【《自动饮料售货机的硬件系统和软件系统设计案例》4700字】

自动饮料售货机的硬件系统和软件系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22909自动饮料售货机的硬件系统和软件系统设计案例 117354第1章自动售货机的硬件系统 1292691.1控制要求 127711.2红外光电传感器 3203951.3电涡流传感器 597551.4数码管显示 510471.424V直流电机 655471.5纸币识别器原理 7122921.6硬币识别器原理 9160401.7I/O地址分配表 10227531.8外部接线图 1223092第2章自动售货机的软件系统 13161132.1设计思路 1332132.2状态流程图 13200822.3控制程序功能说明 14281652.3.1钱币计数和清零程序 14284732.3.2启动停止辅助继电器 14237432.3.3投币功能 15199612.3.4余额显示 15259462.3.5选择饮料类别 15216932.3.6饮料的排出 17168792.3.7找钱 17第1章自动售货机的硬件系统1.1控制要求根据自动饮料售货机的控制要求，画出硬件系统的控制原理框图：图4-1硬件系统的控制原理框图1、投币检测状态：自动售货机的初始化装态，如果没有投入纸币或硬币则一直处于投币检测装态，直到投入钱币后各硬件才会进入下一步动作；2、硬币识别器：投入的纸币或钱币经过钱币识别器鉴定真伪，如果是假币、有缺损的硬币会直接通过投币口直接退回；只有鉴定是真币后，钱币才能通过后方的传感器。纸币通过后方的红外线传感器，硬币则会通过电涡流传感器，传感器检测到货币通过后会向PLC发出对应信号，PLC进行累加计算；3、PLC:PLC接受到信号后，会对货架上的传感器进行检测，如果货架上没有某一类饮料，则对应商品的指示灯会熄灭，表示用户不能够购买此类饮料，顾客可以购买其他种类的饮料或直接选择退币；只有货架上有商品时，对应饮料的指示灯才会亮起，表示该类饮料能够购买；4、直流出货电机：顾客选择购买饮料后，对饮货架上的24V直流电机会开始工作，将饮料推出货架，送入到取货口中；5、直流找零电机：如果购买完毕后还有余额，顾客按下找零按钮后，找零电机开始工作，对当前余额进行找零和清除，找零时，如果金额≥5元，则会优先找零5元面值的纸币，再补足剩余金额的硬币；6、结束：找零过程正常结束后，控制系统的硬件又恢复到初始化状态，等待下一次投币后，才会继续工作。根据饮料自动售货机的硬件系统控制原理框图，可以确定PLC输入端口部分的硬件功能有：商品选择按钮、缺货感应传感器、纸币硬币感应和识别。从PLC端口输出的是退币动作电机、出货电机和指示灯。下图是自动饮料售货机控制系统的硬件输入输出功能框图：图4-2硬件输入输出功能框图1.2红外光电传感器光电传感器位于纸币识别器之后，对纸币识别器鉴别出的真币进行计数。还可以选用超声波传感器进行技术，但成本上可能需要更多。红外线传感器是由红外发射器、红外接收器两部分组成。光源可以使用普通的白炽灯作为光源，也可使用红外发射器，但白炽灯造价便宜，在本设计中已完全够用；当然也可以选择，白炽灯工作时，灯丝的温度会急剧上升，此时的灯泡周围能产生一个较强的红外辐射场，灯泡就产生了我们肉眼能够看到的可见光和看不到的红外光。下图是红外发射器和接收器结构图：图4-3红外发收器结构图默认情况下没有障碍物在发射器和接收器中间时，红外线能够直接照射到光敏二极管VD1，光敏二极管因此导通，因此三极管VT1导通，VT2截止，因为VT2此时处于截止状态，所以位于VT2集电极上的继电器K并不会工作，输出一个低电平，因此PLC不会接受到信号。当有纸币或硬币通过发射器和接收器之间的间隙时，光敏二极管VD1所受到的红外线减弱，VD1截止，此时VT1进入截止状态，而VT2进入导通状态，继电器K工作，输出高电平，红外光电传感器发出的信号通过PLC的X5输入端口进行接收。