；suspend引脚支持usb状态挂起；异步串行数据总线兼容所有握手和调制调节器接口信号；支持的数据格式为数据位8、停止位1、2和校验位；片内包含512字节的接收缓冲器和512字节的发送缓冲器；支持硬件或者x
‑
on/x
‑
off握手。
117.3.2关于pl2303芯片的简介。
118.pl2303是prolific公司生产的一种rs232转usb接口转换芯片，芯片内拥有一个全双工异步串行通信装置。高度集成的芯片有一个好处是，可以从外设接收数据并把它转换为usb的数据格式传送回去，这些复杂的通信协议之间的转换均由芯片完成。低功耗模式使其适用范围更广，对于现代电子产品的设计需要，非常适合小型可穿戴设备。pl2303的驱动可模拟成传统com端口，这使得很多com端口应用无缝的转换成usb接口应用。该器件具有完全兼容usb1.1协议特征，它的输出电压3～5v可以根据需要调节，可以满足不同电压的应用需求。芯片的波特率可以设置成75b/s～6mb/s之间的任意一种，还可以为外部串行通信接口提供电源。片内还设计了iic总线接口，可以使用外部的modem信号远程唤醒芯片工作。支持windows98，windows2000，windowsxp，windows vista，windows7等操作系统。
119.3.3关于ch340g芯片的简介。
120.ch340g是一款usb转串口的转接芯片。芯片内部集成了收发器，ir转换器。支持5v电源电压和3.3v电源电压。ch340g芯片拥有全速usb设备接口，兼容usb2.0。它是标准的仿真串口，可以给需要升级的设备升级软件。它的串口功能是硬件全双工串口，通信波特率最
高可达到2mbps。
121.3.4关于usb转uart芯片的选型分析。
122.通过对比发现，使用cp2102芯片它的外围电路是最少的，但是其价格相对较贵且芯片是qfn封装的不利于手动焊接，对于新手来说焊接成功率低。pl2303与ch340的电路设计相对复杂均需要外接晶体，其它的设计与cp2102基本相同。而pl2303的价格非常昂贵，正规公司生产的芯片要卖到几十元到几元不等。而ch340g仅需要1.5元一片且性能完全满足设计需要。最终选定了usb转串口芯片使用ch340g芯片。
123.第四方面，rs232转rs485芯片选型与介绍。
124.4.1 sp3485芯片简介。
125.sp3485是为rs
‑
485和rs
‑
422串行协议转换的芯片，使用3.3v供电。内部集成了低功耗半双工收发器。sp3485可以与多种同类型同系列的芯片兼容使用，它们的管脚互相兼容，同时也兼容工业标准规范。空载时输出电压的大小为0v～+3.3v。当差分信号输出连接54ω的负载时，驱动器仍然可以使输出电压大于1.5v，de(pin3)上的逻辑高电平将使能驱动器的差分输出。sp3485的接收器有一个三态使能控制脚，如果de(pin3)为低，则驱动器输出呈现三态。sp3485收发器的数据传输速率可达10mbps。驱动器输出最大250ma isc的限制使sp3485可以承受
‑
7.0v～+12.0v共模范围内的任何短路情况，保护ic不受到损坏。sp3485接收器的输入是差分输入，输入灵敏度可低至
±
200mv。接收器的输入电阻一般在15kω左右，可以在－7v至+12v的宽共模方式，允许系统之间存在大的零电位偏差。sp3485接收器的数据传输速率可高达10mbps。
126.4.2 max485芯片简介。
127.max485是用于rs
‑
485通信的低功耗收发器。每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器，max485可以实现最大2.5mbps的传输速率。片内的收发器可以在120μa至500μa电流的条件下使芯片工作在空载或满载。驱动器内部具有短路电流限制电路，还可以使能热关断电路将驱动器的输出设置为高阻状态防止芯片过度的功率损耗。接收器输入是具有失效保护特性的当输入开路时，以维持芯片的高电平输出。通信方式采用半双工制式。芯片采用5v电源供电，额定电流是300μa。它完成将ttl电平转换为rs－485电平的功能。max485芯片的结构简单，引脚功能使用方便。片内含有一个驱动器和一个接收器，只需要一个外部控制信号控制max485的接收和发送即可。双绞线的特性阻抗在110ω
‑
150ω，选择120ω的匹配电阻加到总线的末端。
128.4.3 uart转rs
‑
485芯片选型分析。
129.sp3485与max485均可实现uart转485信号，而两者的价格相比悬殊。正品max485价格是sp3485芯片的好几倍，功能相同且sp3485在工程中使用较多。所以最终选用sp3485芯片作为uart转485信号的驱动芯片。
