可拆装报纸自动贩卖机的设计.docx

可拆装报纸自动贩卖机的设计摘要: 本文介绍了如何将传统的自动售货机进行简化和优化，设计出一种基于积木式结构系统的小型报纸自动贩卖机，以达到节约成本、简化管理的目的。该贩卖机的每个可拆装小系统具有体积小、重量轻、使用方便等优点，有利于在公交车站、地铁站、购物超市等推广。关键词:报纸自动贩卖机 积木式结构系统 可拆装1. 前言 常规的自动报纸贩卖机功能很多，但是许多功能并不能经常被用到，造成浪费。比如青岛澳柯玛自动商用设备有限公司所开发的FC06系列报纸自动售货机1，其具的多种子功能，包括多种报纸出售、GPRS功能、LCD显示、超大展屏、多种货币识别系统、遥控系统等。但是这些功能并不是经常被用到。出于简化和节约成本的目的，设计一种小型的，实用性强的经济型报纸自动贩卖机是有必要的。 如果将系统设计得即小巧又轻便，基本功能齐全，并且可以任意组合的话，那么可以将数台机器组成一个阵列，称为积木式结构系统，如图1所示。而组成这个系统的各个部件则称作积木部件或积木组件。如果将这个系统用于此报纸贩卖机上，管理人员就可以随意搭建系统，根据所售报纸种类多少和每种报纸数量多少自由确定所需要的部件数量，从而达到减小成本，方便管理的目的。本设计基于这个思路，采用积木式结构系统，减小成本、方便管理，以利于报纸自动贩卖机的推广。2. 设计思路2.1基本模型本报纸自动贩卖机的积木式结构系统示意图如图1所示。图1 积木式结构系统示意图在此模型的基础上，将各个部件再设计成更小型的积木式结构系统，这样不仅可以为用户提供更好的可组合性、更多的方便，也能更节省成本。不过对于报纸自动贩卖系统来说，每个部件应该设计成同一样式，也就是说，整个系统只有一种部件。用若干个这种部件，搭建起一个系统，它能够完成报纸自动贩卖的功能。其弊端是不能共用资源，如送报纸机构、显示模块等，但它却具有明显的优点，譬如拆组方便、设定方便、单个部件体积小、重量轻、易于运输搬放等。总体上来说，此模型在实现基本功能的基础上，对传统的自动贩卖机进行了简化和优化，使得许多用户有了更多的选择余地。2.2部件组成单个部件其实就是一个小系统（下文均称小系统）。每个小系统应该具有报纸自动贩卖机的基本功能，其中包括：分报功能、送报功能、计数功能、显示功能、钱币识别功能、找钱功能。除了这些基本功能以外，还可以有一些附加功能。在不增加成本、体积和重量的前提下，尽量提高系统的性能，这些功能如蜂鸣器提示、指示灯闪烁提示、语音提示、键盘输入等。这些功能都应该根据实际需要合理地选用。本次设计所选用的附加功能有蜂鸣器提示和指示灯闪烁提示，它们的主要作用是告知用户报纸已经准备好，提醒用户取走报纸；或者告知用户找钱已经准备好，提醒用户取走找钱。一个小系统的基本组成如图2所示。图2 小系统基本功能组成图由于找钱功能实现需要许多硬件，所以决定将其单独做成一个部件。如果系统做得比较小，可以不用找钱功能。3. 设计方案3.1各模块实现方案设计3.1.1 分报模块每份报纸都可以看作是一本比较薄的书，所以可以像分书一样分报。分报的实现过程如下：（1） 管理人员从箱体后面打开后盖，将报脊朝前放进报纸，放好后，合上后盖；（2） 报纸被放进箱体后，不是报脊的一侧被压紧，而报脊一侧下文的支撑移走，报脊一侧处于悬空状态。这样，每份报纸就分开了。3.1.2 计数模块 计数模块以硅光电池为主要元件。它其实只直到了光电开关的作用。