自動售貨機總體方案設(shè)計

1、自動售貨機概述自動售貨機是可完成無人售貨、光機電一體化的商業(yè)自動化設(shè)備。自動售貨機不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24小時售貨，因此深受上班族的歡迎。很多城市的公共場所都放置有自動售貨機，出售的商品五花八門，從飲料、零食、香煙、糖果，到牙刷、方便面、自動照相機等。近年來，我國的自動售貨機行業(yè)突飛猛進，在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學校等地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出自動售貨機的蹤跡。這種方便快捷的購物方式越來越受到人們的青睞，同時也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求。自動售貨機功能分析在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動售貨機本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態(tài)。售貨機的基本功能就是對

2、投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有8種商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為2.50元，02商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入1個1元硬幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購買，其他商品同此。當按下選擇01商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應(yīng)的電機，提取01號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。

3、由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內(nèi)部功能，還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。自動售貨機的工作流程圖如圖1.2所示。圖1.2 自動售貨機工作流程圖2自動售貨機總體方案設(shè)計2.1 自動售貨機系統(tǒng)需求根據(jù)任務(wù)書要求，繪出自動售貨機結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示。圖2.1 自動售貨機結(jié)構(gòu)示意圖其中，1西瓜汁（1元）；2橙汁（1元）；3葡萄汁（1元）；4綠茶（2元）；5紅茶（2元）；6奶茶（2元）；7咖啡（3元）；8可樂（3元）；9牛奶（3元）。用數(shù)字鍵代替商品按鍵，就能在某種商品缺貨的時候能及時地補上其他的商品種類，并且不會使顧客混淆，

4、使人機界面更加友好。其控制要求如下：(1)貨物種類共9種，這9種物品分別對應(yīng)著9個不同的按鍵選擇，其中1元、2元、3元價格不等的物品各3種；貨幣識別裝置能夠識別0.5元、1元、5元的貨幣。 (2)在規(guī)定的30秒時間內(nèi)可多次投入貨幣，能夠?qū)崿F(xiàn)貨幣累加功能，超過30秒投幣無效。(3)如果累計投入的貨幣數(shù)目超過所購買物品的總價，機器能夠?qū)崿F(xiàn)找錢功能；如果投入的貨幣沒有達到所選擇物品的價格，投入的錢將全部退還；在投入一次累加貨幣后選擇物品時，如果投入的累加貨幣數(shù)目大大超過所選擇物品的預(yù)設(shè)單個價格時，能夠?qū)崿F(xiàn)選擇同一件物品購買多個。 (4)設(shè)計13個按鍵選擇，其中9個是貨物選擇，2個多選鍵，還有一個確定

5、鍵和一個取消鍵，如果沒有按流程進行按鍵，自動售貨機將啟動報警系統(tǒng)，等待再次正確的按鍵選擇。(5)應(yīng)有購買貨物的總花錢數(shù)和找零的貨幣數(shù)的顯示。 2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)上述要求，制定合理方案：首先，應(yīng)該做上位機與下位機的任務(wù)分工，上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成plc程序的編寫；其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設(shè)計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設(shè)計自動售貨機的外型；在進行plc程序的編寫時需要先分配plc的i/o點，確定上、下位機的接口；然后，分別對上、下位機分別進行設(shè)計工作；最后，進行上位機設(shè)

6、計結(jié)果與下位機設(shè)計結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。另外，上位機與下位機的設(shè)計工作是密切配合的，它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應(yīng)該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對象，利用plc來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受plc的控制指令并完成相應(yīng)的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。本設(shè)計主要是對自動售貨機中的下位機，也就是主要是對plc在其中的程序進行設(shè)計。由此繪出系統(tǒng)組成框圖如2.2所示。圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖plc控制系統(tǒng)：接受人民幣識別系統(tǒng)信息，確認

