一种新型自动售货机控制系统的设计

机电工程技术!""#年第$%&"期卷第工业自动化一种新型自动售货机控制系统的设计’张曼，杨勇强陕西西安（陕西科技大学机电学院，７１００２１），在介绍这种自动售货机的系统功能特点基础之上，；ＭＤＢ文献标识码：Ａ文章编号：１００９－９４９２（２００７）１０－００５９－０４１自动售货机概述自动售货机，产生于２０世纪８０年代，出生地为美国、日本，后逐渐散布世界各地，落脚点多为发达国家。其产品特点是科技含量高，集数字、电子、保温、冷藏等高科技技术于一体；２４小时服务，售货便利；无需专人盯守，省人工，省成本；售货范围广泛，包括小食品、饮料、香烟、杂志、游戏、车票、邮票、避孕用品等；此外还是一种新颖独特的广告媒体。２０年间，自动售货机队伍逐渐发展壮大，尤其是在日美等地。在美国其分布率高至每４０人一台，仅美国可口可乐公司一家就有几十万台饮料自动售货机分布于各地；日本则更甚，达到２３人一台，其全国市场７０％的罐装饮料都通过自动售货机来销售。自动售货机是在２０世纪９０年代开始试探着进入中国，因为象征着现代文明，象征高科技，自然一露面便被大大小小的媒体所关注［１］２新型自动售货机系统功能特点该新型自动售货机能够出售不同形状的货品，采用双螺旋体出货机构，当要出货时，送料器会转动标准的一圈［２］。送料器的后面有一块控制保护板，控制板上装有一对光耦，可以保证送料器转一圈。该售货机具有商品展示、货币识别、提示缺币、准确出货、自动找零、故障检测、价格设定、料道设定、出货测试、销售统计、交替售卖、试销售（将价格设定为０元）、存储机器号、设定节能时间段、日光灯自动开关、时钟设定、语音提示、破坏报警、统计打印、网络管理等功能。根据纸硬币器的型号，售货机一般可使用１元、５角。自动售货机的产品类型大致为：自动售冷饮机、自动售热饮机、自动售货机、自动售烟机、自动售报机等形式。现阶段的自动售货机可出售瓶装罐装饮料、香烟、纸巾、报刊杂志、袋装盒装小食品以及软包装物品如袋装奶等。自动售货机的支付基本采用现金结算方式、非接触式ＩＣ卡支付以及ＧＰＲＳ网上支付等形式。’陕西科技大学自然科学基金（编号：ＺＸ０６－２６）图１控制系统整体结构工业自动化机电工程技术!""#年第$%卷第&"期硬币以及５元、１０元、２０元纸币。用户投币或购买完商品后，若显示金额足够购买其它商品，则系统在无购买操作６０秒后，退出钱币；若剩余金额不足以购买商品，则系统等待１５秒后，退出钱币。操作硬币器退币旋钮，可以随时退出投入的钱币或剩余零币。应用业主键盘可设定售货机年、月、日、时、分，还可查看销售统计中以下内容：售出所有商品的总额、总数；单个料道售出商品的总额、总数；记录自售卖开始到现在的纸币总额；记录昨天的销售统计（总量和总金额）；查看上一次的销售情况；以及打印相关数据等。经过ＶＭＣ来判断和传递。ＶＭＣ要存储数据，如料道、价格、销售信息、错误信息、接收和传递信息，如货币类型、货币值、购买信息、有无货等。ＶＭＣ板的主控芯片选用具有５６拐脚的ＳＴ７２３３４芯片。具有Ｉ／Ｏ口、ＡＤＣ、ＳＰＩ、ＳＣＩ功能，其中ＭＤＢ通讯占用ＳＣＩ口；ＳＴ７２３３４芯片有１６ｋ的程序存储器和在线升级功能（ＶＭＣ板留升级端口）。选用的ＥＥＰＲＯＭ是２４ＬＣ６４，时钟芯片是ＨＩ１３８０。其中２４ＬＣ６４具有８ｋO８的存储空间，工作温度－４０℃～＋１２５℃，可擦写１００００００次。ＨＩ１３８０具有完备的时钟及到２１００年的日历功能，可选择１２小时制或２４小时制计时，有ＡＭ和ＰＭ、星期、夏令时间操作、闰年自动补偿等功能。使用晶振为３２．７６８ｋＨｚ。升级口采用ＳＴ的升级设备，可以实现随时升级，不用更换芯片。