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智能外卖存放柜设计
摘 要

随着现代科学技术的快速发展，我们需要和生活的生产工具变得更加成熟、智能化和人性化，这使得我们的生产和生活更加高效、便捷和方便。然而，传统的手工送餐方式效率不高，送餐人员工作非常努力。配送不能满足行业的需求，所以有了智能食品供应柜。未来，智能物流系统、智能食品供应柜很可能会发挥关键作用。随着科技的不断发展和物流行业的发展，智能外卖柜已成为物流行业不可或缺的一部分。
本设计的外卖柜采用STM32F103C8T6微控制器用于控制和调节，由DHT-11温度传感器、ESP-12F OLED显示模块、LED照明模块、加热模块等重要设备组成。产品可在液晶屏上显示相关信息；您还可以通过应用程序控制开关设备并取出食物。温度控制模块可以设置温度，以确保外卖食品在合理的温度下食用，并在显示屏上显示温度和湿度。最后，打开机柜后，室内灯会自动打开，关闭机柜后，灯会关闭，达到照明效果。它可以解决当今食品供应行业交货缓慢、餐饮缺乏隔热和技术过时的缺点。它的设计和实现具有智能温度控制和自助用餐接待功能，使其成为适应现代社会发展的智能产品。

关键词：单片机；外卖存放柜；传感器

ABSTRACT

With the rapid development of modern science and technology, we need to make our production tools more mature, intelligent, and user-friendly, which makes our production and life more efficient, convenient, and convenient. However, traditional manual delivery methods are not efficient, and delivery personnel work very hard. Delivery cannot meet the needs of the industry, so there are smart food supply cabinets. In the future, intelligent logistics systems and smart food supply cabinets are likely to play a key role. With the continuous development of technology and the logistics industry, intelligent takeaway cabinets have become an indispensable part of the logistics industry.
The takeaway cabinet in this design adopts STM32F103C8T6 microcontroller for control and regulation, consisting of important equipment such as DHT-11 temperature sensor, ESP-12F OLED display module, LED lighting module, heating module, etc. The product can display relevant information on the LCD screen; You can also control the on/off device and take out food through the application. The temperature control module can set the temperature to ensure that takeaway food is consumed at a reasonable temperature and display the temperature and humidity on the screen. Finally, after opening the cabinet, the indoor lights will automatically turn on, and after closing the cabinet, the lights will turn off to achieve the lighting effect. It can solve the shortcomings of slow delivery, lack of insulation in catering, and outdated technology in today’s food supply industry. Its design and implementation have intelligent temperature control and self-service dining reception functions, making it an intelligent product that adapts to the development of modern society.

Key words：singlechip;Takeout storage cabinet; sensor

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1研究背景及其意义 1
1.2国内外发展现状 1
1.3本文研究内容 3
2 系统方案论证和工作原理 4
2.1 设计方案的论证 4
2.1.1主控制器模块 4
2.1.2显示模块 4
2.1.3 传感器模块的选型 5
2.2 结构框图 5
3 硬件电路设计 7
3.1核心控制器 7
3.1.1 单片机芯片 7
3.1.2 电源电路 8
3.1.3 晶振电路 8
3.1.4 复位电路 9
3.2温度传感器电路设计 10
3.3 A7670C通信模块 10
3.4 按键电路设计 11
3.5 OLED显示电路设计 12
3.2 超声波模块 13
4 程序软件系统设计 15
4.1 Keil程序开发环境 15
4.2主程序设计 16
4.2 温度传感器程序设计 17
4.3 显示子程序设计 18
4.4 按键子程序设计 19
5.系统测试 21
5.1 硬件电路调试 21
5.2 软件调试 22
5.3 结果分析 22
6 结论 23
参考文献 24
致谢 25