7、已接受的人民幣是否可購買消費者所指定的商品，確認后按要求售出商品。錢幣識別傳感器：主要包括紙幣識別器、硬幣識別器、硬幣找零系統(tǒng)等，它主要實現(xiàn)識別真假紙幣(一般為拾元、伍元)和硬幣(壹元、伍角)、拒收假幣和殘幣、正確找零的功能。補料及出貨系統(tǒng)：貨柜由多層貨架組成，當購物者指定所需商品后，由控制系統(tǒng)啟動出貨系統(tǒng)出貨；當某種貨物被取出后，補料機構(gòu)自動補料（在這里補料機構(gòu)采用簡單的傾斜式機構(gòu)，即當某種貨物被售出后，補料機構(gòu)里面的貨物直接向前滑至首位進行補位）。顯示機構(gòu)：顯示購買的瓶數(shù)、投入的錢數(shù)以及剩余的錢數(shù)。2.3 總體方案設(shè)計由于設(shè)計中的貨物品種不多，因此要求上沒有現(xiàn)實中的自動售貨機功能強大。本自

8、動售貨機的自動控制系統(tǒng)主要包括：計幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。(1)計幣系統(tǒng)：當有顧客買飲料時，投入的錢幣經(jīng)過識別機構(gòu)，記錄5角、1元或5元錢的個數(shù)，通過個數(shù)與幣值相乘或者相加，并將總錢幣數(shù)據(jù)存放在d9（數(shù)據(jù)寄存器）中。(2)比較系統(tǒng)：投入錢幣完畢后，系統(tǒng)會把d9內(nèi)的錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價格進行比較，當投入的錢幣總值超過1元小于2元時，西瓜汁、橙汁、葡萄汁的指示燈亮；當投入的錢幣總值超過2元小于3元時，西瓜汁、橙汁、葡萄汁、綠茶、紅茶、奶茶的指示燈亮；當投入的錢幣總值超過3元時，9種飲料的指示燈都亮，并且多選鍵“2”也亮；當投入的錢幣總值超過5元時，所有的指示燈都亮

9、，此時可以選擇飲料或選擇退幣。(3)選擇系統(tǒng)：比較電路完成后選擇電路指示燈亮，當按下西瓜汁或綠茶選擇按鈕時，相應(yīng)的指示燈轉(zhuǎn)為1 秒為周期的閃爍。當相應(yīng)的飲料供應(yīng)完畢后，閃爍同時停止。此時可以按繼續(xù)購買按鈕，繼續(xù)購買飲料，實現(xiàn)循環(huán)購買。(4)飲料供應(yīng)系統(tǒng)：當按下選擇按鈕時，相應(yīng)的電機y3y7啟動。在飲料輸出的同時，減去相應(yīng)的購買錢幣數(shù)，當飲料輸出達到10秒時，電機停機。(5)退幣系統(tǒng)：當顧客購?fù)觑嬃虾?，多余的錢幣只要按下退幣按鈕，系統(tǒng)就會把數(shù)據(jù)寄存器d9中的錢幣退回。3自動售貨機硬件機構(gòu)設(shè)計3.1 自動售貨機的結(jié)構(gòu)組成圖3.1 自動售貨機結(jié)構(gòu)1、箱體外觀正面上部為商品展示窗和價格標簽，中部設(shè)投幣

10、入口、退幣鈕和金額顯示窗，在價格標簽附近設(shè)有選擇商品的按鍵，正面下部為退幣口和顧客取貨口；面向顧客的機構(gòu)正面，是完成商品價格介紹、接受投幣、顯示金額、推出商品和退幣整個售出過程的表體部分。2、商品樣品展示窗商品樣品展示窗由透明有機板窗、樣品展示架、商品價格標簽、選購按鈕和照明燈組成，設(shè)在前門體內(nèi)部的可開啟樣品門，用來更換商品樣品和價格標簽；展示窗相當于商店櫥窗或者柜臺，以清晰明亮的商品展示和明碼標價來招攬顧客。3、商品驅(qū)動機構(gòu)商品的包裝多種多樣，主要有箱、盒、罐、袋等，它們的提取機構(gòu)也各種各樣.商品在送出時可以采用“螺旋移動”等動作移到取貨口。4、商品貯存部分由于商品的驅(qū)動機構(gòu)是雙螺旋體出貨機

