隨著快遞運輸越來越普遍，由于小規(guī)模企業(yè)無力改進和大規(guī)模企業(yè)難以統(tǒng)一調(diào)度，無法對快遞安全和完整送到顧客手中進行監(jiān)控，對快遞小哥誤操作等行為也缺乏有效監(jiān)控措施，這就導(dǎo)致了快遞安全送達的幾率變低，特別是現(xiàn)在快遞越來越向著小、精的方向發(fā)展，導(dǎo)致很多快遞公司損失嚴重，顧客也難以信任快遞公司。本設(shè)計根據(jù)快遞運輸?shù)那闆r，利用用單片機與編碼器相結(jié)合，完成對車車門開關(guān)行程位置的實時監(jiān)測，實現(xiàn)提升貨物安全的目的。
旋轉(zhuǎn)編碼器是一種用來測量旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)角速度的旋轉(zhuǎn)式傳感器，它通過將角位移轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號發(fā)送給單片機等接收端來記錄角位移或者角速度。在光電式旋轉(zhuǎn)編碼器中角位移的轉(zhuǎn)換采用了光電掃描原理。它可以分為三個部分，第一部分由交替的透光窗口和不透光窗口組成，就像齒輪一樣的結(jié)構(gòu)，使它成為角位移的記錄依據(jù)。第二部分為發(fā)射光源，第三部分為接收光源，發(fā)射光源經(jīng)過第一部分的遮光和透光，使光照交替出現(xiàn)，記錄由電子電路實現(xiàn)，經(jīng)過計算處理即可得到所測量的角度，
如圖2.1所示旋轉(zhuǎn)編碼器輸出為兩相方波，它們波形相同，頻率相同，只有相位不同，通常由A腳和B腳輸出。隨意選擇一個腳記錄其震蕩次數(shù)即可計算其旋轉(zhuǎn)角度，與此同時，我們還可以通過比較兩個方波的提前與滯后的相位關(guān)系來判斷旋轉(zhuǎn)方向，不僅如此，旋轉(zhuǎn)編碼器在每轉(zhuǎn)一圈之后會輸出一個高電平，輸出這個高電平的通道給出編碼器的絕對零位，也就是每轉(zhuǎn)一圈這個通道會輸出一個高電平，以此記錄圈數(shù)。此信號是一個方波時間大約在A輸出一個高電平的中間位置如圖2.2所示。
旋轉(zhuǎn)編碼器精度取決于機械和電氣兩種因素，其中機械因素有：分光柵欄的精度、旋鈕的靈敏度、光源和接收元件的角度等，其中電氣因素主要包括：電子電路設(shè)計的誤差、電路傳輸?shù)臅r效、以及處理軟件的誤差等。可以用下列公式來計算電氣角度與機械角度的關(guān)系：其中n0表示電氣角度，n1表示機械角度，a表示脈沖數(shù)，t表示轉(zhuǎn)數(shù)。
由于蜂鳴器產(chǎn)生報警信號驅(qū)動的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。
蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，這里的源并不是電源的意思，而是振蕩源，如果是有源蜂鳴器只要通的電流足夠驅(qū)動蜂鳴器，蜂鳴器就可以正常工作，而無源蜂鳴器則需要一個振蕩波去驅(qū)動它。
蜂鳴器的工作電路：蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要放大電路來驅(qū)動，放大電路一般由三極管組成，也就是基極聯(lián)通單片機，控制蜂鳴器是否工作，集電極連接電源供電，發(fā)射極連接蜂鳴器，使其正常工作。
值得注意的是，理論上來說所有I/O口都可以驅(qū)動該電路，但當(dāng)使用P0口作為驅(qū)動電路時需要外加1k歐姆的上拉電阻，其他口并不需要。接線圖如圖所示。
光電門主要包括一個發(fā)光元件和一個接收元件，發(fā)光元件和接收元件組成槽型光耦，當(dāng)凹槽內(nèi)有物體時，發(fā)光元件發(fā)出的光被物體擋住，接收元件無法接收到光照，向D0口輸出一個高電平；當(dāng)凹槽內(nèi)沒有遮擋物體時，發(fā)光元件發(fā)出的光直接照射到接收元件上，D0口輸出一個低電平。除此之外，光電門模塊還提供了電源指示燈和開關(guān)指示燈可以看出光電門是否正常工作，其內(nèi)部電路圖如圖2.7所示。
（2）連接方法
光電門模塊連接方法如圖2.8所示