报纸分开后，光电开关模块自上而下或是自下而上从报脊端扫描一次，有多少个脉冲产生，就有多少份报纸。以后每出售一份报纸，计数就减一。3.1.3 送报模块送报模块的主要零件是磨擦轮。当分报模块完成分报动作后，如果有人来买报纸，送报模块开始工作。报纸是从最上面开始出售的。当计数模块完成计总数的动作后，先前压紧的部分适当松开，这样报纸就像打印纸放在打印机上一样了。利用打印机吸纸的原理，将报纸一份份地送出。如果用户没有取走报纸，送报机构将报纸吸回门内，下一位用户购买时再将其送出。3.1.4 钱币识别模块由于系统要做得小巧，所以系统只收取硬币。硬币也便于管理和识别。硬币识别的依据为硬币在经过某一段路程的时间值2。当用户投入一个硬币时，硬币沿着固定的轨道下滑，当滑到某一个地方，经过一个光电对管，系统以硬币遮住光电对管时开始计时，离开光电对管停止计时。硬币经过一个长长的轨道，到达这个光电对管时有几乎相同的速度，不同的硬币直径不同，那么它们经过对管的时间也不一样。将测得的时间和标准时间进行比较，就可以得出用户所投的是不是硬币，是多少面值的硬币。如果硬币不能被系统识别，就将其退还给用户。硬币是储存在储钱槽里的。储钱槽一共有两种，分别用来储存五角和一元的硬币（暂时没有考虑一角的硬币）。硬币被投入后，滚到半路会被挡住，如果这枚硬币不能识别，在此挡卡下方的漏币孔打开，硬币漏出到找钱仓。如果是可以识别的硬币，那么会被推着跨过挡卡继续前进，直到储钱槽上面的漏币孔。如果是一元的硬币，是不会掉下去的；如果是五角的硬币，就会从漏币孔掉下去。到达储钱槽的硬币被顶杆顶到一边，硬币就放好了。3.1.5 显示模块显示模块主要用于告知用户和管理员当前系统运行状态。采用LCD显示，选用12864模块进行显示。12864有很多型号，从中选取一种具有背光、屏幕较大、价格较便宜的一种便可。3.1.6 输入模块在箱体后面放置一个按钮，当管理员需要取走等剩余报纸，放进新报纸时，先按此按钮。此按钮按下后，才能放进报纸，如果直接打开后盖，由系统设计不能放进报纸。前面板上也有一个按钮，是用户要买报纸时的输入按钮。3.1.7 提示模块在箱体前面放置一绿色LED提示取走报纸。箱体内放置一蜂鸣器辅助LED的提示。3.2各模块结构设计3.2.1分报模块报纸的一侧要被压紧，要实现这个功能，所选择的机构就必须有自锁功能。具有自锁功能的机构很多，比如蜗轮蜗杆、梯形螺纹等。考虑到要方便松开，又易于控制，这里我们选用蜗轮蜗杆，其中蜗杆部分同时是电动机的轴。整个系统比较小型化，要装夹的报纸不是很多，所以此处的电动机选用较小型的电动机就可以了。电动机和蜗轮蜗杆都安装在整个小系统的底部。此机构的大致结构图如下所示。蜗轮4与轴1固定联接，蜗轮的转动直接带动轴的转动。5为顶部的轴，轴1和轴5之间有两根拉丝，拉丝上固定着一个压板。拉丝的上下运动使压板对报纸进行压紧或放松。整个压板只能在两根轴之间运动，所以上下需要装上限位开关。图3 送报机构示意图图中7为支撑板。当报纸放进箱体，后盖关上后，电动机9转动，带动蜗轮8转动。蜗轮和一直齿轮是一体的，此直齿轮带动和7固连的齿条向后运动，这样报脊就悬空了。报与报之间就分开了。当需要放报的时候，齿条又将支撑板拉回前方。3.2.2读数模块主要部分为上图中的13，光电读数器。角形铁的一边安上发射头，一方安上硅光电池。整个机构由电机11带动，经过三个带轮，在箱体上下面之间上下运动。