稳压块用的是７８０５，给ＳＴ７２３３４提供＋５Ｖ电源。控制开关３控制系统整体设计方案为了实现以上各项功能，自动售货机的控制部分可分为：主控板（ＶＭＣ）；驱动部分（包括一个设定板）；货币识别器（硬币器、纸币器）；网络通讯（ＧＰＲＳ）；语音提示，报警，打印模块；业主键盘；按键；电源以及压机、风机、电机、电机旋转控制开关。其中，ＶＭＣ和驱动器、货币识别器、ＧＰＲＳ网络模块的通讯格式为ＭＤＢ（Ｍｕｌｔｉ－ｄｒｏｐＢｕｓ）格式，而打印、语音提示则是通过ＭＤＢ接口由ＶＭＣ向语音芯片和打印机传递信号的。在ＶＭＣ上还连有显示器、业主键盘和按键，作为控制和人机对话使用。结构模式如图１所示，硬件设计如图２所示。（１）ＶＭＣ板１正常的情况下在ＯＦＦ位置，当打到ＯＮ位置上时，表示可对销售统计清零，这时断掉电源再重新上电便会把ＶＭＣ中的销售统计数据清掉；控制开关２备用。ＶＭＣ电源提供的是显示器与ＳＴ７２３３４的电源。（２）显示器与按键显示器采用数码管显示，显示是否正常营业、纸硬币器是否停用、５角或１元硬币是否缺币等信息。显示元件用１个ＫＴ４０２８１型数码管或用４个ＫＴ１０２８１型数码管，颜色为红色。Ｅ红外接收头用来和遥控器配合，接受红外信号，控制售货机的设定。选货按键共有３４个，占用ＳＴ７２３３４芯片的９＋１２个引脚。单个按键包括两个指示灯。指示灯都为表贴超高亮元件。选货按键外观图如图３所示。ＶＭＣ（Ｖｅｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）是售货机的控制部分。ＶＭＣ板是自动售货机的控制中心，ＶＭＣ的作用是指挥各个部分的正确工作，两个外设之间的配合信息都要×图３●选货按键外观在检测到商品可售卖、设置有效或设置确定时，指示灯“Ｏ”点亮，颜色为红色；在检测到商品缺货、对按键设置无效、取消设置或对应的料道内的送料器故障时，指示灯“Ｘ”点亮，颜色为红色。（３）业主键盘操作业主键盘是给业主设定料道、价格、时钟、功能、检测用的，业主通过业主键盘来对自动售货机进行控制或检测。（４）语音提示与报警打印语音提示可以帮助顾客按正确步骤操作售货机，提示顾客取出货物并拿回零钱。当售图２硬件设计框图货机受到破坏或剧烈的撞击时，机电工程技术!""#年第$%&"期卷第工业自动化报警器发出报警，起到警示作用。报警传感器的灵敏性可调节。语音提示板和报警板一起组成语音报警板。打印机的接口也是在同一块板子上。（５）驱动板驱动板是售货机检测有无货和执行出货的部分，驱动板的主控芯片也是ＳＴ７２３３４，它同ＶＭＣ的通讯格式也是ＭＤＢ格式，只有当驱动板接收到ＶＭＣ的指令后，才会动作。驱动板驱动的对象是送料器，送料器转动推出货物，自由落下，在取物口处有一个出货机构和出货电机，电机转动把货物送到取物口，顾客便可以取出物品。由于有无货物是靠设定一个初始数值来知道的，所以在放好物品后，必须对照放好的物品个数来设定初始值。在驱动板上连有一个操作键盘，操作键盘可以对各个料道设定物品的初始值，送料器转动一圈，计数器减掉１，直到０为止，此时料道对应的按键“Ｘ”灯亮，表示没有货了，按键无效。驱动板在上电时有一个复位的过程，复位的过程主要是检查各层是否存在；是否能够正确的停在出货位置；机械手的上下电机，出货电机是否正常。当检测不到某一层时，在选货按键上点亮“Ｘ”灯，表示该层料道不能售卖，在机械手的正上方和正下方各有一个限位开关，当第一层或最末一层检测不到时机械手便会冲出，撞击限位开关机械手被强制停下。驱动板上还连有控制压缩机的温度传感器和化霜传感器，感温头是热敏电阻，当温度变化时电阻发生改变，驱动板得知后对压缩机进行开或关的操作，驱动板是通过继电器来控制压缩机的开停［３］图４系统结构框图间采用公众互联网（ＩＮＴＥＲＮＥＴ）。