基于PLC的自动售货机的设计【含9张CAD图纸和文档资料终稿】
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xxxxxx毕业设计（论文）任务书课题名称基于PLC的自动售货机的设计学生姓名学号指导教师选题来源和意义：中国作为人口和消费大国，零售服务行业规模也十分庞大，但自动售货机没有被大范围的推广，无法满足日益旺盛的社会需求，所以其在中国的普及应用的未来前景受到人们的一致看好。传统的自动售货机采用单片机控制售货流程，但是单片机不仅有大量物理接口，而且系统抗干扰能力弱，稳定运行的可靠性较差，后期维护复杂。而可编程序控制器PLC是一种综合了通信、自动化和通讯技术的在工业作业中发挥重要作用的控制装置，在系统控制运行可靠性、程序编程修改、维护调试等方面表现优异，能完成自动售货机商品零售动作控制。因此，与自动售货机相结合，设计出有人性化设计、方便快捷、价格实惠、低成本运营，能代替常规的现代信息化智能终端机。查阅文献等资料，充分了解了市场上现存的自动售货机类型，构思设计了这款自动售货机，能实现应有售卖的功能并长期稳定运行。它相较现已有的自动售货机有一定的优点，可是由于我所学知识的局限，也存在一些的缺点，但对今后的自动售货机的设计存在一定的参考价值。课题在国内外的研究状况及发展趋势：据亚历山大的科学家描述，自动售货机的概念起源于公元前两百多年左右的埃及，由希腊人希罗所制造的自动出售圣水的装置，曾被放置于埃及寺庙中。真正意义上的自动售货机，出现在1960年左右的美国，让人们可以在繁忙拥挤的地铁通道中购买口香糖，放松一下压力。但到了80年代，这种新颖的售卖方式才逐渐发展世界各地，特别是发达国家。直到第二次世界大战后，自动售货机真正开始迈出了向全世界发展的脚步，一发不可阻挡。日本开发出了当时新奇喷水型果汁自动售货机，引发了自动售货机爆发狂潮。欧美国家生活习惯使得他们更加青睐瓶罐装饮料，这直接促进了饮料自动售货机出现和发展。 直到1993年，来自其他发达国家的自动售货机才以二手机的面目正式进入中国，却仍给当时的人们带来了新奇的消费体验。到现在根据专家保守估算，中国大概有47万台的自动售货机，但无论数量、人均数量及消费更是无法与上述国家来比较，明显落后于欧美等发达国家。虽然自动售货机在东部沿海经济发达地区己寻常可见，但由于人均持币量不如国外、生活习惯讲究人际交往以及经济政策缺少扶持等不利因素，自动售卖机没有实现普及，因此具有广阔的发展远景。但也有一定的解决方法，比如宣传简化自动售货机的使用方法，使得民众正确认识自动售货机，招标竞争促进更新换代，提供政策扶持等。自动售货机的发展形势是取代大量人工劳动，向生产制造技术提升转变，用自动售货机的更新换代减少人工费用支出。自动售货机未来的发展趋势将是更深一步的结合互联网，形成一个具有生态性的产业结构，实现合理信息化，降低生产运营成本，开发出更加人性化智能化的系统改善购物体验。比如构建自动售货机管理网络，将自动售货机内的数据实时地传送给需要的人，便于顾客购物和后勤人员的管理，更具效率。同时为防止全球变暖，自动售货机将向节能型清凉饮料售卖方向发展，用更少的电能实现维持低温，为食品安全提供保障。课题主要任务目标及完成成果形式：1.了解自动售货机的工作模式，研究自动售货机的工作原理，并确定售货机的总体方案。2. 机械运动方案的评定和选择。3.根据总体方案的确定，明确各个机构的机械出货装置的简图。4.确定主要设计参数，对出货装置进行校核。5.编写设计说明书，整合所有的资料和数据，并绘制总装配图和各零件图纸。6.编写PLC终止程序，能完成自动售货机的交易过程。主要参考文献：1 百丽.自动售货机第三次零售业革命J. 电子商务.2005.4(2). 2 史国生.电气控制与可编程控制器技术M.哈尔滨:化学工业出版社,2010.3 郑大宇，刘立晶.自动售货机送出机构的设计及优化J.黑龙江商学院学报（自然科学版），2000，6（3）.4 程周.可编程序控制器原理与应用M.北京:高等教育出版社,2008.5 纪鹏.自动售货机结构安全机制的研究N哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2006.22(1) 6 裴进灵一种新型自动售货机的研制J.科技情报开发与经济,2003,13(12).7 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术M. 北京:北京航空航天大学出版社. 20088 王雯隽自动售货机的设计与实现J微型电脑应用,2005,21(5).9 朱军.自动售货机的结构J.信息与电脑,2005.8(5).10 董淑冷,茅红伟.PLC在自动售货机控制系统中的应用J.上海师范大学学报,2007.11 杨林,冯冠平.智能化自动售货机钱币识别与分类系统的研究J.仪表技术与传感器，1994(03)12 贾德胜.PLC应用开发实用子程序M.北京:人民邮电出版社,2007.13 任胜杰.电气控制与PLC系统M.北京:机械工程出版社,2013.14 吴宗泽等.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社，2006.15 钟肇新,彭侃编译.可编程控制器原理及应用M.武汉:华中理工大学出版社,199116 孙桓.陈作模.葛文杰.机械原理（第七版）M.高等教育出版社，2005 17 谢志萍.传感器与检测技术（第二版）M.电子工业出版社.2009.2 18 Dimple Thakwani, Dr.N Tripathi. PLC Based Change Dispensing Vending Machine using Image Processing Technique for Identifying and Verifying CurrencyJ.International Research Journal of Engineering and Technology ,2016,3(11):454-458.