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1、1第第 1 1 章章 自自动动售售货货机机的的系系统统结结构构1 1. .1 1 自自动动售售货货机机的的总总体体系系统统结结构构自动售货机是集光、机、电一体化的独立机构，它只需要顾客投币和按购物键选择即可自动售货及退找零钱，其工作程序如下图1.1 1售货机的工作原理是：（1） 从投币口送入货币，然后通过传感器采集数据、识别器判断货币的真伪并判别面值。（2）识别器把信息数据传给通信模块。（3）通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已经售完，并等待顾客按键选择商品。（4）顾客选择商品后，售货机自动把商品送出，等待顾客取走。（5）显示余额
2、，如果金额足够多，顾客可以选择找币或者继续买商品；如果款额不够，售货机经过延时予以退币。退币分为两种情况：一种是由货币识别器完成退纸币，另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。（6）系统复零，完成售货。自动售货机的硬件原理构成如下图1.2 所示2综合所述，售货机系统可以分为三部分组成，即自动售货机的控制子系统、通讯子系统、硬币器子系统以及纸币器子系统。其中控制子系统是本设计研究重点。1 1. .2 2 自自动动售售货货过过程程的的控控制制子子系系统统简简述述 控制子系统由以下四个部分组成，分别是预设自动售货机系统、金额累计、可售指示和退币系统、售完检测系统、售出累计及自测功能系统。1 1. .2
3、2. .1 1 预设自动售货机系统 自动售货机售出的同类商品可分为若干品种，其售前设定价格须预先寄存在控制系统内。售货机的价格设置由按键和存储器组成。通过按键选择被设价商品的种类及价格，并将价格写入存储器中，该存储器本身具有掉电保护功能，属于软件设置方式。此外，在简易售货机中，由于出售商品的种类少，价格变化下，使用币种单一，也可以用硬件设置价格，才用拨码开关对应方式，结构简单，操作方便。1 1. .2 2. .2 2 金额累计、可售指示和退币系统 控制系统的核心 CPU 对识币、退币、无货检验及购货信号进行循环检查，当有识币信号后，将金额数值送入金额累计存储器中进行累计，并通过串行接口使可售指
4、示灯亮，提示购货。此时可以按下购货按钮，由于CPU 检测到有购货信号后，如金额累计器中的数值与预设价格相等，则通过并行扩展接口驱动电磁阀或者微电机驱动出商品，并将金额累计存储器清零，完成一次售货过程，如累计金额3大于预设价格时，驱动商品后，相减差额由信号驱动退币，实现退币和找钱功能。1 1. .2 2. .3 3 售完检测系统 在自动售货机商品存储存道下方按照有接触行程开关，当存储存道有商品时，压下行程开关，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU 发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到
5、该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。1 1. .2 2. .4 4 自动售货机售出累计及自测功能系统 该机 CPU 在每次售出商品后，向售出累计存储器中累计售出数据，通过自动售货机内部的按键可在金额显示窗口中读到累计结果。此外，在按下自测功能键后，出现自测功能信号，由外部按键操作，可检测各商品存储道的驱动商品功能。1 1. .3 3 自自动动售售货货过过程程的的通通讯讯子子系系统统简简述述自动售货系统的外围设备较为复杂，导致对主控制器的要求越来越高。为了简化设计，采用简单、稳定的内部通讯总线协议非常必要。有些公司采用欧洲售货机制造协会（ EVMMA）制定的
6、MDB/ICP 总线协议。该协议简洁明了，功能强大，可扩展性强并且对外挂设备数目没有限制，是理想的自动售卖系统内部总线协议。MDB/ICP 协议是欧洲售货机制造协会制定的一套用于协调自动售货机的主控制器（ MMC）与多个设外之间通讯的协议。MDB 接口实际上是工作于波特率9600 的主从型串行总线接口，所以外围设备（例如硬币器、纸币器等）均为主控制器（传统上称为售货机控制器VMP）的从机。所有外围设备与主控制器之间的通讯方式都一致。MDB 协议的串行位格式为： 1 个起始位， 8 个数据位， 1 个方式位和 1个停止位，共 11 位。其中方式位根据传递的方式的不同置0 或置 1。在MDB 总线
7、上， VMC 通过广播方式向外发送命令。第一字节为地址字节（实际上只有高 5 位寻址信息，低 3 位为对外设的指令），该字节被所有的外设读取，但只有符号地址字节所指定的外设才处理其后的数据字节，并做出反4应。在 VMC 到外设的数据中，地址字节的方式位被置1，数据字节的方式位被置 0，外设通过检验接受到的方式位确定是地址指令还是数据。当数据从外设发送到主机时，最后送出的字节方式位被置1，标志着数据发送完毕。VMC 向外设发送的指令由一个字节、一些可选的数据字节一个校验和字节构成。发送指令后，外设应答VMC 的通信块可以由一个数据块和一个字节组成，或者一个应答字节，或者一个无应答字节。如果外设应
8、答数据块的话，VMC 将通过一个应答字节、无应答字节或重发字节应答外设传回的数据。1.41.4 自动售货机的功能框图自动售货机的功能框图智能自动售货机的功能框图，如图 1.3 所示，该框完整的表现出智能自动售货机的每一个功能模块，有储存货物模块的制作与设计，其中包括了储存箱体、物品支架、推进系统、检空装置以及报警系统，和出货模块与外观的设计以及控制核心的编程与设计。5图 1.3 智能自动售货机的功能框图第第二二章章 自自动动售售货货机机系统硬件装置方案的设计系统硬件装置方案的设计储 存 货 物投 币出 货储存箱 体 物品支 架 推进系 统硬币存储箱检测识别硬币自动累 加 自动返 还投 入存 储
