可拆裝報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī)的設(shè)計(jì).docx

可拆裝報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī)的設(shè)計(jì)摘要: 本文介紹了如何將傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)化和優(yōu)化，設(shè)計(jì)出一種基于積木式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的小型報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī)，以達(dá)到節(jié)約成本、簡(jiǎn)化管理的目的。該販賣(mài)機(jī)的每個(gè)可拆裝小系統(tǒng)具有體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，有利于在公交車(chē)站、地鐵站、購(gòu)物超市等推廣。關(guān)鍵詞:報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī) 積木式結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 可拆裝1. 前言 常規(guī)的自動(dòng)報(bào)紙販賣(mài)機(jī)功能很多，但是許多功能并不能經(jīng)常被用到，造成浪費(fèi)。比如青島澳柯瑪自動(dòng)商用設(shè)備有限公司所開(kāi)發(fā)的FC06系列報(bào)紙自動(dòng)售貨機(jī)1，其具的多種子功能，包括多種報(bào)紙出售、GPRS功能、LCD顯示、超大展屏、多種貨幣識(shí)別系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)等。但是這些功能并不是經(jīng)常被用到。出于簡(jiǎn)化和節(jié)約成本的目的，設(shè)計(jì)一種小型的，實(shí)用性強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)型報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī)是有必要的。 如果將系統(tǒng)設(shè)計(jì)得即小巧又輕便，基本功能齊全，并且可以任意組合的話，那么可以將數(shù)臺(tái)機(jī)器組成一個(gè)陣列，稱為積木式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如圖1所示。而組成這個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部件則稱作積木部件或積木組件。如果將這個(gè)系統(tǒng)用于此報(bào)紙販賣(mài)機(jī)上，管理人員就可以隨意搭建系統(tǒng)，根據(jù)所售報(bào)紙種類多少和每種報(bào)紙數(shù)量多少自由確定所需要的部件數(shù)量，從而達(dá)到減小成本，方便管理的目的。本設(shè)計(jì)基于這個(gè)思路，采用積木式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，減小成本、方便管理，以利于報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī)的推廣。2. 設(shè)計(jì)思路2.1基本模型本報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī)的積木式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖1 積木式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖在此模型的基礎(chǔ)上，將各個(gè)部件再設(shè)計(jì)成更小型的積木式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，這樣不僅可以為用戶提供更好的可組合性、更多的方便，也能更節(jié)省成本。不過(guò)對(duì)于報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每個(gè)部件應(yīng)該設(shè)計(jì)成同一樣式，也就是說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)只有一種部件。用若干個(gè)這種部件，搭建起一個(gè)系統(tǒng)，它能夠完成報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)的功能。