130.第五方面，led灯驱动芯片的对比与选型。
131.led灯驱动芯片初步选定使用74hc138和74hc238芯片作为led灯驱动芯片，74hc138与74hc238芯片都是3
‑
8译码器，只是输出的逻辑相反。74hc138的工作电压在3.0v
‑
5.0v之间，工作温度可在
‑
40℃至+80℃。单片总功耗不超过400mw，静态电流损耗1μa。而价格方面74hc238价格会高于74hc138价格很多。对于大批量使用这种芯片时价格优势非常明显，所以最终选用74hc138芯片作为从控制器的led灯驱动芯片。其次根据led灯驱动线路的
设计需要，选用74hc138作为驱动芯片其驱动电路设计是最简单易于实现的。
132.第六方面，硬件总体方案的确定与芯片的选择。硬件总体的设计通过以上芯片的介绍与对比，整个控制系统所用到的芯片介绍和选定完毕。
133.使用usb转串口芯片ch340g为主控制器与计算机通信的桥梁，计算机通过它接收应答和下发控制命令。
134.主控制器芯片选用stm32f103rct6，用于系统的温湿度采集，信息显示，命令接收，编码下发等任务。
135.从控制器选用msp430g2553，是led驱动命令的接收器及命令下发任务。74hc138是led灯的驱动器，接收从控制器发来的控制命令并执行。
136.电源芯片根据单片机的供电需求选择使用asm1117低压差线性稳压电源芯片为分立系统提供电源。
137.主从控制器之间的通信采用rs323通信方式。但是由于rs232通信距离不超过10米所以主从控制器之间采用rs485通信更好，而单片机又不具备rs485通信的接口故将rs232信号通过sp3485芯片转换成rs485信号用于远距离信号传输。
138.这个系统设计所涉及到的芯片都是经过与同类型芯片对比后确定的型号，在后文中会将详细分析各个部分的设计电路。通过芯片选型步骤能更清楚地了解这套仓储出入库系统的结构及控制思想，也为后续软件实现打下坚实的基础。
139.下面对本技术实施例提供的小型仓储出入库引导系统硬件设计进行详细介绍。
140.小型仓储出入库引导系统的构成如图3所示，系统由计算机，主控制器，从控制器，货架几部分构成。硬件设计主要是主控制器及从控制器板卡的电路设计，电路中主要包含单片机的最小系统，其他功能接口电路。接下来会详细的介绍关于系统各个部分的电路是如何设计，解释各个部分电路的原理。
141.关于主控制器外围电路设计。stm32微处理器是基于arm cortex
‑
m3内核针对高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计的微处理器，在温度检测中应用广泛。
142.由图4、图5构成了stm32单片机的最小系统，图4中包含主控制器单片机时钟电路，复位电路，电源滤波电路。stm32f103rct6单片机有两个时钟接口，y2是rtc时钟的晶体它与两个10pf电容c1、c2组成时钟电路。c1，c2位32.768khz时钟的谐振电容，选用10pf电容是典型的应用设计。stm32单片机内部有一个8mhz的时钟(hsi时钟)，系统上电默认的就是使用该时钟来运行程序，但这个内部的8mhz的精度并不高会有一定的误差。所以需要在stm32单片机外部接一个8mhz的标准晶振(hse时钟)，配置系统时钟就是使用这个外部的hse时钟经过内部倍频之后作为系统运行的时钟(sysclock)。y1是频率为8mhz的晶体，为单片机提供系统时钟信号。y1晶体工作需要与c3、c4这两个20pf的谐振电容组成时钟电路。r30是1mω的电阻其设计是参考st官方的数据手册里振荡器设计指南，里面提到1m欧姆的电阻用于增益裕量方面，它的作用是辅助晶体起振。c6、c7、c8、c9、c10是0.1uf的退耦电容用于单片机的电源输入端滤波作用，用于减小电源的纹波使进入到单片机的电源更稳定。避免由于电源纹波的影响导致单片机工作不稳定。
143.r7、r8、r9、r10组成了单片机的boot方式，通过boot[1:0]可以先择三种不同的启动方式。选择方式如表1所示。表1示出了stm32f103rct6 boot选择方式。
[0144]
表1
[0145][0146]
通过选择焊接不同的电阻组合成不同的启动方式。默认启动方式以主闪存存储器为启动区域，焊接时r7，r8不需要焊接。
[0147]
