在信息時(shí)代飛速發(fā)展的今天，電子技術(shù)是時(shí)代進(jìn)步的基礎(chǔ)保障。各大高?；蛘咂髽I(yè)中每天都在進(jìn)行著多種電子實(shí)驗(yàn)，而芯片是每個(gè)電子實(shí)驗(yàn)不可缺少的元件，現(xiàn)存的芯片種類更是成百上干，因此能夠便捷快速地從各種型號(hào)中取出自己所需的芯片顯得尤為重要?，F(xiàn)在市面上的芯片存儲(chǔ)柜采用多抽屜推拉式結(jié)構(gòu)進(jìn)行存放，實(shí)驗(yàn)者在使用特定型號(hào)芯片時(shí)，需要依據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)簽在多個(gè)抽屜中進(jìn)行尋找，費(fèi)時(shí)費(fèi)力并且可能還有尋找不到的情況。實(shí)驗(yàn)室管理員對(duì)芯片的管理工作也十分困難，需要定期依次打開(kāi)抽屜查看芯片剩余量，并對(duì)數(shù)量不足的芯片進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，以免影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度?，F(xiàn)在市面上還不存在一種方便實(shí)驗(yàn)人員選取芯片，以及方便管理人員對(duì)芯片進(jìn)行智能化管理的芯片柜，為此希望通過(guò)研發(fā)這款智能芯片柜，來(lái)解決以上問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

通過(guò)設(shè)計(jì)上位機(jī)端和用戶存取端來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能，系統(tǒng)整體框如下圖所示。上位機(jī)端采用手機(jī)APP通過(guò)Wi-Fi模塊與存取端進(jìn)行聯(lián)結(jié)，其中存取端將當(dāng)前元器件信息以及所剩數(shù)量和每次存取數(shù)量發(fā)送到手機(jī)APP，手機(jī)APP將每次管理員補(bǔ)充的元器件數(shù)量發(fā)送到存取端顯示屏幕上顯示出來(lái);用戶存取端包含:抽屜式元器件柜、觸控屏幕、開(kāi)關(guān)舵機(jī)、指示燈、蜂鳴器，用戶在觸控屏上選擇存或取，然后選擇指定型號(hào)并且輸入存或取數(shù)量，按下確定鍵，元器件柜解鎖相對(duì)應(yīng)的抽展，其中每個(gè)抽展內(nèi)部包含一個(gè)LED指示燈，顯示屏幕上氙示出當(dāng)前元器件盒的所在位置，按下完成鍵，元器件盒鎖定，取元器件完成。系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片，STC12C5A60S2單片機(jī)具有兩個(gè)硬件串口，系統(tǒng)中需要使單片機(jī)與手機(jī)APP與串口屏進(jìn)行串口通信，因此需要將兩個(gè)硬件串口聯(lián)結(jié)，STC12C5A60S2單片機(jī)能滿足此需求，其還有成本低，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)分析與理論計(jì)算

2.1 舵機(jī)開(kāi)關(guān)鎖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用長(zhǎng)38 cm、寬16 cm、高47 cm、內(nèi)置6行3列共18個(gè)儲(chǔ)藏盒的箱體作為此存取柜主體，箱體后部為鏤空設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)加裝亞克力條并在此上固定舵機(jī)粘與稽體后部方可進(jìn)行固定，能機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上加裝搖臂，當(dāng)驅(qū)動(dòng)能機(jī)轉(zhuǎn)到正下方時(shí)，可以嵌入到儲(chǔ)藏盒后端，能夠起到儲(chǔ)藏盒無(wú)法被拉出的效果，以致儲(chǔ)藏盒被鎖定。當(dāng)舵機(jī)搖臂轉(zhuǎn)到正上方時(shí)，搖管從儲(chǔ)感食后端取人部分移除，使此儲(chǔ)物食可以被拉出。當(dāng)用戶在屏墓上點(diǎn)志取指令時(shí)，并選擇好所取的元器件名稱和輸入所黑要的數(shù)量，點(diǎn)未確認(rèn)取指令，單片機(jī)系練會(huì)在內(nèi)部搜索所對(duì)應(yīng)的元器件，并尋找所對(duì)應(yīng)的元器件位置，通過(guò)信號(hào)控制打開(kāi)所對(duì)應(yīng)的能機(jī)，用戶即可取出元器件。取件完成后，放好元器件盒，點(diǎn)擊取完成指令，所對(duì)應(yīng)舵機(jī)便可進(jìn)行自動(dòng)鎖存，當(dāng)用戶使用完元器件之后，如果需要再次放入存取柜，那么點(diǎn)未存指令，然后選擇存的元器件型號(hào)和數(shù)量，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)食舵機(jī)，用戶將元器件放入后。歸位元器件盒，點(diǎn)擊存入完成指令，系統(tǒng)自動(dòng)將對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)盒進(jìn)行鎖定。從而確保使用者存入元器件時(shí)不會(huì)放在錯(cuò)誤的儲(chǔ)藏盒里，使得存取元器件能夠規(guī)范，箱體內(nèi)各類元器件數(shù)量能夠得到準(zhǔn)確記錄，某個(gè)元器件數(shù)量不足時(shí)可以得到及時(shí)補(bǔ)充，解決實(shí)驗(yàn)室大量元器件難以管理，以及管理者對(duì)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部元器件數(shù)量難以及時(shí)了解的問(wèn)題。