进度安排：序号设计（论文）各阶段名称起止日期1准备文献综述、外文翻译和开题报告，完成方案设计2017年9月14日2017 年10 月29 日2完成结构设计2017年10月29日2017 年11 月5 日3完成总装配图2017年11月5日2018 年2 月26日4完成PLC控制程序，2018年2月26日2018 年4 月5 日5审图，图纸，论文交到审图老师2018年4月5日2018 年4 月13日指导教师签字 2017年10月30日学院审核（盖章） 年 月 日 PLC BASED CHANGE DISPENSING VENDING MACHINE USING IMAGE PROCESSING TECHNIQUE FOR IDENTIFYING AND VERIFYINGCURRENCYAbstract :Change dispensing vending machines are used to provide change to the user as per the denomination of note given to the machine by the user. Change dispensing vending machine using PLC can be implemented using various devices or techniques such as transistors, transducers, sensors and image processing technique. In this research paper image processing technique is used with PLC for change dispensing machine. Counterfeit currency is the major problem associated with change dispenser machine. To detect the counterfeit note and to identify its denomination image processing technique is used. The output of the image processing is given to the PLC and the operation of PLC is programmed using ladder logic in this paper.Key Words:Currency, PLC, Sensor, Image processing technique, Change dispensing (vending) machine.1. INTRODUCTIONA change dispensing vending machine is a machine which is used to dispense change to the user as per the value of the currency inserted in the machine . The user will get all the details on the screen necessary for the valid transaction. Image processing technique is used for validation and identification of note. Along with it a strain gauge based load sensor can be used for checking the availability of stock in the machine.The operation of a programmable controller is relatively simple. The input/output (I/O) system is physically connected to the field devices that are encountered in the machine or that are used in the process control. These field devices may be discrete or analog input/output devices, such as limit switches, pressure transducers, push buttons, motor starters, solenoids etc. The I/O interfaces provide the connection between the CPU with the information providers (inputs) and controllable devices (outputs). During its operation, the CPU completes three processes: (1) it reads, or accepts, the input data from the field devices via the input interfaces, (2) it executes, or performs, the control program stored in the memory system, and (3) it writes, or updates, the output devices via the output interfaces. This process of sequentially reading the inputs, executing the program in memory, and updating the outputs is known as scanning.2. OBJECTIVETo design a change dispenser which will accept currency (note) of denomination 10 rupees and 20 rupee and will dispense 5 rupee coin. So, when the user inserts 10 rupee note he/she would get 2Nos 5 of 5 rupee coins and 4Nos of 5 rupee coins for the 20 rupee note after validation, identification of note and availability of stock.3. LITERATURE REVIEW1 In 2013 Vipin Kumar Jain and Dr. Ritu Vijay propose method for identifying denomination of currency using image processing technique. First the ROI is extracted than by pattern recognition and Neural Network matching technique is used to match or find the currency.2 In 2014 S.Surya and G.Thilambal propose method to recognize