圖2.7光電門模塊連接方法
首先我們的設(shè)計利用了光電門的開關(guān)特性，當(dāng)快遞車啟動時，利用光電門檢測發(fā)動機渦輪遮光給單片機輸出的信號發(fā)生變化，之后單片機開始計時，并每隔一定很短的時間進行檢測，當(dāng)快遞車停止時，光電門輸出的信號不再變化，計時器停止計時，我們即可由此記錄快遞車行駛的時間。
再次我們的設(shè)計利用旋轉(zhuǎn)編碼器能將角位移轉(zhuǎn)化為電信號的特性，當(dāng)快遞車開門或關(guān)門時，每轉(zhuǎn)動一定的角度旋轉(zhuǎn)編碼器就會給單片機一個低電平，單片機會根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器AB相輸出的先后判斷轉(zhuǎn)動方向，記錄這個低電平并且累計這個低電平出現(xiàn)的次數(shù)，開門加關(guān)門減，如果這個累計數(shù)為0則說明快遞車門沒有動作，如果不為0則說明快遞車門沒有關(guān)好。
實現(xiàn)步驟
（1）行車啟動檢測
使用光電門開關(guān)檢測發(fā)動機渦輪，光電門檢測模塊與I/O口連接，該I/O口設(shè)置為下降沿檢測，啟動計時器通過軟件實現(xiàn)LCD屏顯示行車時間，若下降沿消失則停止計時。
（2）開關(guān)門檢測
門蝸桿渦輪轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)編碼器編碼盤轉(zhuǎn)動，將旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)化為一串?dāng)?shù)字脈沖信號。旋轉(zhuǎn)編碼器AB角分別接入單片機的I/O口，將這兩個I/O口設(shè)置為低電平檢測，通過兩口脈沖變化先后順序判斷旋轉(zhuǎn)的方向。通過統(tǒng)計脈沖的個數(shù)計算開門角度，通過變量記錄正反旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，正轉(zhuǎn)加，反轉(zhuǎn)減。若該變量為0則為關(guān)門，不為0則為開門。
這是主程序流程圖
以下是我在做畢設(shè)寫代碼時候的一些心得體會
（1）旋轉(zhuǎn)編碼器檢測
旋轉(zhuǎn)編碼器的AB相分別接入單片機的P1.1和P1.2，并在軟件中申請變量PINB和PINA進行檢測。首先把接收的引腳置高電平，并申請一個變量EncOld記錄編碼器初始的狀態(tài)（00,01,10,11），用一個變量EncNew記錄編碼器現(xiàn)在的狀態(tài)，對兩個狀態(tài)進行比較，如果兩個數(shù)據(jù)相同則返回0，如果兩個數(shù)據(jù)不同則通過判斷改變的順序判斷方向，00-10-11或11-01-00表示右轉(zhuǎn)，返回R，00-01-11或11-10-00表示左轉(zhuǎn)，返回L。另外由于旋轉(zhuǎn)編碼器具有開關(guān)特性，所以使用時需要延時消除抖動的影響。
（2）計時實現(xiàn)
在主程序中申請定時器中斷，根據(jù)計算定時器中斷初始化為TH0=0xdc，
TL0=0x00定時器每10ms中斷一次，也就是0.01秒，我們申請一個全局變量ms_10記錄定時器中斷次數(shù)，一個6位數(shù)組存儲秒十位個位，分十位個位，時十位個位。當(dāng)中斷執(zhí)行100次時，也就是ms_10=100時清零ms_10，把秒個位自加1。當(dāng)秒個位自加到10時，把秒十位自加1并清零秒個位。當(dāng)秒十位自加到6時，把秒十位清零并把分個位自加1，同理記錄分十位，時個位十位。當(dāng)每次定時器執(zhí)行完一次重復(fù)執(zhí)行主程序打開定時器，則可以實現(xiàn)計時。值得注意的是，計時器中斷的功能軟件中不能由太多延時時間，或者通過一步步調(diào)試通過調(diào)試軟件的時間對延時初值進行調(diào)整，否則會出現(xiàn)計時不準的情況發(fā)生。
（3）顯示實現(xiàn)
