一、系统总体设计

本超市数字密码锁储物柜系统以单片机为核心控制单元，聚焦超市 “顾客临时存储物品 - 安全防盗 - 便捷取物” 的核心需求，构建 “密码生成 - 存储锁定 - 密码验证 - 解锁取物 - 状态监控” 的一体化工作体系，实现单柜独立密码控制、多柜集中管理、异常状态报警及空闲柜位显示功能，适配中小型超市、便利店等场景，兼顾存储安全性与操作便捷性。
系统由五大核心模块组成：密码管理模块实现随机密码生成与验证；柜门锁控模块控制柜门电磁锁的开关；状态监测模块检测柜门开关状态与储物占用情况；显示交互模块呈现柜位编号、空闲状态及操作指引；单片机主控模块统筹各模块协同工作，处理密码数据与控制指令。设计遵循高安全性、高稳定性原则，密码长度支持 4-6 位可调，电磁锁响应延迟≤0.5 秒，支持 1-16 个柜位扩展，同时具备超时未取物提醒功能（超时时间 30 分钟可调），确保物品存储安全，适配超市高峰时段高频使用需求。

二、硬件模块设计

硬件模块选型与电路设计围绕密码安全性、锁控可靠性及超市场景适应性展开，各模块连接注重信号稳定性与用户操作便捷性。主控模块选用 STC89C52RC 单片机，具备 8K 字节 Flash 存储器、512 字节 RAM，能存储各柜位密码、占用状态等数据，内部定时器可统计存储时长，核心工作电压 5V，通过 220V 市电经稳压模块转换供电，同时设计备用锂电池（3.7V），断电后维持密码数据存储≥24 小时，避免断电丢失密码。
密码管理模块由 4×4 矩阵键盘与密码存储电路组成：矩阵键盘（连接 P1.0-P1.3 引脚）供用户输入密码（数字键 0-9）及操作指令（确认、取消、清空），按键采用防误触轻触式设计，按下时反馈清晰；密码存储采用 AT24C02 EEPROM 芯片（连接 P2.0-P2.1 引脚），可永久保存各柜位密码，即使断电也不丢失，支持 16 个柜位的密码存储（每个柜位对应 1 组独立密码）。柜门锁控模块包含电磁锁与驱动电路：每个柜位配置 1 个 12V 直流电磁锁（开锁电流 1A，保持电流 0.3A），通过继电器（JQC-3FF 型，连接 P2.2-P2.5 引脚）驱动，继电器输出端串联二极管续流电路，防止电磁锁断电时产生反向电动势损坏单片机；电磁锁开锁时，单片机输出高电平触发继电器吸合，保持 3 秒后自动断开，确保柜门可靠开启。
状态监测模块由门磁开关与红外传感器组成：门磁开关（连接 P3.0-P3.3 引脚）安装于柜门与柜体缝隙，柜门关闭时输出低电平，开启时输出高电平，用于检测柜门是否关好；红外传感器（HC-SR501，连接 P3.4-P3.7 引脚）安装于柜内，检测到物品时输出高电平，判定为 “占用”，无物品时输出低电平，判定为 “空闲”，实时反馈柜位状态。显示交互模块采用 1602 液晶显示屏（P0 口数据、P2.6-P2.7 引脚控制），分两行显示：第一行显示 “空闲柜位：1、3、5”，第二行显示当前操作柜位（如 “选择柜位 1，密码：5826”）；同时每个柜位旁安装 1 个双色 LED 灯（红色表示占用，绿色表示空闲），方便用户快速识别空闲柜位。