currencies from different countries based on features that is color, texture, size in image processing using filters and Sobel operator.3 In 2014 Binod Prasad Yadav, C.S Patil, R.R Karhe , P.H Patil propose method counterfeit currency detection using MATLAB and feature extraction with HSV color space and other application of image processing technique.4. FEATURES OF 10 AND 20 RUPEES CURRENCYEvery Indian currency issued by RBI has some special security features.Some are same for certain currencies while other may vary as shown in table 1.TABLE4-1: Features of 10 and 20 rupees noteFeature10 Rupee note20 Rupee noteImageSize 63137 mm 63147mmSeen through register Water markFluorescenceSecurity Thread Micro lettering Year of printingIntaglio image Latent imageIdentificationmark TABLE4-2: Main demarcation of 10 and 20 rupees noteFeature10 Rupee note20 Rupee noteSize 63137 mm 63147mmIdentification mark Intaglio image 5. HARDWARE REQUIREDPLC, Camera or Sensor, currency, coin6. METHODOLOGY6.1 IMAGE ACQUIT ION-Image acquisition is the first step for identifying denomination and counterfeit currency as image processing technique processes the acquired image. Image can be acquire using scanner or camera. The image captured/ scanned are stored in .jpeg format6.2 IMAGE PREPROCESSINGThe main purpose for preprocessing is to remove noise from the acquired image and to improve its visual appearance. It includes resizing image, removing noise , separating channels, denoising each channels and then restoring channels.6.3 FEATURE EXTRACTIONIt includes the following steps such as-6.3.1 COLOR FEATURE-It includes converting rgb to xyz color space and then to luv color space. The image obtained is further processed by separating l,u,v then finding the mean, color variance and color skewness for each channel.6.3.2 EDGE FEATUREIn edge detecting feature rgb color space is converted into ycbr color space then y component is extracted , sobel mask is applied and edges are detected.6.3.3 CONTRAST ENHANCE THE GRAY IMAGE-After gray scale conversion the image contrast is enhanced to emphasize dark lines in lighter background.6.4 SEGMENTSThe number of segments obtained depends on currency for real currency there is only one segment while for counterfeit currency there are many segments as shown in figure 1.7. CHECKING COUNTERFEIT CURRENCY AND DENOMINATION OF CURRENCYFlowchart for identifying denomination and counterfeit currency is shown in figure 1 7.1OUTPUT FOR DENOMINATION OF CURRENCYThe acquired image is compared with the stored image and accordingly output for denomination is identified if the image matches with the stored image it will shows the denomination otherwise it will show invalid currency.7.2 OUTPUT FOR REAL OR COUNTERFEIT CURRENCYThe graph obtained for real and counterfeit currency is shown in figure 2.Figure 7-1 obtaining real and counterfeit currencyTABLE-7-1: Features of real