使用LCD屏需要三個子程序通過RS和RW的引腳拉高和拉低實現(xiàn)對液晶屏判斷是否正在工作、寫一個字節(jié)和寫一個命令。再通過初始化LCD屏程序把計時器和誤操作次數(shù)顯示到LCD屏中，具體操作如下：使用寫命令子程序設(shè)置16*2顯示開顯示，關(guān)顯示光標(biāo)，使用寫一個字節(jié)程序執(zhí)行清屏操作和顯示TIME和DEGREE作為標(biāo)題。再申請一個play函數(shù)，顯示行車時間和誤操作次數(shù)，只需要使用寫一個字節(jié)把時間數(shù)組中的數(shù)據(jù)寫在屏幕上。
（4）掉電保護
掉電保護通過把數(shù)據(jù)寫入24C02的方法實現(xiàn)，24C02需要使用I2C通信，所以我們需要使用程序模擬I2C總線通信的方法，根據(jù)I2C總線通信方法需要申請SCL和SDA通過改變它們的數(shù)值實現(xiàn)對24C02的寫入和讀取。另外掉電保護寫入需要時間所以要加入延時保證寫入程序的順利執(zhí)行。
（5）串口通信
使用串口通信時，需要在串口助手中選擇與串口通信軟件中申請的相同波特率，并且申請計時器作為波特率發(fā)生器，初始化時打開計時器即可使用串口通信。根據(jù)計算，串口初始化波特率9600時，初值為0xfdfd，工作方式為自動重裝。
在接收到計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)時進入串口中斷服務(wù)程序，接收之后存入一個臨時變量中，并對這個數(shù)進行判斷，如果為0，把存儲芯片中數(shù)據(jù)以一定的順序放入輸出數(shù)組，并發(fā)送給計算機；如果接收到的數(shù)據(jù)為1時，把存儲芯片的數(shù)據(jù)清零，即可實現(xiàn)清零功能。
（6）主程序
每次上電時，首先初始化24C02芯片，讀取芯片中的信息放入誤操作次數(shù)和時間數(shù)組的全局變量中，然后執(zhí)行顯示初始化和時間顯示，并啟動定時器。
如果光電門檢測有脈沖，進入行車循環(huán)檢測，啟動中斷和使用時間顯示，判斷開關(guān)角度變量是否為0，為0時車門已經(jīng)關(guān)緊，否則車門沒有關(guān)緊，如果車門沒有關(guān)緊則記錄紅燈亮、警報器響直到行車停止，也就是光電門不再有脈沖一段時間。誤操作次數(shù)加一，并寫入到掉電保護芯片中。而且每循環(huán)一次都把時間數(shù)組寫入到掉電保護芯片中，在每次上電的時候讀取并寫入其中。
進入停車循環(huán)，執(zhí)行掃描旋轉(zhuǎn)編碼器并記錄旋轉(zhuǎn)編碼器的開關(guān)角度，左轉(zhuǎn)變量自減1，右轉(zhuǎn)自加1，如果車門關(guān)緊紅燈滅、綠燈亮，如果車門每關(guān)緊紅燈亮，綠燈滅，并記錄車門是否關(guān)緊的變量x，當(dāng)行車循環(huán)檢測時進行判斷，以提醒司機行車狀態(tài)。
源代碼如下： #include#include typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint; uchar data table[10]={60,2,3,4,5,6,7,8,9,0}; //發(fā)送數(shù)組 uint ms_10; uint i,j,k; char a,b; unsigned char enc,x=0,y=0; sbit PINA=P3^2; sbit PINB=P3^3; sbit LED_R=P1^3; sbit LED_G=P1^4; sbit Cm_ok=P1^5; sbit sda=P2^0; //IO口定義 sbit scl=P2^1; sbit BEEP = P2^3; //蜂鳴器 sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; sbit sw_12=P3^7; sbit RS = P3^5; sbit RW = P3^6; sbit EN = P3^4; /*********************************************** 串行口初始化波特率9600，定時器1，工作方式2 *************************************************/ void serial_init(void) { TMOD=0x20;//計時器1作為比特率發(fā)生器，方式2 TH1=0xfd; TL1=0xfd; //裝入初值 TR1=1;//計時中斷允許 SM0=0; SM1=1;//串行口工作于方式2 ES=1;//串行口中斷允許 REN=1;//接收允許 EA=1;// 總中斷允許 } /********************* ************************** 串行口傳送數(shù)據(jù) 傳送顯示數(shù)組各字符給計算機 *************************************************/ void send(uchar *dis) { while(*dis!