其弊端是不能共用資源，如送報(bào)紙機(jī)構(gòu)、顯示模塊等，但它卻具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，譬如拆組方便、設(shè)定方便、單個(gè)部件體積小、重量輕、易于運(yùn)輸搬放等?？傮w上來(lái)說(shuō)，此模型在實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)的自動(dòng)販賣(mài)機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)化和優(yōu)化，使得許多用戶有了更多的選擇余地。2.2部件組成單個(gè)部件其實(shí)就是一個(gè)小系統(tǒng)（下文均稱小系統(tǒng)）。每個(gè)小系統(tǒng)應(yīng)該具有報(bào)紙自動(dòng)販賣(mài)機(jī)的基本功能，其中包括：分報(bào)功能、送報(bào)功能、計(jì)數(shù)功能、顯示功能、錢(qián)幣識(shí)別功能、找錢(qián)功能。除了這些基本功能以外，還可以有一些附加功能。在不增加成本、體積和重量的前提下，盡量提高系統(tǒng)的性能，這些功能如蜂鳴器提示、指示燈閃爍提示、語(yǔ)音提示、鍵盤(pán)輸入等。這些功能都應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要合理地選用。本次設(shè)計(jì)所選用的附加功能有蜂鳴器提示和指示燈閃爍提示，它們的主要作用是告知用戶報(bào)紙已經(jīng)準(zhǔn)備好，提醒用戶取走報(bào)紙；或者告知用戶找錢(qián)已經(jīng)準(zhǔn)備好，提醒用戶取走找錢(qián)。一個(gè)小系統(tǒng)的基本組成如圖2所示。圖2 小系統(tǒng)基本功能組成圖由于找錢(qián)功能實(shí)現(xiàn)需要許多硬件，所以決定將其單獨(dú)做成一個(gè)部件。如果系統(tǒng)做得比較小，可以不用找錢(qián)功能。3. 設(shè)計(jì)方案3.1各模塊實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)3.1.1 分報(bào)模塊每份報(bào)紙都可以看作是一本比較薄的書(shū)，所以可以像分書(shū)一樣分報(bào)。分報(bào)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：（1） 管理人員從箱體后面打開(kāi)后蓋，將報(bào)脊朝前放進(jìn)報(bào)紙，放好后，合上后蓋；（2） 報(bào)紙被放進(jìn)箱體后，不是報(bào)脊的一側(cè)被壓緊，而報(bào)脊一側(cè)下文的支撐移走，報(bào)脊一側(cè)處于懸空狀態(tài)。這樣，每份報(bào)紙就分開(kāi)了。3.1.2 計(jì)數(shù)模塊 計(jì)數(shù)模塊以硅光電池為主要元件。它其實(shí)只直到了光電開(kāi)關(guān)的作用。報(bào)紙分開(kāi)后，光電開(kāi)關(guān)模塊自上而下或是自下而上從報(bào)脊端掃描一次，有多少個(gè)脈沖產(chǎn)生，就有多少份報(bào)紙。以后每出售一份報(bào)紙，計(jì)數(shù)就減一。3.1.3 送報(bào)模塊送報(bào)模塊的主要零件是磨擦輪。當(dāng)分報(bào)模塊完成分報(bào)動(dòng)作后，如果有人來(lái)買(mǎi)報(bào)紙，送報(bào)模塊開(kāi)始工作。報(bào)紙是從最上面開(kāi)始出售的。當(dāng)計(jì)數(shù)模塊完成計(jì)總數(shù)的動(dòng)作后，先前壓緊的部分適當(dāng)松開(kāi)，這樣報(bào)紙就像打印紙放在打印機(jī)上一樣了。利用打印機(jī)吸紙的原理，將報(bào)紙一份份地送出。如果用戶沒(méi)有取走報(bào)紙，送報(bào)機(jī)構(gòu)將報(bào)紙吸回門(mén)內(nèi)，下一位用戶購(gòu)買(mǎi)時(shí)再將其送出。3.1.4 錢(qián)幣識(shí)別模塊由于系統(tǒng)要做得小巧，所以系統(tǒng)只收取硬幣。硬幣也便于管理和識(shí)別。硬幣識(shí)別的依據(jù)為硬幣在經(jīng)過(guò)某一段路程的時(shí)間值2。當(dāng)用戶投入一個(gè)硬幣時(shí)，硬幣沿著固定的軌道下滑，當(dāng)滑到某一個(gè)地方，經(jīng)過(guò)一個(gè)光電對(duì)管，系統(tǒng)以硬幣遮住光電對(duì)管時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，離開(kāi)光電對(duì)管停止計(jì)時(shí)。硬幣經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的軌道，到達(dá)這個(gè)光電對(duì)管時(shí)有幾乎相同的速度，不同的硬幣直徑不同，那么它們經(jīng)過(guò)對(duì)管的時(shí)間也不一樣。