2.2 多路舵機(jī)控制設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室元器件種類進(jìn)行調(diào)查，系統(tǒng)采用了16個(gè)儲(chǔ)藏盒，同時(shí)搭載了16塊SG0型號(hào)舵機(jī)分別對(duì)儲(chǔ)藏盒進(jìn)行鎖定和打開(kāi)操作，因?yàn)槭褂枚鏅C(jī)數(shù)量多，單片機(jī)直接對(duì)舵機(jī)進(jìn)行板對(duì)16路舵機(jī)進(jìn)行控制，并且只需一塊PCA9685就能同時(shí)控制16路舵機(jī)，單片機(jī)通過(guò)IIC協(xié)驅(qū)動(dòng)，會(huì)占用大量單片機(jī)資源，此外單片機(jī)引腳數(shù)量有限，因此采用外接PCA9685控扁轉(zhuǎn)角度發(fā)送給PCA9685控制板，能夠更簡(jiǎn)便地對(duì)多路舵機(jī)進(jìn)行控制，PCA9685控制板采用I議與PCA9685控制板進(jìn)行通信，將舵機(jī)需要的PWM頻率、需要控制的舵機(jī)信息和舵機(jī)無(wú)須單片機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)送信息，節(jié)省了單片機(jī)資源，使單片機(jī)程序運(yùn)行更高效，避免單片機(jī)直接C協(xié)議通信，只需要占用單片機(jī)2個(gè)引腳，并且PCA9685控制板內(nèi)置PWM驅(qū)動(dòng)器和時(shí)鐘控制16路舵機(jī)占用大量單片機(jī)I0以及定時(shí)器資源，使串口通信處理信息更加快速。

2.3 串口通信設(shè)計(jì)量等進(jìn)行顯示。單片機(jī)使用串口1與串口屏幕進(jìn)行通信，接收串口屏幕發(fā)送的指令以及給串口通過(guò)串口屏顯示實(shí)時(shí)信息，需要串口屏幕將箱體信息、存取操作按鈕、芯片名稱類屏幕發(fā)送對(duì)應(yīng)的信息，此串口屏幕作為與使用者的交互端，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)串口2將芯信息發(fā)送到Wi-Fi模塊。Wi-Fi無(wú)線通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，采用的ESP8266是一款超低功耗的透?jìng)髂K，可以進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，可以實(shí)理遠(yuǎn)距離無(wú)線通信，因而實(shí)現(xiàn)APP對(duì)功能的遠(yuǎn)程控制以及接收數(shù)據(jù)。ESP8266接收到信息后將信息進(jìn)行解碼，提取有效信息，將信息再次發(fā)送到手機(jī)APP，同時(shí)ESP8266接收管理通過(guò)手機(jī)APP發(fā)送的信息，包括增加的某款元器件的數(shù)量等，通過(guò)串口發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)串口1接收到信息后，進(jìn)行處理后發(fā)送到串口2，與串口屏進(jìn)行通信，將信息發(fā)送到串口屏上。實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP到單片機(jī)和串口屏之間的相互通信。最終實(shí)現(xiàn):串口屏正常顯示數(shù)發(fā)數(shù)據(jù)。據(jù)，單片機(jī)正確處理數(shù)據(jù)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收到指令后正確處理數(shù)據(jù)，以及手機(jī)APP正確收發(fā)數(shù)據(jù)。

2.4 聲光提示設(shè)計(jì)

通過(guò)每個(gè)儲(chǔ)物盒下搭配一顆LED燈珠的方式，采用亮光的方式達(dá)到方便快捷尋找出對(duì)應(yīng)元器件的功能，并加入蜂鳴器電路作為提示，當(dāng)用戶在屏墓上選擇草款元器件時(shí)，相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)物盒舵機(jī)打開(kāi)，底部的LED燈珠亮起進(jìn)行提示，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行提示。當(dāng)取完后關(guān)閉儲(chǔ)物盒，在顯示屏幕上按下關(guān)閉鍵，能機(jī)關(guān)閉，對(duì)應(yīng)指示燈熄滅，蜂鳴器同時(shí)發(fā)出提示，表示完成操作，聲光提示可以方便使用者快速在多種元器件中尋找到自己所需要的元件。

3 系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)

3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控芯片采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片，用PCA9685芯片作為單片機(jī)的控制芯片，使用了7寸TJC8048X270011屏幕作為本設(shè)計(jì)的人機(jī)交互屏，配備聲光提示功能，使用蜂鳴器和16顆LED燈珠，同時(shí)使用ESP8266模塊與手機(jī)APP進(jìn)行通信。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包含單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，W-Ei模塊程序設(shè)計(jì)，串口屏程序設(shè)計(jì)及UG(頁(yè)面設(shè)計(jì)，單片機(jī)程序設(shè)計(jì)包括對(duì)通過(guò)川G通信協(xié)議對(duì)PCA9685芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸從而對(duì)航機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)給串口屏和Wi-Fi模塊。Wi-Fi模塊程序設(shè)計(jì)包括處理來(lái)自單片機(jī)和手機(jī)APP的信息。