图4-4红外光点传感器与PLC的连接方式1.3电涡流传感器电涡流传感器是用来专门检测金属物体的一种传感器，能够准确测量被测金属物体和传感器探头之间静态和动态的相对位移变化。我国生产的的人民币硬币不同面值材料、大小、厚度均有区别，在本设计中，可以以此识别硬币[10]。下图是一般电涡流传感器和PLC的连接方式：图4-5电涡流传感器与PLC的连接1.4数码管显示数码管的一种是半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和其基本单元是发光二极管。数码管是由数个发光二极管通过不同横纵排列方式所构成的发光器件，类似一个数字“8”；用数码管进行显示输出时，需要根据每一个字段上面的字母和其对应的引脚通入直流电，总共分为共阴极和共阳极两类，根据结构的不同，输入的电平也不同。下图是数码管的外形和结构图：图4-6数码管外形和结构图用七段数码管作为显示器件，则需要适用SEGD指令来执行输出显示。指令SEGD将规定元件中存放的低4位中的十六进制数据，译码后输出给七段数码管作为显示[11]。[S]指定的元件的低4位中的十六进制数经译码后驱动7段显示器，译码信号存于[D]指定的元件中，[D]的高8位不变。下图是SEGD显示指令的格式：图4-7数码管显示指令数码管通过PLC的Y20~Y26进行输出，所选用数码管为共阳极数码管，限流电阻R视具体数码管的参数而定，限流电阻的计算公式为：R=图4-8数码管与PLC的连接1.424V直流电机选用24V直流电机来进行出货、退款动作的动力源。当进行出货时，可编程控制器发出信号，直流电机运行，按照设定好的方式将商品送至出口；当进行退币操作时，可编程控制器发出信号。直流电机按照预先设置的方式，退出货币。矿泉水、绿茶、奶茶的出货口电机分别接入PLC的Y0、Y1、Y2口，找钱电机则接的是Y3口，所有电机连接方式均一致，只是接到PLC的输出接口不同。下图是24V直流电机图和PLC的连接方法：图4-524V直流电机图4-9直流电机和PLC的连接1.5纸币识别器原理人民币的制造和发行都是由国家严格管控，所以真币无论是尺寸还是各种防伪特性都是具备的，纸币识别器可以用这些特性来鉴别人民币的真伪。纸币识别器大部分是由单片机（MCU）作为控制原件，单片机造价便宜，功能强大，十分适用于弱电电子类的控制系统。一般纸币识别器的电路组成部分则可以分为主控部分、传感器部分、模拟量/数字量（A/D）转换器部分、外部存储器部分、驱动电机部分、电源等组成。一般的硬币识别器由入币、识别、压币、钱箱、支架等硬件部分组成，这也是普通纸币识别器的工作顺序[12]。下图便是纸币识别器的硬件组成部分：图4-10纸币识别器硬件结构图在投入纸币时，纸币识别器入币部分的驱动电机带动人民币转动，进入识别区域。在识别区域，传感器开始工作，根据人民币的防伪特性进行荧光、磁性、红外穿透、激光等检测，将检测到的各项参数送到单片机中，单片机调用外部存储器中真币的各项参数进行对比，如果参数出现较大差异则鉴定为假币，此时单片机发出指令，控制驱动电机反转，退出假币。若鉴定为真币，单片机则会控制驱动电机进一步转动，经过光电传感器对可编程控制器发出投币信号，最后电机会将纸币送入到后续的压钱部分和钱箱中。纸币识别流程如下：图4-11纸币识别流程图1.6硬币识别器原理人民币硬币由国家统一制造发行，它的尺寸、厚度、形状和材质等参数都有明确规定。而且不同面额的人民币硬币，都有自身一套完整的参数规定，可以用人民币硬币的这些特性，进行硬币识别。相较于人民币纸币识别的复杂性，人民币硬币的识别最常用的是电涡流识别方法[13]。当不同硬币通过电涡流传感器时，因为不同硬币的物理参数的也不相同，所以能够改变电涡流传感器线圈的电子参数，最终改变电涡流传感的等效阻抗。将以上电路与通过A/D转换与单片机相连，就能够组成自动人民币硬币自动识别系统。当硬币投入时，改变电涡流传感器的等效阻抗参数[14]，再经A/D转换输入到单片机中，单片机与真币的参数进行对比，如果参数相差较大，则鉴定为假币，排出硬币。