复位电路采用按键复位与上电复位结合的复位电路。r1是上拉电阻，c5是上电自复位电容，电容的容值越大复位时间越长。由于阻容串连电路中电容c5端电压不能突变，因此在上电时，nrst端会维持一段时间的低电平起到低电平复位信号的作用，随着3.3v电源通过电阻r1电容c5充电，c5两端的电压差逐渐增大，经过一段时间后变为高电平，上电复位信号结束。在单片机工作过程中，当按键b1被按下时，电容c5两端被短路放电，按键松开后nrst端仍会维持一段时间的低电平起到低电平复位信号的作用，随着3.3v电源通过电阻r1向电容c5充电，c5两端的电压差逐渐增大，经过一段时间后变为高电平，手动复位信号结束。
[0148]
jtag接口是由标准的20pin接口转接成10pin接口如图5所示，jtag接口的各个信号线需要接上拉电阻，使用10kω的电阻上拉倒3.3v。
[0149]
4.3从控制器外围电路设计。
[0150]
从控制器的单片机是使用ti公司的msp430g2553单片机，此款单片机具有以下优点。低电源电压供电范围在1.8v
‑
3.6v。超低功耗运行模式时仅需要230μa工作电流(在1mhz频率和2.2v电压条件下)待机模式时0.5μa的待机电流关闭模式(ram保持)时需要0.1μa的工作电流。还拥有5种节能模式。单片机无需复杂的外围电路就可以正常工作，可以外接rtc晶体作为基准时钟源。由于其io接口有限故将p2.6，p2.7作为普通io接口使用。d4为led灯作为单片机运行指示灯，运行时会2hz的频率闪烁。由r47，c7，b1组成的电路是单片机的复位电路，原理与主控制器单片机复位电路相同。c1，c2，c8，c9，c10，c11，c12，c13，c14，c15，c16，c17，c18退耦电容，c1是单片机的电源退耦电容，其余电容是为10片74hc138芯片提供电源退耦作用的电容。msp430g2系列单片机下载是使用串口下载方式，使用专用ti仿真器下载代码。如图6所示是msp430g2553的最小系统原理图。
[0151]
4.4电源模块设计
[0152]
asm1117
‑
3v3是既便宜又好用的3.3v三端稳压器，其外部仅需要几颗电容就可有产生出所需要的电压。asm1117
‑
3v3是低压差线性稳压电源，只有输入输出端电压差不大时转换效率才够高。查找asm1117
‑
3v3的数据手册可以看到其最大输出电压可达到15v。最小输入输出端电压差可以低至1v，当以最大电流输出时需要保证输入输出电压差不低于1.3v。实际测试发现实际输入的电压要在4.5v
‑
7v最好，高于7v其输出的电流会随之下降，当使用负载较大时稳压芯片会大量发热，长时间使用会出现芯片烧毁的情况。
[0153]
图7示出了3.3v电源模块电路示意图。
[0154]
在电源的输入端与地之间加了两颗电容c11是0.1uf的瓷片电容，c12是10uf/16v
的钽电容。这两个电容的作用同样是为电源输入端滤波使用的，小容值的瓷片电容是滤除10khz到100khz之间的电源纹波，10uf的适用1khz以下的电源纹波，1uf适用消除1khz到10khz之间的电源纹波。可由下列公式(1)计算相应容值对应的频率。
[0155][0156]
其中，xc是输入阻抗，f是频率，c是容值。
[0157]
交流成分通过电容滤波，其实是因为这个频点的阻抗比较低，所以这个频点的交流成分才从电容经过。同样的条件下即电容大小不变，但频率继续提高，频率提高了，需要看电容的制造工艺，电容容量越大，就需要将有大面积的平行的铝箔绕制，因而产生电感，但是，从公式看，频率高所需电容容量就小，所带来的电感也小，如果是很小的平行极板甚至不会出现电感，所以，滤波电路中往往出现一大一小电容并联的设计，就是针对高、低频率滤波的。输出端也同样使用一大一小滤波电容，使输出端的电源更加平稳。
[0158]
4.5 485总线自收发电路设计
[0159]
图8示出了485自收发电路示意图。
[0160]
这里所说的自动收发就是不用单片机的控制端。当有数据发送来时数据会自动通过rxd端传送到到单片机。当有数据需要发送时数据会自动通过txd端发送。自动收发就是只需要连接单片机的rxd和txd引脚就可以实现自动收发，不需要用单片机引脚连接到sp485芯片的de re引脚。如图8所示就是实现自动收发的电路，实际上自动收发的电路还有好几种连接方法这只是其中一种经常用的电路。
[0161]
usart2 rxd连接电阻r20到485芯片的ro，这里r20的作用是限流，保护引脚。r20的大小，可以选择330ω、470ω、560ω、1kω。电阻r18、电阻r19和npn三极管q3组成一个典型的三极管开关电路。r18是限流电阻，最好选择4.7kω，也可以选择10kω。r19是上拉电阻，可以选择4.7kω，也可以选择10kω。
[0162]
r18选择4.7kω主要是用到三极管工作在饱和区的特点。npn三极管基极为高电平时三极管导通。当usart2 txd端为高电平时三极管导通，re de引脚接地，进入接收模式。当usart2 txd端为低电平时，三极管截止，re de引脚接高电平，进入发送模式。