11、構(gòu)，由此決定了該自動售貨機的商品貯存方式，商品主要是擺放在雙螺旋體中，通過雙螺旋體的旋轉(zhuǎn)把商品推到出貨口。5、錢幣識別系統(tǒng)錢幣識別系統(tǒng)由錢幣識別器、識別后的錢幣自動分類貯存機構(gòu)和退幣機構(gòu)3部分組成。6、plc控制系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)是自動售貨機在自動銷售過程中，收到識幣信號后，自動進行累計、外部金額顯示、顧客按鍵后自動推出商品和發(fā)出退幣找零等信號的電控系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)還具備預(yù)設(shè)價格、售出累計、驅(qū)動檢測和故障自檢等功能，是“售貨機器人”的“大腦”。3.2 硬件選擇3.2.1 電機的選擇自動售貨機吐出飲料的過程實際為電機動作推飲料下來。由于電機都是電感性負載，在停轉(zhuǎn)的時候會有反向電流，所以需要用p

12、c847光電隔離器把控制和驅(qū)動信號隔離開來，然后用l293d步進驅(qū)動電機，電機驅(qū)動需24 v電壓，控制信號經(jīng)過l293d后變?yōu)?4 v左右的電源信號才可驅(qū)動電機。電機有三根線：電源、地線和反饋信號(電機轉(zhuǎn)一圈送出一個低電平)。在機械制作中使電機轉(zhuǎn)一圈剛好推出一瓶飲料，電機轉(zhuǎn)一圈同時產(chǎn)生一反饋信號，此信號使電機停止轉(zhuǎn)動，另外一種情況是紅外檢測到有貨物落下則電機停止轉(zhuǎn)動。3.2.2 貨幣處理裝置貨幣處理裝置包括：檢測貨幣投入狀態(tài)的投入狀態(tài)檢測裝置；檢測有無貨幣退還操作的退還操作檢測裝置；在投入狀態(tài)及投入貨幣退還操作的有無達到規(guī)定的基準狀態(tài)時，將說得到的基準狀態(tài)信號利用所外部；連接裝置向投入外部裝置

13、輸出的狀態(tài)輸出裝置。目前投入試用的“貨幣識別機”設(shè)置有感應(yīng)線圈，通過對貨幣的材料、大小尺寸等各個要素進行感應(yīng)并探明真?zhèn)巍２煌牟馁|(zhì)具有不同的磁場變化，可以通過電子技術(shù)進行分析、探查和識別，更高級的檢測還可以運用頻譜分析。 貨幣識別器種類繁多,但貯幣退幣機構(gòu)基本上分為兩類：一類是平面式貯幣，電磁閥退幣；另一類是圓筒式貯幣，步進電機退幣。根據(jù)設(shè)計中對自動售貨機的要求，選擇平面式貯幣，電磁閥退幣。當貨幣投入后經(jīng)過識別識出電信號后，偽幣和異物被排出，真幣按面值由幾組分布電磁閥分配到不同貯幣腔體內(nèi)備用；當收到退幣找零電信號后，通過退幣電磁閥或退幣電機拉桿，將貯幣腔內(nèi)下部貨幣依電信號程序推出，完成自動售貨

14、機的退幣找零功能。3.2.3 送出機構(gòu)目前，應(yīng)用于自動售貨機上的商品送出機構(gòu)種類較多，下面是一些較典型的送出機構(gòu)。1、旋轉(zhuǎn)式送出機構(gòu)此送出機構(gòu)把飲料放在螺旋導(dǎo)軌上，并在貨道底部開設(shè)出口槽，由電機帶動螺旋導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動，當飲料轉(zhuǎn)到開口槽時便出槽下貨。這種送出機構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，它要求電機的轉(zhuǎn)矩較大，造價成本較高。2、轉(zhuǎn)盤式送出機構(gòu)上面是一個很大的喇叭狀罐體存儲容器，下面是一個周邊有若干個圓槽的轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動使罐體落入轉(zhuǎn)盤周邊的槽內(nèi)而被售出。這種送出機構(gòu)也需要較大的轉(zhuǎn)矩來帶動和占用較大的空間，而且會發(fā)生卡死現(xiàn)象。3、滾筒送出機構(gòu)該送出機構(gòu)由一個階梯梁和滾筒構(gòu)成，滾筒內(nèi)可以裝若干瓶飲料，通過步進電機來