若鉴定为真币，则向可编程控制器发出信号，并且将硬币存入钱箱[15]。图4-12单片机硬币识别流程1.7I/O地址分配表根据功能和控制情况，自动售货机可编程控制器的I/O地址分配表如下表所示：名称代号I/O口复位SQ1X0壹元感应SQ2X1伍元感应SQ3X5启动SB1X2停止按钮SB2X3矿泉水选择SB3X11绿茶选择SB4X12续表4-1名称代号I/O口奶茶选择SB5X13退币按钮SB6X14矿泉水指示HL1Y4绿茶指示HL2Y5奶茶指示HL3Y6矿泉水出货KM1Y0绿茶出货KM2Y1奶茶出货KM3Y2找钱驱动电机KM4Y3找钱指示HL4Y7报警指示HL5Y10七段数码管HL6~HL12Y020~Y026表4-1自动售货机的I/O地址分配表

1.8外部接线图自动售货机外部接线图如下图所示：图1.13自动售货机的外部接线图第2章自动售货机的软件系统2.1设计思路（1）自动售饮料机可同时投入壹元的硬币或是伍元纸币。（2）七段数码管会显示投币的总金额。（3）每个商品都有一个对应的指示灯，表示商品的可购买状态。只有当投入的钱币金额大于等于该商品的售价时，该商品的指示灯才会亮起，表示该商品能够购买。（4）当矿泉水的指示灯亮起时，按矿泉水按钮，则送出一瓶矿泉水到取货口。（5）当绿茶的指示灯亮起时，按绿茶按钮，则送出一瓶绿茶到取货口。（6）当奶茶的指示灯亮起时，按奶茶按钮，则送出一瓶奶茶到取货口。（7）若投入的硬币金额大于等于所购商品的价格（矿泉水三元，绿茶四元，奶茶五元），找零指示灯亮，此时按下退币按钮，则退出所显示的钱。2.2状态流程图可以根据平时使用自动售货机的操作过程，总结出自动售货机的控制程序的流程。在投入钱币后，首先进行的是投币计数和累加，累加的结果输出为当前金额，将这个金额和商品的价格进行比较，如果金额足够则指示灯亮起表示可以购买该商品。例如在本设计中，如果当前金额大于等于3，则表明能够购买矿泉水。当顾客选择能够购买的商品时，程序需要在当前金额中减去对应的金额，刷新为最新的金额，此时顾客选择退币操作，退币程序运行，最终将当前余额清零。下图是本设计中，自动售货机软件流程图：图5-1自动售货机控制流程图2.3控制程序功能说明2.3.1钱币计数和清零程序啊图5-2货币的计数与清零梯形图2.3.2启动停止辅助继电器X2启动按钮，按下X2后辅助继电器M2痛电，M2常开触点闭合，此时构成自锁功能，系统保持运行。X3停止按钮，按下X3后辅助继电器M2断电，此时已经闭合的M2常开触点断开，系统停止运行。图5-3售货机启停辅助继电器梯形图2.3.3投币功能当自动售货机保持在运行状态时，当硬币槽X001和X005从OFF变为ON时，每个硬币槽计数器D1的值自动增加1。图5-4投入币值梯形图2.3.4余额显示当自动售货机保持在运行状态时，将输入的货币值与数值5进行比较，并将D1的值发送到接在Y20〜Y26口的七段数码管进行显示，投币总金额不足三元时，报警灯亮。图5-5余额显示梯形图2.3.5选择饮料类别在该程序中，将硬币的总金额与矿泉水的价格为三元进行比较，如果确定大于或等于三，则打开M3或M4，确定矿泉水已排出，并且矿泉水指示灯亮。将投入的总硬币与绿茶的价格四元进行比较，如果确定大于或等于四，则打开M10或M11，确定绿茶已排出，绿茶指示灯亮。上。将硬币的总金额与奶茶的价格五元进行比较，如果确定大于或等于五，则打开M13或M14，确定正在排放奶茶，并且奶茶指示灯亮开启。图5-6选择饮料的梯形图2.3.6饮料的排出在程序中，按下矿泉水选择按钮，其指示灯点亮，没有互锁，计时器也没有溢出，将M16设置为1，经过5秒钟的延迟后，矿泉水指示灯闪烁，并释放了矿泉水。按下绿茶选择按钮，其指示灯点亮，没有互锁，计时器也没有溢出，将M设置为17，在5秒钟的延迟后，绿茶指示灯闪烁，并排出绿茶。按下奶茶选择按钮，其指示灯点亮，没有互锁，计时器也没有溢出，将M18设置为1，经过5秒钟的延迟后，奶茶指示灯闪烁，并排出奶茶。其梯形图如图1.7所示：图2.7饮料排出的梯形图2.3.7找钱在程