[0163]
c17是电源旁路电容作用是滤波作用，能够减少电源干扰使它稳定的工作。在设计电路板的时候，如果芯片没有特殊要求，需要把每个芯片旁边放上一个0.1微法电容。在pcb布线的时候，电容到电源引脚的距离在2mm以内效果最好。
[0164]
d3，d4，d4这里使用的双向稳压二极管型号是smaj6.5ca。他们的作用是把a、b引脚对地的电压以及a和b引脚之间的电压，牵制到6.5v以内，保护485芯片。从sp3485芯片手册得到，ab的耐压值是正负15v以内。ab这两个引脚就是drivers output和receivers input。
[0165]
接下来讲解是如何实现自动收发功能。这里最大的疑问就是di引脚本来是接txd的，但是电路中直接接地，看上去是发送的数据会一直都是0，其实并非如此。下面再来分析发送数据过程，发送数据用的是单片机的usart2 txd引脚，在usart2 txd引脚上表现数据。在接收数据的过程中，usart2 txd引脚是一直保持高电平的，当usart2 txd是高电平时，re是低电平，正好调理成了接收状态，然后485芯片的ro引脚(也就是接usart2 rxd的引脚)就会反应ab传输过来的数据。
[0166]
4.6 usb转串口电路设计。
[0167]
如图9所示是usb转串口电路。这个电路是根据ch340g的数据手册设计的，这里仅使用了ch340g的串口功能。u5是mirco usb接口，通过数据线可与计算机连接。电容c15，c18是电源端的旁路电容，用于ch340g芯片的电源滤波。d6是电源指示灯，r23是限流电阻，限制通过led灯的电流不大于25ma。y3，c19，c20是ch340g芯片的的外部时钟电路。r25，d8是接收端的状态指示当有数据发送来时led灯会闪烁指示，闪烁的频率与发送端的波特率有关。发送的速率越快led闪烁的越快，相反速率越慢led闪烁的速率越慢。r26，d7组成发送端的状态指示，原理与接收端的状态指示灯相同。图9示出了usb转uart电路示意图。
[0168]
4.7 oled显示屏电路设计
[0169]
图10示出了oled显示屏驱动电路示意图。0.96寸oled显示屏的设计电路如图10所示。oled在手机、掌上pad、数码产品、车载设备、电视以及军事仪器仪表等方面应用广泛。电路设计的并不复杂，这是一个典型设计。d0为串行输入时钟信号，d1为数据输入，rest为复位信号输入端，dc为控制输入数据或命令(高电平时为数据，低电平时为命令)。
[0170]
表2
[0171][0172]
电容c48，c46为电源滤波电容，根据数据手册描述vcomh需要串接电阻连接到vss，c45连接vcomh和vss。iref为oled的参考电流输出端，需要连接一个390kω电阻到vss。bs1，bs2是控制方式选择端口如表2所示。
[0173]
这里选择4线spi控制方式，所以bs1，bs2接vss。c47为电源端滤波电容，c43，c44是显示屏的两个电荷泵电容。需要将电容分别连接到c1p和c1n两端，c2p和c2n两端。r45，c49，d22组成上电自动复位电路，r45具有上拉作用复位完成后一直保持高电平。d22是续流二极管，当电源断开以后，能迅速将电容上的电能放掉；当上电时进入复位。对于瞬时断电，再上电的使用尤其重要。如果断电后，电容电能没放掉，再上电，不能进入复位状态；所以必须加这个二极管，作为断电后的迅速放电措施。
[0174]
4.8 dth11温湿度采集电路设计
[0175]
温湿度传感器接口电路如图11所示。u6是dth11温湿度传感器，单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。数据段需要连接上拉电阻，其作用是使数据流的上升沿时间尽量短。dth11数字温湿度传感器内部包含电阻式感湿原件，可以检测温度测量精度
±
2℃，湿度测量的精度
±
5％rh。dth11数字温湿度传感器的响应快，抗干扰能力强，性价比极高等优点。每个dht11传感器都在出厂前进行了校准，校准系数用于传感器内部做检测时要调用，这些校准系数使输出的数据更加准确。
[0176]
当dht11需要从低功耗模式唤醒时，需要发送一个开始信号给传感器。等待主机开始信号结束后，dht11发送响应信号。dth11会发送给主机40bit的数据并触发一次信号采集，可选择读取部分数据。采集数据后转换到低速模式。
[0177]
4.9 led灯驱动电路设计
[0178]
led灯驱动电路如图12a、图12b和图12c所示。led驱动使用两片74hc138芯片，分别