and counterfeit currency graph Real CounterfeitThreshold value10*1043*104projected value at 07.5 0Projected-smoothened0 .5Difference between projected valueVerySmall small8. IMPLEMENTATIONThe flowchart of vending machine using PLC is shown in figure 3FIGURE 3. Implementation of change dispensing machine using PLC9. PLC LADDER DIAGRAMThe above flow chart is programmed in PLC as shown in ladder diagram in figure 4FIGURE4. Ladder diagram of PLC based change dispensing machineHere,I1,I2,I3 and I4 are normally open.Q1,Q2,Q3 and Q4 are coils.I1- input given to PLCI2- 10 rupee note is identified and verified in Image Processing .I3 sufficient stock available.I4- 20 rupee note is identified and verified in Image Processing.Q1- Dispenses 2 no of 5 rupee coin.Q2- Dispenses 4 no of 5 rupee coin.Q3- Displays fake note.Q4- Displays insufficient stock. FIGURE9-1:the trapezoid diagram shown 10. WORKING10.1 RUNG 1- First the image is acquired using scanneror camera and then processed using image processing technique in Matlab.10.2 RUNG 2- When input is given to machine, Image processing identify and verify 10 rupee note and check for sufficient stock in machine then machine dispenses 2 no of 5 rupees coin.10.3 RUNG 3- When input is given to machine, Image Processing identify and verify 20 rupee note and sufficient stock is available then machine dispenses 4 no of 5 rupees coin.10.4RUNG 4- When input is given to machine and the Image Processing does not identify the inserted note as 10 or 20 rupee note then machine displays fake note.10.5RUNG 5- When input is given to machine, Image Processing identify and verify either 10 rupee or 20 rupee note and there is insufficient stock then machine displays insufficient stock.11.RESULTThe designed machine successfully give two coins of 5 rupees whenever a currency of Rs 10 is inserted in the machine only after verifying its correctness and availability of stock in the machine. This machine also gives four 5 rupees coin for Rs 20 as input as explained above.12. CONCLUSIONIt is observed that image processing technique used for identification and verification of currency is faster than sensor in PLC based vending machine.基于PLC使用图像处理技术识别和验证货币自动售货机摘要：自动售货机是根据用户给机器的面额，提供给用户以不同的服务，其使用PLC可以使用各种设备或技术，如晶体管、传感器、传感器和图像处理技术。假币是与自动售货机相关的主要问题，本研究采用了PLC的图像处理技术检测和识别假币面额。将图像处理输出给PLC，并用梯形图编程实现PLC的操作。关键词：货币，PLC，传感器，图像处理技术，更换点胶（自动）售货机1. 引言自动售货机是一种根据插入机器上的货币的价值来分配给用户变化的机器。用户将在屏幕上获得有效交易必要的所有细节。图像处理技术用于票据的确认和识别。随着它的一个应变计为基础的负载传感器可用于检查在机器的库存可用性。可编程控制器的操作相对简单。输入/输出(I / O)系统与在机器中遇到或在过程控制中使用的字段设备相连接。这些场设备可能是离散的或模拟的输入输出设备，例如限制开关、压力传感器、按钮、电机启动器、螺线管等。I / O接口提供了CPU与信息提供者(输入)和可控设备(输出)之间的连接。在操作过程中，CPU完成了三个进程:(1)它通过输入接口从字段设备读取或接受输入数据，(2)它执行或执行存储在内存系统中的控制程序，(3)通过输出接口编写或更新输出设备。这种顺序读取输入、在内存中执行程序和更新输出的过程称为扫描。2. 目标设计一种可接受面额为10卢比和20卢比的货币(纸币)，并可兑换5卢比硬币的自动售货机。因此，当用户插入10卢比时，在验证纸币的真实性和库存的可用性后，他/她将得到2个5卢比硬币，4个 5卢比硬币在确认的20卢比纸币后。3.文献综述1 在2013年，Vipin Kumar Jain和Ritu Vijay博士提出了一种使用图像处理技术来识别货币面值的方法。