结构框图如图４，控制中心主要由网络服务器及显示器等组成。自动售货机的状态信息通过ＧＰＲＳ网传至ＧＰＲＳ网关，ＧＰＲＳ网关通过ＩＮ－ＴＥＲＮＥＴ以ＩＰ协议将这些信息发至控制中心的网络服务器。监控中心的控制信息亦通过此通信链路下达至受控自动售货机。售货机接口系统安装在自动售货机上，它主要由单片机系统和ＧＰＲＳ模块等组成，单片机通过ＭＤＢ协议获取售货机的状态信息，对数据进行编码后，通过ＧＰＲＳ模块以ＩＰ协议发送至控制中心。在单片机与ＧＰＲＳ模块之间是通过ＰＰＰ协议（点对点协议）进行通信的。单片机程序中嵌入了ＩＰ协议和ＰＰＰ协议简化内核。（２）无线通信接口模块功能分析及技术指标无线通信接口模块实现对自动售货机信息的收集处理和远程控制功能。信息的收集处理功能：本模块应能将售货机当前状况及过去的售货机信息存储并上传至管理中心。具体上传信息包括：售卖信息、故障信息、警报信息。控制中心可以对每台售货机进行以下控制：。驱动板连有出货电机，提供２４Ｖ的电压，在送料器送出商品时将商品送到取物口。驱动板上有给日光灯的电源，２２０Ｖ。在售货机中，有一整流部件，电流通过镇流器给日光灯供电。４网络通讯（１）系统整体方案设计自动售货机无线通信系统主要由三大部分组成：售货机通信接口部分（包括售货机接口板，单片机及ＧＰＲＳ模块）、ＧＰＲＳ通信网（包括ＧＰＲＳ基站控制器，移动交换中心，ＧＰＲＳ业务支持节点以及ＧＰＲＳ骨干网等）和控制中心部分。本系统中售货机接口系统与控制中心之间信息的发送与接收亦可分成两部分，在售货机通信接口部分与①长时间运转不停机，由控制中心强制其停机；②售货机营业起止时间（暂停营业）；③遇到恶劣天气，对其电源切断控制。主要实现以下技术指标：①实现基于ＧＰＲＳ网络的双向无线通信链路；②实现针对自动售货机的ＭＤＢ协议数据接口功能；③实现对状态信息和控制信息的存储转发功能。ＧＰＲＳ网关之间利用ＧＰＲＳ网，在ＧＰＲＳ网关与控制中心之工业自动化５小结机电工程技术!""#年第$%卷第&"期纪实［Ｊ］．中国商贸，２００２，工业出版社，２００１．（６）：４４－４９．以上为该自动售货机控制系统的结构模式以及各组成部分的功能特点。本控制系统使该售货机具有商品展示、货币识别、准确出货、自动找零、料道设定、销售统计、网络管理等功能。其结构简单，可靠性高，处理功能强大，成本低廉，实践应用证明能对整个自动售货机进行高效可靠的控制。参考文献：［１］王海鹰．小镇来了马戏团———广州金沙自动售货机市场推广［２］成大先．机械设计手册（第２卷）第３版［Ｍ］．北京：化学［３］尉迟斌．实用制冷与空调工程手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．第一作者简介：张曼，女，１９８０年生，河北保定人，硕士，助教。研究领域：机电过程控制。已发表论文４篇。（编辑：梁玉）（上接第３１页）使之与导轨贴合；添加与连杆的共轴约束，使之与连杆共轴（见图７）。（ａ）杆２受共轴、贴合、图７滑块约束尺寸三个约束（ｂ）杆３受两个共轴、一个贴合共三个约束③转盘将定位锚移动到旋转轴中心，对转盘添加绕轴的旋转运动。转盘的定轴转动作为主运动通过约束关系就可以自动传递给连杆和滑块，完成复杂运动的模拟。４窗户结构运动图８是窗户的运动机构的简略模型。这是一个四连杆一滑块机构，是更为复杂的运动机构。首先分析此机构。（ｃ）杆４受两个共轴约束（ｄ）滑块受共轴约束、贴合约束、尺寸约束共三个约束图９窗户机构添加的约束可完成此动画的模拟。５结束语