將測(cè)得的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行比較，就可以得出用戶所投的是不是硬幣，是多少面值的硬幣。如果硬幣不能被系統(tǒng)識(shí)別，就將其退還給用戶。硬幣是儲(chǔ)存在儲(chǔ)錢(qián)槽里的。儲(chǔ)錢(qián)槽一共有兩種，分別用來(lái)儲(chǔ)存五角和一元的硬幣（暫時(shí)沒(méi)有考慮一角的硬幣）。硬幣被投入后，滾到半路會(huì)被擋住，如果這枚硬幣不能識(shí)別，在此擋卡下方的漏幣孔打開(kāi)，硬幣漏出到找錢(qián)倉(cāng)。如果是可以識(shí)別的硬幣，那么會(huì)被推著跨過(guò)擋卡繼續(xù)前進(jìn)，直到儲(chǔ)錢(qián)槽上面的漏幣孔。如果是一元的硬幣，是不會(huì)掉下去的；如果是五角的硬幣，就會(huì)從漏幣孔掉下去。到達(dá)儲(chǔ)錢(qián)槽的硬幣被頂桿頂?shù)揭贿叄矌啪头藕昧恕?.1.5 顯示模塊顯示模塊主要用于告知用戶和管理員當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。采用LCD顯示，選用12864模塊進(jìn)行顯示。12864有很多型號(hào)，從中選取一種具有背光、屏幕較大、價(jià)格較便宜的一種便可。3.1.6 輸入模塊在箱體后面放置一個(gè)按鈕，當(dāng)管理員需要取走等剩余報(bào)紙，放進(jìn)新報(bào)紙時(shí)，先按此按鈕。此按鈕按下后，才能放進(jìn)報(bào)紙，如果直接打開(kāi)后蓋，由系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能放進(jìn)報(bào)紙。前面板上也有一個(gè)按鈕，是用戶要買(mǎi)報(bào)紙時(shí)的輸入按鈕。3.1.7 提示模塊在箱體前面放置一綠色LED提示取走報(bào)紙。箱體內(nèi)放置一蜂鳴器輔助LED的提示。3.2各模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1分報(bào)模塊報(bào)紙的一側(cè)要被壓緊，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，所選擇的機(jī)構(gòu)就必須有自鎖功能。具有自鎖功能的機(jī)構(gòu)很多，比如蝸輪蝸桿、梯形螺紋等?？紤]到要方便松開(kāi)，又易于控制，這里我們選用蝸輪蝸桿，其中蝸桿部分同時(shí)是電動(dòng)機(jī)的軸。整個(gè)系統(tǒng)比較小型化，要裝夾的報(bào)紙不是很多，所以此處的電動(dòng)機(jī)選用較小型的電動(dòng)機(jī)就可以了。電動(dòng)機(jī)和蝸輪蝸桿都安裝在整個(gè)小系統(tǒng)的底部。此機(jī)構(gòu)的大致結(jié)構(gòu)圖如下所示。蝸輪4與軸1固定聯(lián)接，蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。5為頂部的軸，軸1和軸5之間有兩根拉絲，拉絲上固定著一個(gè)壓板。拉絲的上下運(yùn)動(dòng)使壓板對(duì)報(bào)紙進(jìn)行壓緊或放松。整個(gè)壓板只能在兩根軸之間運(yùn)動(dòng)，所以上下需要裝上限位開(kāi)關(guān)。圖3 送報(bào)機(jī)構(gòu)示意圖圖中7為支撐板。當(dāng)報(bào)紙放進(jìn)箱體，后蓋關(guān)上后，電動(dòng)機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪8轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪和一直齒輪是一體的，此直齒輪帶動(dòng)和7固連的齒條向后運(yùn)動(dòng)，這樣報(bào)脊就懸空了。報(bào)與報(bào)之間就分開(kāi)了。當(dāng)需要放報(bào)的時(shí)候，齒條又將支撐板拉回前方。3.2.2讀數(shù)模塊主要部分為上圖中的13，光電讀數(shù)器。角形鐵的一邊安上發(fā)射頭，一方安上硅光電池。整個(gè)機(jī)構(gòu)由電機(jī)11帶動(dòng)，經(jīng)過(guò)三個(gè)帶輪，在箱體上下面之間上下運(yùn)動(dòng)。剛放入報(bào)紙時(shí)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一次，從上到下或者從下到上計(jì)一次數(shù)，計(jì)數(shù)完成后，不用復(fù)原，只需要走到極限位置即可。機(jī)構(gòu)上下也有限位開(kāi)關(guān)。整個(gè)機(jī)構(gòu)的電路圖如下所示：圖4 計(jì)數(shù)器原理圖DS1為發(fā)射端，D2為硅光電池。