首先采用模式识别和神经网络匹配技术提取ROI，以匹配或查找货币。2 在2014年代。叙利娅和G.Thilambal提出了一种基于颜色、纹理、图像处理中使用滤波器和Sobel算子的特征来识别不同国家货币的方法。3 在2014年，宾德普拉萨德亚达夫，C.帕蒂尔,R.R Karhe,P.H Patil通过MATLAB和HSV颜色空间的特征提取和图像处理技术的其他应用，提出了伪造货币检测方法。4.10卢比和20卢比货币的特点印度储备银行发行的每一种印度货币都有一些特殊的安全特性。有些货币与某些货币是相同的，而其他货币则不同，如表4-1所示。表4-1：10和20卢比的纸币特点10卢比纸币20 卢比纸比图像 尺寸 63137 mm 63147mm通过登记 水痕 荧光 安全线 微刻字年印刷 凹版印刷图像 潜像识别符号表4-2 10和20卢比注主要划分特点10 卢比20 卢比尺寸 63137 mm 63147mm识别符号 凹版印刷图像 5.硬件要求可编程控制器，相机或传感器，货币，硬币。6. 方法6.1图像表现离子图像采集是识别面额和假币的第一步，图像处理技术处理获得的图像。图像可以通过扫描仪或照相机获得,并以JPEG格式存储。6.2图像预处理预处理的主要目的是消除获得图像的噪声，提高其视觉外观。它包括调整图像，消除噪声，分离通道，去噪每个通道，然后恢复通道。6.3特征提取它包括以下步骤，如：6.3.1颜色特征,它包括将rgb转换为xyz颜色空间，然后将其转换为luv颜色空间。通过分离l、u、v，得到各通道的均值、色差和颜色偏度，得到进一步的图像处理。6.3.2边缘特征边缘检测中，rgb颜色空间被转换为ycbr颜色空间，然后提取y分量，应用sobel掩码，检测边缘。6.3.3对比度增强灰度图像在灰度转换后，增强了图像对比度，以强调浅色背景下的暗线。6.4 部分所获得的段数取决于实际货币的货币，只有一个部分，而对于假币，有许多段。7.检查假币，面额货币识别面额和假币的流程图如图1所示。7.1货币面额输出将采集的图像与存储的图像进行比较，如果图像与存储的图像相匹配，则识别出面额的输出，它将显示面值，否则将货币无效。7.2输出为真实的或伪造的货币图中获得真正的和伪造的货币是如图7-1所示. 图7-1中获得真正的和伪造的货币从上面的图中，我们注意到以下几点表7-1:真伪货币图的特征 真币 假币阈值 10*1043*104预计值为07.5 0投影平滑0 .5价格差异之间的投影很小小8. 成就使用PLC的自动售货机流程图如图3所示。9. PLC梯形图以上流程图用PLC编程，如图4所示的梯形图所示。在这里,I1、I2、I3和I4常开。Q1、Q2、Q3和Q4是线圈。I1输入给PLCI2 - 10卢比纸币在图像处理中被识别和验证。有足够的库存。I4- 20卢比纸币在图像处理中被识别和验证。Q1 -不需要5卢比硬币。Q2 -不需要5卢比硬币。Q3:显示假的注意。Q4:显示库存不足。 图9-1所示的梯形图所示10.工作方式10.1、级1首先使用scanneror摄像头获取图像，然后在Matlab中使用图像处理技术进行处理。10.2、级2 当输入到机器上时，图像处理识别并验证10卢比纸币，并检查机器上的足够库存，然后自动分配5卢比的硬币。10.3、级3 当输入到机器上时，图像处理识别并确认20卢比的纸币和足够的库存，然后机器就会自动分配5卢比的硬币。10.4、级4 当输入为机器时，图像处理并没有将插入的注释识别为10或20卢比，然后机器显示假钞。10.5、级5当输入到机器时，图像处理识别和验证10卢比或20卢比纸币，且库存不足，机器显示库存不足。11.结果设计的机器成功地给两个硬币5卢比每当10卢比纸比插入机器只有在核实它的正确性和可用性在机器上。这台机器机器也提供四卢比20卢比作为输入，如上文所解释的输入。12. 结论在基于PLC的自动售货机中，图像处理技术用于识别和校验货币的速度要快于传感器。毕业设计(论文)开题报告课 题 名 称： 基于PLC的自动售货机的设计 课 题 名 称（英文）： The Design of The Vending Machine Base On PLC 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 名 称： 指 导 教 师： 职 称： 所 在 学 院： 教务处制表说 明1根据xxxxx毕业设计(论文)工作管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，系主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。毕业设计(论文)开题报告学生姓名学 号专 业机械电子工程指导教师职 称所在学院 课题来源囗 理论研究囗 应用研究囗 设计开发 其他工程技术研究课题类型囗教师命题 学生自主命题囗 教师科研课题课题名称基于PLC的自动售货机的设计一、 选题依据及意义（不少于300字）中国作为人口和消费大国，零售服务行业规模也十分庞大，但自动售货机没有被大范围的推广，无法满足日益旺盛的社会需求，所以其在中国的普及应用的未来前景受到人们的一致看好。传统的自动售货机采用单片机控制售货流程，但是单片机不仅有大量物理接口，而且系统抗干扰能力弱，稳定运行的可靠性较差，后期维护复杂。而可编程序控制器PLC是一种综合了通信、自动化和通讯技术的在工业作业中发挥重要作用的控制装置，在系统控制运行可靠性、程序编程修改、维护调试等方面表现优异，能完成自动售货机商品零售动作控制。因此，与自动售货机相结合，设计出有人性化设计、方便快捷、价格实惠、低成本运营，能代替常规的现代信息化智能终端机。2、 研究目标与主要内容（含论文(设计)提纲，不少于300字）研究目标：本次设计是完成自动售货机的总体及送货机构的机械设计，并采用PLC完成全套动作控制系统设计，是自动售货机长期稳定运行。主要内容：机械结构方面设计出货装置，合理的完成自动售货机的基本工作原理。PLC程序设计的主要控制内容：1、假定自动售货机可以售出薯片、牛奶以及尖叫饮料三种商品，价格分别为3、4、5元；2、自动售货机可识别1元硬币、5元纸币、10元纸币；3、当投入的货币金额值等于或大于商品预设价格时，所有相应商品的指示灯都亮，按下对应的选择按键以及确认键，则由电机送出商品，同时灯灭；若按下取消键，则可重新选择可够买的商品；4、按下退币键，即可退出相应的零钱，找零无限，若想继续购买，则需重复操作；6、当成功购买一件物品后，10秒仍无操作，若有余钱则自动退币；7、当购买商品3s后，当取物口红外器感应到有货物出货时，则取物灯亮；若无，则报警；退币后，退币口的钱币在6s后仍不取走，报警提示。设计提
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