15、帶動滾筒的轉(zhuǎn)動，利用梁的各階梯段與滾筒之間不同的開口距離控制商品掉落的順。這種機構(gòu)要求電機有較高的轉(zhuǎn)動精度。 4、彈簧推動式送出機構(gòu)這種機構(gòu)是由螺旋式彈簧和連在彈簧一端的電機構(gòu)成的，電機轉(zhuǎn)動一圈就帶動彈簧轉(zhuǎn)動一圈，同時推出一瓶飲料。根據(jù)設(shè)計中對自動售貨機的要求，選擇雙螺旋式送出機構(gòu)。3.2.4 按鈕裝置自動售貨機的按鈕裝置，其特征在于備有操作按鈕和基板，操作按鈕設(shè)置在面板上，基板設(shè)置在操作按鈕側(cè)的相反側(cè)，具有顯示部分和檢測機構(gòu)，顯示部分顯示與操作按鈕對應(yīng)的信息，檢測機構(gòu)用于檢測操作按鈕的操作，顯示部分設(shè)在基板上的與操作按鈕不相向的位置。4 自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 基于plc的自動售貨機控

16、制系統(tǒng)4.1.1自動售貨機硬件系統(tǒng)的組成部分及工作流程1、組成部分圖4.1 自動售貨機硬件系統(tǒng)組成部分其中，溫控模塊包括溫度采集和加熱制冷控制；銷售模塊完成一個整體的銷售動作，一般都是電機驅(qū)動特定的機構(gòu)實現(xiàn)；人機模塊包括鍵盤和顯示，有的機器還加上了顯示屏，可以投放廣告；目前僅部分高端機器有通訊模塊的功能，一般都是采用gprs模塊，可以完成銷售統(tǒng)計、原料補給、廣告管理以及一些會員服務(wù)。2、工作流程首先開機后要自檢各個部件的狀態(tài)是否正常，若不正常要顯示錯誤信息，方便運營人員及時修復(fù)；若自檢通過，檢查商品信息，若缺少貨物，停止銷售該類商品；然后等待，等待消費者投錢和選擇商品，若有人選擇商品，等錢幣投

17、入后就開始執(zhí)行銷售模塊，將產(chǎn)品送出，并找零錢。這是最基本的功能描述，在實際的設(shè)計中，有很多的因素需要考慮，一定要保證機器工作的可靠性和穩(wěn)定性。4.1.2自動售貨過程的控制子系統(tǒng)簡述控制子系統(tǒng)由以下四個部分組成:1、售貨價格系統(tǒng)自動售貨機售出的同類商品可分若干品種，其售前設(shè)定價格須預(yù)先貯存在控制系統(tǒng)內(nèi)。售貨機的價格設(shè)置系統(tǒng)由按鍵和存儲器組成，通過按鍵選擇被設(shè)價商品的種類及價格，并將價格寫入存儲器，該存儲器本身具有掉電保護功能，屬于軟件設(shè)置方式。此外，在簡易型售貨機中，由于出售商品種類少，價格變化小，使用幣種單一，也可用硬件來設(shè)置價格，采用撥碼開關(guān)對應(yīng)方式，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。2、累計、可售指示和

18、退幣系統(tǒng)控制系統(tǒng)的核心cpu對識幣、退幣、無貨檢測及購貨信號進行巡回檢查，當有識幣信號后，將金額數(shù)值送入金額累計存儲器中進行累計，并通過串行擴展口進行顯示，同時將金額累計存儲器中的數(shù)值與預(yù)設(shè)價格存儲器中的數(shù)值進行比較，如金額累計數(shù)值等于或大于預(yù)設(shè)價格數(shù)值，則通過串行接口使可售指示燈亮，提示購貨。此時可按下購貨按鈕，由cpu檢測到購貨信號后，如金額累計存儲器中數(shù)值與預(yù)設(shè)價格相等，則通過并行擴展接口驅(qū)動電磁閥或微電機驅(qū)動出商品，并將金額累計存儲器清零，完成一次售貨過程；如累計金額大于預(yù)設(shè)價格時，驅(qū)動商品后，相減差額由信號驅(qū)動退幣，實現(xiàn)售貨和退幣找零功能。3、檢測系統(tǒng)在自動售貨機商品貯存道下方安有接