1 绪论
1.1研究背景及其意义
如今外卖已然成为了大多数人们日常生活中不可缺失的一项，现在人们的日常生活中不论是美味的食物、日用品，还是鲜花和药品，只需动动手指头，打开手机上的外卖APP点击下单，即可等着外卖小哥送货上门。叫卖外已然成为了许多年轻群体的生活常态，由于外卖行业发展蓬勃迅速，外卖的各个节点都会让人格外关注，特别是外卖接收的终端，这决定了外卖最终的质量。而在外卖选购多样化方面，外卖平台在不断拓展可选购配送物品，从一开始的餐饮外卖，逐步拓展到生活用品以及药物等。外卖行业也将围绕人们日常生活的各个方面所需，进一步扩展服务类型，最终将可选购物品普及到人们日常生活的各个方面。而外卖如今仍面临着一个从其诞生到如今一直存在的问题–配送速度与物品的完整性。对于当代人而言，我们经常会遇到因外卖员配送时需等待买家而导致的配送超时，也常常因自身工作等种种原因导致我们无法及时的收取外卖，从而错过外卖最佳的品尝、使用时间，这不仅大大影响到消费者的使用感受，同时这也会大大增加外卖企业的运营成本。其次就是外卖安全的问题，如大学里点外卖经常会出现拿错，甚至偷窃的现象，此类现象层出不穷，令许多大学生深恶痛绝。。
无接触配送的实现，就需在外卖配送员与购买者之间建立一个中转站，但目前许多地方只是提供一张桌子摆放外卖，这就导致外卖在未被及时领取时会面临被他人拿走、遭到污染破坏以及失去最佳食用或使用温度的风险。基于此，本毕设拟设计一款类似“丰巢”快递存储柜，具有多功能的智能外卖储存柜。外卖配送员通过输入验证码将外卖物品放入储存柜后，应实际需求选择保温或冷冻功能，随后购买者可输入验证码打开柜门取走外卖，最终实现无接触配送。智能外卖柜的出现打破了传统外卖配送模式，为外卖的配送提供了更便捷更安全的保障。
1.2国内外发展现状
随着互联网的普及和经济的快速发展，食品和饮料用品在国内消费中的份额越来越明显。现代同胞对食品和饮料的需求日益增长。一般食品饮料供应行业也呈现出良好的发展趋势，仍有巨大的增长潜力。目前，食品供应已经接纳了更多的新用户，比如60年代和70年代出生的人。此外，报告显示，一线城市70年代用户的月平均订单量超过5个订单，使他们成为真正的“高粘度”食品配送客户。如今，中国市场的食品供应行业仍处于快速发展状态，使用食品配送服务的用户数量和频率不断增加。自2021年6月以来，中国在线外卖用户数量已达到4.69亿，这意味着大约每三个人就有一个人定期订购外卖，比2020年12月增加了4976万，增长率是各种调查应用中最重要的。虽然增长数据可能看起来很重要，但许多分析师仍然认为，目前的食品供应市场尚未达到饱和，食品供应的用户数量仍在增长。尽管目前消费者使用的食品配送应用已经稳定，知名品牌垄断了市场上的配送服务，但并非所有消费者都对外部销售服务感到满意，这也表明食品供应行业仍有很大的改进和进步空间。在食品供应行业，虽然送货司机越来越多，但许多送货司机在高峰时段仍然很忙。送完这顿饭后，他们必须赶紧把午餐送给下一位顾客。为了节省时间，供应商司机只能下楼为上班族取食物，供应商司机不负责将食物送到公司门口或顾客手中。在疫情期间，出现了“非接触式交付”一词。许多食品、新鲜食品和即时配送公司已经开始在宜宾提供“非接触式配送”服务。为了保护用户和司机的健康和安全，美团外卖在武汉试点非接触式送货服务方面发挥了主导作用。自2021年1月27日以来，美团外卖的非接触式配送已在全国184个城市推出，包括北京、上海、广州和深圳。
一方面，作为中转或终端食品配送柜，智能食品配送柜可以缩短食品司机的配送时间，避免在高峰配送时段无法取餐，大大提高效率。另一方面，较短的休息时间是供应商订购食品的主要原因之一。智能食品配送柜使用户能够快速回收食品，节省排队等待的时间。智能食品配送柜不会完全取代配送人员的货物配送，而是具有一项新的附加功能，为需要延迟或及时配送的用户提供更好的机会。随着2020年新疫情的爆发，鼓励非接触式饮食。
观察表明，临时外卖是大学生订购外卖时的一个重要问题。一般来说，学生会提前半小时点外卖。然而，在外卖食品送达后，一些学生可能会因为上课不舒服或其他原因而无法及时取餐，供应商的司机也可能无法等待。因此，司机供应商经常将食物留在宿舍入口处，这不利于宿舍管理员的管理。然而，把食物放在宿舍入口处不仅更容易冷却食物，也更容易弄错食物。因此，开发智能食品供应柜对于有效解决上述问题是非常必要的。2021年7月26日，七个国家部门联合发布了在线餐饮平台运作指南，有效保护了纳瓦诺斯食品贸易商的权益。本指南鼓励推广智能配送容器和其他形式，以提高乘客运输食品的便利性。相关政策的出台推动了智能食品供应柜行业的进一步发展。2002年至2014年间，智能食品供应柜的专利申请数量有所下降。自2015年以来，中国智能外卖食品柜的专利申请数量急剧上升，该行业的份额持续增长，到2020年将达到200多件。智能食品供应柜的发展与食品供应行业的发展密切相关。目前，中国食品市场正在逐步成熟。随着未来食品供应行业的发展，对智能食品供应柜的需求将继续增长，开辟广阔的发展前景。传统的手工送餐效率低，这使得卖家难以努力工作，送餐无法满足需求。智能外卖柜是物流行业的新设备，可以在未来的智能物流中发挥重要作用。
1.3本文研究内容
智能外卖柜的基本功能是温度监测、保温、冷冻、消毒和人机交互。基于上述功能，智能外卖柜可以提供合适安全的外卖存储环境。智能外卖柜设计以STM32微控制器为控制核心，使用温度传感器实时监测环境温度；保温和冷冻功能采用小风扇的冷却，保温功能将使用PTC设备进行加热。其工作原理是温度采集系统收集温度，当温度达到给定值时，保温和冷却系统将停止工作；消毒功能将选择使用消毒灯作为消毒装置。人机交互功能：按钮选择可满足0-9数字密码输入，加减按钮可用于选择隔离或冷却功能。电子屏幕用于显示温度、模式和密码输入。该项目的初衷是增加冷冻、保温、消毒等功能，以简单易用的方式确保外卖食品的质量，使智能外卖柜的受众更广泛，更多的人能够接受和使用它们。