可驱动8个红色led灯和8个绿色led灯。led灯的接口为共阳极电路一组红色led与一组绿色led连接成共阳极led灯阴极接74hc138的输出端。通过是能信号片选需要控制的驱动芯片，同时收到控制y0
‑
y7的地址信息，这时相应的led灯会亮起。
[0179]
如图13、图14、图15三个电路所示，这是主控制器上的部分接口电路。图13是将主控制器的未使用的io接口全部引出便于以后调试时使用。图14是主控制器上的两个led指示灯电路，led灯使用io口直接驱动。当io口输出为低电平时led灯亮，当io口输出高电平时led灯熄灭。串接1k电阻是起到限流作用保护单片机io口。图15是一个独立按键的接口电路，按键静止时通过r11的上拉作用将单片机的io口电平拉高至3.3v，此时单片机接收到的是高电平。当按键按下时电源同过电阻接到电源地，这时单片机的io口接收到低电平信号。这些电路都是辅助调试电路，便于调试的过程中辅助调试。
[0180]
下面介绍本技术实施例提供的小型仓储出入库引导系统软件设计
[0181]
第一方面，下位机系统软件设计。
[0182]
下位机软件包括主控制器程序设计与从控制器程序设计，程序设计先根据需要设计流程图再编写控制器的底层驱动代码，最后编写各部分的功能代码。完成各部分代码以后需要对系统进行综合调试，直到能够实现期望的控制效果。
[0183]
1.1主控制器程序流程图设计
[0184]
如图16所示是主控制器的控制程序流程图。主控制器需要完成从计算机接收控制命令，根据协议编码。同时需要完成温湿度采集、温湿度信息显示及上传给计算机。通过串口将编码后的命令发送至各个从控制器，从控制器接收命令并判断是否是本机的命令，若是则会做出相应的应答；否则无应答，主控制器在发送三次这条命令依然无应答就亮状态异常指示灯。
[0185]
1.2从控制器程序流程图设计
[0186]
如图17所示是从控制器的控制程序流程图。从控制器需要完成从主控制器接收led灯的控制命令，接收到命令先要判断是否是本货架的信息，若是本机需要执行的控制信息就执行相应的led灯控制并发送应答信息，若不是就丢弃本体接收到的信息。
[0187]
1.3通讯协议设置
[0188]
主控制器与从控制器之间是需要有通信协议才能够保证信息准确无误的互相通信。通信中因为主控制器仅有一个而从控制器有若干个，为了保证从机能够准确无误的接收到主机发来的控制信息。避免出现一条命令多个从机应答的情况，需要给每一个从机分派一个id(industrial design)号做为其唯一的标识，这样就会将各个从机区分开来。为了将每一条命令能够区分开，每条命令前需要添加字头作为区分。指令包格式如表3所示当从控制器连续接收到两个0xff，表示有数据包需要接收。从控制器会将字头之后的数据存储下来直到下一条命令的字头为止。
[0189]
每个从控制器都有一个唯一的id号，id号的范围在0
‑
253，转换成十六进制后的范围是0x00
‑
0xfd。数据长度等于发送的数据长度n加上2，即是“n+2”。参数就是相应的控制信息。校验和check sum计算方法如公式2所示：
[0190]
check sum＝～(id+length+param1+...+paramn)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0191]
若括号中的计算和超过255，则取最低的一个字节“～”表示取反。
[0192]
表3
[0193][0194]
表3示出了应答包的格式，应答包的格式与指令包的格式一样，以接收到的命令为应答信息发送给主机作为回应。广播id号为254，当从控制器接收到id为254的指令包时，所有的从控制器都接收指令但不做应答。
[0195]
第二方面，上位机监控界面设计。
[0196]
上位机界面如图18所示，上位机采用c#编写，c#简单，功能强大，类型安全且是面向对象的。上位机监控界面是必要的，可以通过上位机界面实时监测所有的下位机状态。还可以显示更多的信息由此来直观的监控整个仓储出入库系统。上图中左上角是仓库温湿度的实时显示，还有指示盘作为指示信息显示。左下角是出入库按钮，在零件出入库时使用。顶端按编号查询的输入框，可以输入零件编号查询零件信息。下方是用于显示零件信息的文本框。计算机通过com口与下位机的uart串口连接进行通信。
[0197]
本技术实施例提供的小型仓储出入库引导系统中，添加了温湿度采集的传感器，这样能更方便的监测仓储内的温湿度。主从控制器的配合控制方式，经过验证是切实可行。考虑到每个独立的货架上需要控制大量的led灯，仅使用一个独立的控制器控制所有的led灯无法达到最佳效果，况且大量的led灯连接线对也是复杂的问题。本技术实施例中这种一个从控制器管理一个货架很容易实现，并且一排有6个货架使用六个从控制器可以轻松解决。若后续需要加货架，仅需要连接电源线和485总线就可以实现led灯的控制，这种解决方法很适用于这种大量并联控制的系统。