刚放入报纸时，机构运动一次，从上到下或者从下到上计一次数，计数完成后，不用复原，只需要走到极限位置即可。机构上下也有限位开关。整个机构的电路图如下所示：图4 计数器原理图DS1为发射端，D2为硅光电池。在一般的光照下，硅光电池的输出有较小的变化，但一般电压均在00.3V之间。当被其匹配的发射管照射时，输出电压约为0.5V。通过调节R2，使得三极管Q1基极电压为0.3V左右，当没有匹配光照射时，三级管不导通，OUT输出为1；当有匹配光照时，D2上部电压为0.5V左右，三极管基极和发射极之间电压为0.8V左右，此时三极管导通，OUT输出为0（0.4V左右）。上面只是将放入的报纸数了一遍，此结果将显示在面板上。当每卖出一份报纸，此结果就减一，直到所有报纸均卖完。3.2.3 送报模块送报模块14完全仿造打印机的吸纸送纸机构进行设计，有关资料请查阅参考文献3，这里就不再赘述。3.2.4 钱币识别模块整个模块的位置在箱体的左方，三个电动机的上方，以节约空间。具体的方案前面已经有详细说明。3.2.5面板面板的布置如下图：图5 面板示意图图中1为报纸出口，2为LCD，3为投币入口，4为出币口，5为系统指示区，6为按钮。报纸出口、投币口、出币口上方各有一指示灯，当提示的时候，指示灯闪烁。系统指示的作用是指示系统工作状态，包括电源指示灯等。按钮起输入作用，如果用户要买一份报纸，必须先按一下按钮。3.3总体实现整个的实现需要一个控制系统。根据系统的信号输入输出口数量，选择一款CPLD比一款单片机在软件上实现起来更方便。此小系统的输入输出不是很多，所以Altera公司的低级CPLD EPM3032已经能够满足要求。这款CPLD有600个门，32个IO口，价格仅为RMB10元左右。电机的控制采用小型继电器，如QCF系列。所有电机均使用直流电机，12V系列。计数器的电机由于功率不用很大，可以使用5V减速电机。这样可以节约成本，而又能达到要求。系统用市电供电，加变压器变压到12V，稳压，再供给电机。12V电压引出一路供给CPLD和5V电机工作。5V电压由L7805稳压。前后均加4700uF电解电容消除由于电机开停所造成的大幅度抖动。5V电压再经过7133稳压到3.3V，供给CPLD工作。继电器均选用3.3V系列，这样方便与CPLD连接。由上面的图3可以看出，一个小系统其平面大小只比一份A3大小的报纸略大，高度和长度近似相等。整个系统的拼接需要外壳有特殊的设计。拼接的部分要将市电接口考虑进去，其接口采用插座式，每个小系统箱体后面有一根三脚电源线，同时有一个插座接口，这样既能保证拼接上的每个系统都有供电接口，又安全方便。硬件的拼接示意图则如下所示：图6 外壳示意图由上图可以看出，此小系统之间不仅上下可以拼接，左右也可以拼接，其采用的是插入原理。小系统之间一定的配合可以保证整个系统具有一定的稳定性。在拼装的时候，先一行一行地拼装，再将行与行之间拼装起来，直接实行单个拼入是不行的。4. 讨论 总体上来说，此设计具有节约成本、方便使用的特点，创新点在于其积木式结构以及小型化的外观。此系统也具有许多不足，比如找钱功能和钱币识别功能因为体积和成本的原因有所简化；不能放置太多报纸在机器中；安全性能较差，不能放置在不易管理的场合；防水性抗风性较差，一般只适用于室内等。本设计中的一些模块已经经作者搭建并实现其功能。总体成本大致在400500元之间。当然此系统