2 系统方案论证和工作原理
2.1 设计方案的论证
2.1.1主控制器模块
（1）AT89C51单片机
AT89C51单片机作为一种经典的8位微控制器，拥有广泛的用户基础和成熟的技术支持。它拥有稳定可靠的性能、相对简单的编程接口和适中的成本，特别适合于简单控制系统的设计。然而，由于其内部资源相对有限，对于复杂的数据处理和控制逻辑可能不够灵活。
（2）STM32微控制器
STM32微控制器以其强大的性能、丰富的外设接口和高效的运算能力而著称。它适用于复杂且高性能的控制系统设计，能够轻松应对大量数据处理和实时控制需求。然而，STM32的价格相对较高，且编程复杂度也较大，对于小型项目或初学者可能不够友好。
（3）STC89C52单片机
STC89C52单片机结合了高性能和适中成本的优点。它拥有稳定的性能、丰富的资源和灵活的编程接口，能够满足本设计的基本需求。同时，由于其指令系统与传统的8051单片机兼容，我们在开发过程中能够充分利用已有的资源和经验，降低开发难度和成本。
综合考虑之下选择了STM32F103C8T6单片机作为主控模块。
2.1.2显示模块
（1） LCD1602显示器
LCD1602可以显示32个字符，但其控制方法简单，可以满足不同的字符显示要求。连接到微控制器的引脚相对容易。通过查看模块说明书并明确读写时间，可以完成LCD显示程序编程。总体而言，它在价格方面具有很大的优势[15]。
（2）OLED显示屏
OLED有着色彩鲜艳、功耗低的优点，它的显示技术具有自发光的特性，透过非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，不仅显示屏幕可视角度大，因为少了LED背光，耗电能够降低。。
（3）数码管显示器
数码管只能显示简单的字母或数字。虽然成本低，控制方法简单，但现在很少使用，只能应用于不需要高显示内容的少数系统中。此外，如果同时显示多个数码管，则必须使用主控制芯片的多个I/O引脚。
综合考虑之下选择方案二。
2.1.3 传感器模块的选型
外卖识别功能采用HC-SR04超声波模块，HC-SR04模块利用超声波进行测距，无需与被测物体接触，可以避免对被测物体造成损坏或干扰；超声波测距模块对环境光线、颜色等因素的影响较小，适用于不同环境下的距离测量；HC-SR04模块的测量精度通常在2-3毫米左右，能够满足一般应用的要求；HC-SR04模块的测量范围通常在2厘米到4米之间，适用于不同距离范围的应用。
2.2 结构框图
作为社会需求的一部分，出现了大量解决食品供应最后一公里问题的模型，这些模型使用微控制器处理器STM32F103C8T6作为微控制器，并结合不同的设备来补充系统的基本功能。具体功能如下：
（1） LCD屏幕功能，能够显示相关信息
（2） 应用控制功能，如开关设备、食品输送等
（3） 温度控制模块可以设置温度，以确保外卖食品在合理的温度下食用
（4） 温湿度检测，可在屏幕上显示
（5） 当机柜打开时，机柜内的灯会自动打开，当机柜关闭时，灯会关闭，以达到照明效果。