9、硬币找 零 假币返 还选 择 装 置显示装 置选择按 钮出货 口 出货 箱显示币 值显示余 额检空装 置 报警系 统统 4 统外 观自主设 计 广告植 入步进装 置自 动 售 货控 制 核 心供 电 系 统6系统硬件装置方案的设计包括储存货物模块中的检空装置、推进装置和报警装置的设计。2.1.1 检空装置检空装置2.1.1 方案一：安装接触行程开关售完检测系统，在自动售货机商品存储存道下方安装有接触行程开关，当存储存道有商品时，压下行程开关，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向 CPU 发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮
10、，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。2.1.2 方案二：红外线对射在自动售货机内最后一个商品的两侧，放置红外线。当有商品时，商品挡住红外线使其无法对射，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，红外线对射，向 CPU 发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。2.1.3 方案三：眼观法售货机的正面橱窗采用有机板窗，机玻璃板有极佳透明度：无色透明有机玻璃板材，透光率达 92%以
11、上，有优良的耐候性：对自然环境适应性很强，即使长时间在日光照射、风吹雨淋也不会使其性能发生改变，抗老化性能好，在室外也能安心使用。加工性能良好：既适合机械加工又易热成型，压克力板可以染色，表面可以喷漆、丝印或真空镀膜。优异的综合性能：压克力板品种繁多、色彩丰富，并具有极其优异的综合性能，为设计者提供了多样化的选择，压克力板可以染色，表面可以喷漆、丝印或真空镀膜。无毒，即使与人长期接触也无害，还有燃烧时产生的气体不产生有毒气体。 自动售货机前体的透明有机板窗相当于商店橱窗或者柜台，商品展示、明码标价以及商品有无都可以清7晰明了的展示出来，无论是对管理人员还是消费者都是简洁方便的，如图 2.1所示
12、。图 2.1 自动售货机正面橱窗2.1.4 检空装置方案选择三种方案放在一起比较，综合考虑，选用方案三作为检空装置。既一目了然，又在设计的过程中简单方便。2.22.2 推进装置推进装置2.2.1 方案一：步进电机推进采用步进电动机控制，步进电动机的精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控制系统定位准确，稳定时间短，采用单片机控制步进电动机，控制信号为熟悉信号，不再需要数/模转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时，控制起来也十分方便，很容易构成数字位置控制系统。但步进电动机的控制系统相对复杂，价格比直流电动机高。本设计是由单片机直接控制，步
13、进电机可以直接接受的数字信号不需要数/模转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时控制起来方便，在销售移动距离较小的商品的时候不会产生误差。步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电数模（D/A）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常用步进电机作为驱动元器件。步进电机的控制电路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机8作相应的转动。很明显脉冲的总数决定了移动量，指令的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲可否被可靠的执行，基本上取决于步进电机的性能。三相步进电机结构图，如图 2.2 所示。图 2.2 三相步进电机结构示意图步进电
14、机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是单极性的直流电源。要使步进电机转动，就必须对步进电机的定子的各项绕组以适当的时序进行通电。步进电机的步进过程表示为，其定子的每相都有一对磁极，每个磁极都只有一个齿，即磁极本身，故三相步进电机有三对磁极一共是6 个齿；其转子有 4 个齿，分别称为 0.1.2.3 齿直流电源 U 通过开关 A，B，C，分别对步进电机的 A，B，C，相绕组通电。初始状态时，开关 A 接通，则 A 相磁极和转子的 0，2 号齿对齐，同时转子的 1，3 号齿和 B，C 相磁极形成错齿状态。当开关 A 断开，B 接通，由于 B 相绕组和转子的 1，3 号齿之间的磁力
15、线作用，使得转子的 1，3 号齿和 B 相磁极对齐，则转子的 0，2 号齿就和 A，C 相绕组形成错齿状态。此后，开关的 B 断开，C 接通，由于 C 相绕组和转子的 0，2之间的磁力线的作用，使得转子 0，2 号齿和 C 相磁极相对齐，这时转子的1，3 号齿和 A，B 相绕组磁极产生错齿。当开关 C 断开，A 接通后，由于 A相绕组磁极和转子 1，3 号之间的磁力线的专用使转子 1，3 号齿和 A 相绕组磁极对齐，这时转子的 0，2 号齿和 B，C 相绕组磁极产生错齿。很明显，这时转子转动了一个齿距角。如果对一相绕组的操作称为一拍，那么对 A，B，C 三相绕组的轮流通电需要三拍。对 A，B，
16、C，三相轮流通电一次成为一个周期。从9上面分析看出，该三相步进电机转子转动一个齿距需要三拍操作。由于按 ABCA 相轮流通电，则磁场沿 A，B，C 方向转动了 360 度空间角，而这时转子沿 ABC 方向转动了一个齿距的位置。在图 2.2 中，转子的齿数为 4，故齿距角为 90 度，转动了一个齿距就是转动了 90 度本次设计采用的是三相步进电机型号是 36BF003（属于三相步进电机） ，工作电压的标称值是 27V，相电流的标称值是 1.5A，保持转矩是 78Mn.m（豪牛顿。米） ，步距角为 1.5 度/3 度。36bf003 矩频特性，如图 2.3 所示。图 2.3 36bf003 矩频特性步进电机与单片机接口，如图 2.4 所示。8051PA0 PA1 PA2PA0 PB2PB0 PB1驱动电路驱动电路X 轴步进电机Y 轴步进电机选定由 PA 口的 PA0，PA1，PA2，控制 x 轴的三相步进电机， PB0，PB1，PB2 通过驱动电路控制 y 轴三相步进电机，并假设数据输出为“1”时，相应的绕组通电;当“0”时，相应的绕组断电。使用集成