[0198]
在供电电源方面，使用电池供电不够现实，电池的续航时间太短不适合长期使用。整体式供电虽然解决续航时间短的问题，可是供电的电流太大，导线需要使用更大电流的高品质导线。为了解决这个问题，将所有的货架以每一排为单位，每排独立供电，这样就能避免负载电流太大的问题，还能保证持续供电的要求。
[0199]
主从控制器的通信方式的选择上选用485通信必要的，仅用串行通信是难以实现远距离通信的，串行通信方式最远不过十几米。而采用485通信方式可以轻松达到几百米，几百米的通距离足以使所有的从控制器并联到485总线上。所以在通信距离超过十米以上的情况，可选用适用于远距离的通信方式来解决通信问题。采用sp3485芯片将串行通信方式转换成rs845通信方式，不仅电路简单，而且工作稳定。
[0200]
在主控制器上添加了oled、温湿度传感器、测试按键、led指示灯是非常有必要的。这些外设可以在后期调试中帮助开发者辅助调试程序，也可作为以后的功能使用。其中温湿度传感器的使用是很有必要的，考虑到仓库中温湿度要求较高，单独购买一块温湿度计的成本远高于一个普通温湿度传感器的价格，所以在主控制器添加温湿度传感器模块，也进一步丰富了功能还节约了单片机的资源。
[0201]
为主从控制器添加了运行指示灯，使主从控制器的运行状态一目了然。当无运行状态指示时，只有根据联机调试程序才能判断其是否运行正常。而对于仓库管理者根本不适用，他们无法进行程序调试又没有其它的测试手段。为了能让仓库管理员直观的了解到板卡运行是否正常，在板卡上设计了一个运行指示灯。以1hz的频率闪烁，当闪烁的节奏不对或者不闪烁，就可以直接断定板卡出现故障。
[0202]
综上所述，本技术实施例提供了小型仓储出入库引导系统，所述系统包括上位机、下位机和货架仓位；所述系统是计算机通过串行总线与下位机通信；所述上位机用于显示当前系统的货物出入库状态，用于查询采集货物的条码信息、货物入库的编解码、仓库内温湿度；所述下位机包括主控制器和从控制器；所述主控制器用于小型仓储出入库引导系统的温湿度采集并将采集结果传送给所述上位机，还用于接收所述上位机发送的位置指示信息并转发给所述主控制器所控制的所有从控制器；所述从控制器用于根据接收到的位置指示信息做出相应的指示动作；所述货架仓位用于存放相应编号的货物。提高了仓储管理员的工作效率，让管理人员以最快的速度知道货物出入库位置，避免了新员工不熟悉工作环境而盲目寻找浪费时间。
[0203]
基于相同的技术构思，本技术实施例还提供了一种设备，所述设备包括：数据采集装置、处理器和存储器；所述数据采集装置用于采集数据；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于执行一个或多个程序指令，用以执行所述的方法。
[0204]
基于相同的技术构思，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行所述的方法。
[0205]
本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0206]
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
[0207]
虽然本技术提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
[0208]
上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形
式。
[0209]
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0210]
本技术可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本技术，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0211]
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0212]
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本技术可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
[0213]
以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。