在一般的光照下，硅光電池的輸出有較小的變化，但一般電壓均在00.3V之間。當(dāng)被其匹配的發(fā)射管照射時(shí)，輸出電壓約為0.5V。通過(guò)調(diào)節(jié)R2，使得三極管Q1基極電壓為0.3V左右，當(dāng)沒(méi)有匹配光照射時(shí)，三級(jí)管不導(dǎo)通，OUT輸出為1；當(dāng)有匹配光照時(shí)，D2上部電壓為0.5V左右，三極管基極和發(fā)射極之間電壓為0.8V左右，此時(shí)三極管導(dǎo)通，OUT輸出為0（0.4V左右）。上面只是將放入的報(bào)紙數(shù)了一遍，此結(jié)果將顯示在面板上。當(dāng)每賣(mài)出一份報(bào)紙，此結(jié)果就減一，直到所有報(bào)紙均賣(mài)完。3.2.3 送報(bào)模塊送報(bào)模塊14完全仿造打印機(jī)的吸紙送紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有關(guān)資料請(qǐng)查閱參考文獻(xiàn)3，這里就不再贅述。3.2.4 錢(qián)幣識(shí)別模塊整個(gè)模塊的位置在箱體的左方，三個(gè)電動(dòng)機(jī)的上方，以節(jié)約空間。具體的方案前面已經(jīng)有詳細(xì)說(shuō)明。3.2.5面板面板的布置如下圖：圖5 面板示意圖圖中1為報(bào)紙出口，2為L(zhǎng)CD，3為投幣入口，4為出幣口，5為系統(tǒng)指示區(qū)，6為按鈕。報(bào)紙出口、投幣口、出幣口上方各有一指示燈，當(dāng)提示的時(shí)候，指示燈閃爍。系統(tǒng)指示的作用是指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，包括電源指示燈等。按鈕起輸入作用，如果用戶要買(mǎi)一份報(bào)紙，必須先按一下按鈕。3.3總體實(shí)現(xiàn)整個(gè)的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的信號(hào)輸入輸出口數(shù)量，選擇一款CPLD比一款單片機(jī)在軟件上實(shí)現(xiàn)起來(lái)更方便。此小系統(tǒng)的輸入輸出不是很多，所以Altera公司的低級(jí)CPLD EPM3032已經(jīng)能夠滿足要求。這款CPLD有600個(gè)門(mén)，32個(gè)IO口，價(jià)格僅為RMB10元左右。電機(jī)的控制采用小型繼電器，如QCF系列。所有電機(jī)均使用直流電機(jī)，12V系列。計(jì)數(shù)器的電機(jī)由于功率不用很大，可以使用5V減速電機(jī)。這樣可以節(jié)約成本，而又能達(dá)到要求。系統(tǒng)用市電供電，加變壓器變壓到12V，穩(wěn)壓，再供給電機(jī)。12V電壓引出一路供給CPLD和5V電機(jī)工作。5V電壓由L7805穩(wěn)壓。前后均加4700uF電解電容消除由于電機(jī)開(kāi)停所造成的大幅度抖動(dòng)。5V電壓再經(jīng)過(guò)7133穩(wěn)壓到3.3V，供給CPLD工作。繼電器均選用3.3V系列，這樣方便與CPLD連接。由上面的圖3可以看出，一個(gè)小系統(tǒng)其平面大小只比一份A3大小的報(bào)紙略大，高度和長(zhǎng)度近似相等。整個(gè)系統(tǒng)的拼接需要外殼有特殊的設(shè)計(jì)。拼接的部分要將市電接口考慮進(jìn)去，其接口采用插座式，每個(gè)小系統(tǒng)箱體后面有一根三腳電源線，同時(shí)有一個(gè)插座接口，這樣既能保證拼接上的每個(gè)系統(tǒng)都有供電接口，又安全方便。硬件的拼接示意圖則如下所示：圖6 外殼示意圖由上圖可以看出，此小系統(tǒng)之間不僅上下可以拼接，左右也可以拼接，其采用的是插入原理。小系統(tǒng)之間一定的配合可以保證整個(gè)系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性。在拼裝的時(shí)候，先一行一行地拼裝，再將行與行之間拼裝起來(lái)，直接實(shí)行單個(gè)拼入是不行的。4. 討論 總體上來(lái)說(shuō)，此設(shè)計(jì)具有節(jié)約成本、方便使用的特點(diǎn)，創(chuàng)新點(diǎn)在于其積木式結(jié)構(gòu)以及小型化的外觀。此系統(tǒng)也具有許多不足，比如找錢(qián)功能和錢(qián)幣識(shí)別功能因?yàn)轶w積和成本的原因有所簡(jiǎn)化；不能放置太多報(bào)紙?jiān)跈C(jī)器中；安全性能較差，不能放置在不易管理的場(chǎng)合；防水性抗風(fēng)性較差，一般只適用于室內(nèi)等。本設(shè)計(jì)中的一些模塊已經(jīng)經(jīng)作者搭建并實(shí)現(xiàn)其功能?？傮w成本大致在400500元之間。當(dāng)然此系統(tǒng)