三、软件模块设计

软件设计基于 C 语言编程，采用模块化开发思路，分为密码生成与验证、锁控逻辑、状态监测、显示控制、超时提醒五大程序模块，通过定时器中断实现存储时长统计与超时判断，确保各功能协同有序，操作流程符合超市用户使用习惯。
密码生成与验证程序是核心，采用伪随机数算法生成 4 位数字密码（范围 0000-9999）：用户选择空闲柜位后，单片机立即生成随机密码，同时将 “柜位编号 - 密码” 对应关系存储至 AT24C02 芯片；取物时，用户输入密码，程序读取对应柜位存储的密码进行比对，比对一致则触发开锁，不一致则提示 “密码错误” 并限制连续错误输入（超过 3 次锁定该柜位 5 分钟）。锁控逻辑程序根据密码验证结果与柜门状态控制电磁锁：密码正确时，输出高电平 3 秒驱动继电器吸合，电磁锁开锁，同时通过门磁开关检测柜门是否开启，若 3 秒内未开启，自动重新上锁；柜门关闭后，通过门磁开关确认关闭状态，更新柜位为 “占用” 并启动存储时长计时。
状态监测程序实时读取门磁开关与红外传感器信号：柜门未关好时，触发蜂鸣器（P3.0 引脚）提醒 “请关好柜门”；红外传感器检测到柜内无物品但柜门关闭时，自动更新柜位为 “空闲”，同步刷新显示屏与 LED 灯状态。显示控制程序驱动 1602 液晶屏，每秒更新一次空闲柜位信息，操作时实时显示指引（如 “输入密码后按确认”“密码错误，请重试”）；每个柜位 LED 灯根据占用状态切换颜色，绿色闪烁表示 “待选择”，红色常亮表示 “占用”，绿色常亮表示 “空闲”。超时提醒程序通过定时器统计存储时长，超过预设超时时间（默认 30 分钟）时，触发蜂鸣器间歇报警（响 0.5 秒停 0.5 秒），同时在显示屏提示 “柜位 1 超时，请取物”，直至物品取出或工作人员复位。

四、系统测试与验证

为确保超市数字密码锁储物柜系统的性能满足设计要求，测试分为功能测试与稳定性测试，覆盖存储、取物、异常操作等场景，验证密码安全性、锁控可靠性及系统稳定性。
功能测试模拟超市使用流程：选择空闲柜位 1，系统生成密码 5826，显示屏显示密码并点亮柜位 1 绿色 LED，关闭柜门后 LED 变为红色（占用）；取物时输入 5826，密码验证正确，电磁锁开锁，门磁开关检测到柜门开启，计时暂停；输入错误密码 3 次，系统锁定柜位 5 分钟，提示 “错误次数过多，请稍后尝试”。异常测试模拟柜门未关好、超时未取物场景：柜门未关时，蜂鸣器立即提醒，LED 闪烁；存储超过 30 分钟，蜂鸣器报警且显示屏提示超时，符合设计预期。
稳定性测试在模拟超市高峰场景（16 个柜位循环使用，每小时操作 50 次）下连续运行 8 小时：密码生成无重复，验证准确率 100%，电磁锁响应无延迟，柜门状态检测无误判；断电测试中，备用电池维持密码存储 25 小时，通电后密码数据完整，无丢失。综合测试表明，系统功能完整、安全可靠、适配超市使用场景，符合设计要求。

五、结语

基于单片机的超市数字密码锁储物柜系统，通过随机密码控制与状态实时监测，实现了物品存储的安全性与操作便捷性，系统具备成本低、扩展性强、操作简单的优势，可直接适配中小型超市、便利店等场所，无需专业人员维护，同时相比传统钥匙式储物柜，大幅降低钥匙丢失风险与管理成本。
设计中，随机密码算法与 EEPROM 存储保障了密码安全性，门磁与红外传感器协同提升了状态监测精度；模块化软硬件设计便于后续功能扩展，如添加扫码开锁功能（接入蓝牙模块，支持手机扫码生成密码），或接入超市管理系统，实现柜位使用数据统计（如每日使用次数、高峰时段）；还可优化密码生成算法，支持字母 + 数字组合密码，进一步提升安全性。但系统仍有改进空间，例如当前仅支持本地操作，未来可添加远程监控功能，工作人员通过终端查看各柜位状态；此外，可优化超时处理逻辑，超时后自动发送短信提醒用户（接入 SIM 模块），提升用户体验。后续将针对这些不足迭代优化，推动系统向更智能、更便捷的方向发展。

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