19、觸行程開關(guān)，當貯存道內(nèi)有商品時，壓下行程開關(guān)，售貨機正常工作；當商品出售完畢時，行程開關(guān)被釋放，向cpu發(fā)出無貨信號，經(jīng)檢測通過串行擴展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號，使機身外部 “售完”指示燈亮，此種商品自動停售，即使投幣累計金額達到該道商品預(yù)設(shè)價格數(shù)值，可售按鈕仍然無啟動信號，金額累計存儲器也不清零。4、累計及自測功能系統(tǒng)自動售貨機cpu在每次售出商品后，向售出累計存儲器中累計售出數(shù)據(jù)，通過售貨機內(nèi)部的按鍵可在金額顯示窗中讀到累計結(jié)果。此外，在按下自測功能鍵后，出現(xiàn)自測功能信號，由外部按鍵操作，可檢測各商品貯存道的驅(qū)動商品功能。4.1.3 基于plc的自動售貨機控制當某一個控制任務(wù)決定由p

20、lc來完成后，選擇plc就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的plc ,另一方面是選擇什么公司的plc及外設(shè)。對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，把所有的i/o點找出來，包括開關(guān)量i/o和模擬量i/o以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流220v的接觸器、電磁閥，又有24v的指示燈，則最后選用的plc的輸出點數(shù)有可能大于實際點數(shù)。因為plc的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級，所以一旦它們是交流220v的負載使用，則直流24v的負載只能使用其他的輸出端了，這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本

21、，所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流220v的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的plc使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的plc了。對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮：（1）功能方面 所有plc一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的plc是否有能力控制任務(wù)。如對plc與plc、plc與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或?qū)lc的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)lc的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的plc品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。（2）價格方面 不同廠家的plc產(chǎn)品價格相差很大，有些

22、功能類似、質(zhì)量相當、i/o點數(shù)相當?shù)膒lc的價格能相差40%以上。在使用plc較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數(shù)。plc主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。4.3 自動售貨機plc控制方案設(shè)計1、通過分析，由于程序內(nèi)部的聯(lián)鎖、互動關(guān)系較為復(fù)雜，故采取步進指令較為簡單。2、本自動售貨機可使用5角硬幣，給計總金額數(shù)帶來麻煩，可對除5角識別器以外的所對應(yīng)inc指令的計數(shù)器中的值乘2 計算來方便計算總錢數(shù)，即將所有“元”轉(zhuǎn)化為多少個“5角”。3、由于實驗室plc型號三菱fx2n-48mr對某些指令無法識別，所以需將所有用脈沖執(zhí)行型的功能指令都使用pls指令進行轉(zhuǎn)化，即通

23、過pls指令驅(qū)動輔助繼電器m，實現(xiàn)程序功能。4、找余時，可找1元與5角，故需對剩余總金額寄存器中的數(shù)目除以2 和取模2，除2結(jié)果即為當前要找1元的數(shù)目，取模2結(jié)果即為當前要找5角數(shù)目。5、plc 選用繼電器輸出型。6、任務(wù)書要求實現(xiàn)顧客的循環(huán)購買，故需實現(xiàn)控制程序的跳轉(zhuǎn)（向后跳轉(zhuǎn)）。當顧客再次購買時，余額寄存器（為了退幣，該寄存器中值已除2）中值要先乘2，以便與商品價格比較（商品價格已轉(zhuǎn)化為多少個5角），再進入下次購買 。7、退幣結(jié)束時，使用set指令恢復(fù)初始態(tài)，并置位所有寄存器，以準備下一個顧客購買飲料，防止出現(xiàn)錯誤。4.5程序設(shè)計4.5.1 i/o地址設(shè)計一般講，配置好的plc其輸入點數(shù)與控制對象的輸入信號數(shù)總是相應(yīng)的，輸出點