=0) { SBUF=*dis; dis++; while(!TI); TI=0; //軟件請發(fā)送中斷 } } /************************************************************************************************ 函數(shù)名稱：Encoder 函數(shù)功能：編碼器旋轉(zhuǎn)的掃描及處理 入口參數(shù)：無 出口參數(shù)：char型 0-無旋轉(zhuǎn) 'R'-正轉(zhuǎn)(向右轉(zhuǎn)) 'L'-反轉(zhuǎn)(向左轉(zhuǎn)) ************************************************************************************************/ unsigned char Encoder(void) { static bit Enc0=0,Enc1=0; static unsigned char EncOld,EncX=0; unsigned char EncNow; bit EncType=0; //設(shè)置編碼器類型: 0為一定位一脈沖,1為兩定位一脈沖 PINA=1; //PINA置高電平 PINB=1; //PINB置高電平 if(Enc0==0)EncOld=(PINA?0x02:0x00)+(PINB?0x01:0x00),Enc0=1; //記住初次調(diào)用時編碼器的狀態(tài) EncNow=(PINA?0x02:0x00)+(PINB?0x01:0x00); //根據(jù)兩個IO當(dāng)前狀態(tài)組合成16進制的0x00|0x01|0x02|0x03 if(EncNow==EncOld)return(0); //如果新數(shù)據(jù)和原來的數(shù)據(jù)一樣(沒有轉(zhuǎn)動)就直接返回0 if(EncOld==0x00&&EncNow==0x02||EncOld==0x03&&EncNow==0x01)EncX=EncNow; //00-10|11-01 if(EncOld==0x00&&EncX==0x02&&EncNow==0x03||EncOld==0x03&&EncX==0x01&&EncNow==0x00)//00-10-11|11-01-00右轉(zhuǎn) { EncOld=EncNow,EncX=0; if(EncType==1)return('R'); //兩定位一脈沖 else //一定位一脈沖 { if(Enc1==0)Enc1=1; else { //Delayms(60); //延時降低旋轉(zhuǎn)靈敏度(不能用在定時器中) Enc1=0; return('R'); } } } if(EncOld==0x00&&EncNow==0x01||EncOld==0x03&&EncNow==0x02)EncX=EncNow; //00-01|11-10 if(EncOld==0x00&&EncX==0x01&&EncNow==0x03||EncOld==0x03&&EncX==0x02&&EncNow==0x00)//00-01-11|11-10-00左轉(zhuǎn) { EncOld=EncNow,EncX=0; if(EncType==1)return('L'); //兩定位一脈沖 else //一定位一脈沖 { if(Enc1==0)Enc1=1; else { //Delayms(60); //延時降低旋轉(zhuǎn)靈敏度(不能用在定時器中) Enc1=0; return('L'); } } } return(0); //不旋轉(zhuǎn)返回0 } uchar display[6]={0}; uint num=0; //延時 void delay(unsigned char i) { for(j=i;j>0;j--) for(k=125;k>0;k--); } /********************************************************* 蜂鳴器響一聲 **********************************************************/ void beep() { unsigned char y; for (y=0;y<180;y++) { BEEP=!BEEP; //BEEP取反 delay(70); } BEEP=1; //關(guān)閉蜂鳴器 } /////////24C02讀寫驅(qū)動程序//////////////////// void delay1(unsigned int m) { unsigned int n; for(n=0;n
這是當(dāng)時在做畢設(shè)時候拍的幾張照片在快遞業(yè)的不斷發(fā)展過程中，快遞業(yè)務(wù)逐步包括文件資料、紙質(zhì)合同、公務(wù)信函、研究資料等為主的函件快遞和實驗樣品、高科技產(chǎn)品、高精度儀器和易碎奢侈品等為主的貨物快遞，這兩種貨物越來越多，越來越普及的情況下，大多數(shù)的快遞公司由于其能力有限，資金不足、創(chuàng)新能力弱，難以承擔(dān)運輸風(fēng)險，以及安全方面不能讓顧客放心失去競爭力。國際知名的快遞公司依靠其強大的資金支持和群眾優(yōu)勢，不斷提高競爭力，在某一區(qū)域甚至全球逐漸形成優(yōu)勢，并開辟了多種新的服務(wù)方式和手段?？梢姲踩珕栴}已經(jīng)越來越進入快遞行業(yè)的核心競爭力標(biāo)準，在這一背景下各種快遞業(yè)務(wù)安全措施，通過各種方法防止意外發(fā)生已勢在必行。
本設(shè)計基于單片機STC12C5A60S2實現(xiàn)對快遞車行車時對車門開關(guān)的提醒，把車門開關(guān)和行車時間作為數(shù)字量存儲在24C02芯片中，并通過LCD1602屏實現(xiàn)對行車途中車門監(jiān)測和實現(xiàn)顯示行車時間并通過串口實現(xiàn)與計算機的通信實現(xiàn)對車行程時間和誤操作次數(shù)的記錄。
本設(shè)計使用的旋轉(zhuǎn)編碼器需要更高的分辨率，如果精度較低會導(dǎo)致車門關(guān)緊卻誤報警，或者車門未關(guān)緊不能正確顯示。在路況不佳的道路行車時，旋轉(zhuǎn)編碼器的使用需要加裝一個保護殼，或者有緩沖的物品防止被撞壞。而且編碼器會受到大型機器的干擾，所以需要盡可能遠離發(fā)動機等機械。如果運輸?shù)缆酚酗L(fēng)沙、水汽等惡劣條件，需要加一個防塵罩
本設(shè)計的光電門不僅可以作為統(tǒng)計行車時間的標(biāo)志，還可以通過記錄輸出脈沖數(shù)，結(jié)合發(fā)動機和車輪齒輪比、車輪直徑計算行車的路程和速度。
本設(shè)計基于單片機STC12C5A60S2實現(xiàn)對快遞車行車時對車門開關(guān)的提醒，把車門開關(guān)和行車時間作為數(shù)字量存儲在24C02芯片中，并通過LCD1602屏實現(xiàn)對行車途中車門監(jiān)測和實現(xiàn)顯示行車時間并通過串口實現(xiàn)與計算機的通信實現(xiàn)對車行程時間和誤操作次數(shù)的記錄。
本設(shè)計使用的旋轉(zhuǎn)編碼器需要更高的分辨率，如果精度較低會導(dǎo)致車門關(guān)緊卻誤報警，或者車門未關(guān)緊不能正確顯示。在路況不佳的道路行車時，旋轉(zhuǎn)編碼器的使用需要加裝一個保護殼，或者有緩沖的物品防止被撞壞。而且編碼器會受到大型機器的干擾，所以需要盡可能遠離發(fā)動機等機械。如果運輸?shù)缆酚酗L(fēng)沙、水汽等惡劣條件，需要加一個防塵罩[20]。
本設(shè)計的光電門不僅可以作為統(tǒng)計行車時間的標(biāo)志，還可以通過記錄輸出脈沖數(shù)，結(jié)合發(fā)動機和車輪齒輪比、車輪直徑計算行車的路程和速度。