图2.1 系统结构框图

本次设计一个智能外卖存放柜，主要原理是，默认状态下，不锁门，门锁继电器断开状态，震动传感器、温度传感器不工作，照明灯不工作，系统默认节能状态，当系统内置的超声波传感器检测到内部有外卖时，启动继电器电磁锁，箱门会关闭，同时启动温度传感器检测温度，使用按键可以设置保温区间，通过加热保温模块给外卖保温，同时向指定手机号发送一条开箱密码，密码随机发送，在此过程中如果有震动显示偷外卖，会触发报警，并且向手机发送震动短信。当主人来取外卖时，通过短信验证码，使用矩阵按键，进行密码验证并开箱，开箱后，照明灯亮10秒，然后系统进入节能状态。

3 硬件电路设计
3.1核心控制器
3.1.1 单片机芯片
STM32系列是ARM的基础Cortex-M3内核的构建，不需要那么高的性能、STM32在72MHz的时间段内具有36mA的功率它具有功能强大、结构简单的优点，广泛应用于各种嵌入式系统中。根据其性能特点，该产品可分为两大系列：STM32F103增强型系列和STM32F101基本型系列。增强型芯片具有更高的性能管理能力，可以在确保硬件可靠性的同时有效降低系统功耗，从而提高整个处理器系统的整体性能。扩展串行时钟的频率高达72MHz，使其在同类产品中表现出色；与16位产品的定价相比，36MHz基时钟频率显著提高了其性能，使其成为16位产品用户的首选。此外，它还提供了一个可用于存储数据的内置存储器。这两个系列都配备了32K到128K的闪存，但它们之间的主要区别在于SRAM的最大存储容量和外部接口的组合。通过使用双缓存结构，芯片具有更高的读写效率。STM32的时钟频率为72MHz，在执行闪存代码时消耗36mA，使其成为32位市场上最强大的设备，功耗约为0.5mA/MHz。

图3.1 STM32最小系统电路
3.1.2 电源电路
电源是整个PCB的电源，支持MCU和各种其他外围设备的运行。电路如图3.1所示。由于终端需要为传感器和LoRa模块供电，因此系统需要两个电源，5V和3.3V。这里，AMS117-3.3（输出电压为3.3V的前向低压降稳压器）用于将输入电压从5V稳定到3.3V。其中，输出滤波电容器C26和C27的功能是抑制自激振动并稳定线性控制器的输出；C28和C29是用于防止电源故障后电压反转的输入电容器。此外，为了便于调试，增加了电源开关K1。该设计的电路如图3.2所示：

图3.2 电源电路图
3.1.3 晶振电路
如图 3.3 所示为该系统的时钟电路,由其为本系统提供运行时钟。在该电路中，由 11.0592MHz 晶振产生外部高速时钟信号。电路如图3.3所示。