基于虛擬儀器技術(shù)labview的自動(dòng)飲料機(jī)的設(shè)計(jì)

吳義滿

（鹽城衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 鹽城 224001）

自動(dòng)飲料機(jī)在日常生活中常見(jiàn)，比如戶外、商場(chǎng)、公交、地鐵等處常見(jiàn)的自動(dòng)飲料機(jī)。自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有許多種，例如可用中小規(guī)模集成電路組成自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，也可以利用專用的芯片配以所需要的外圍電路組成特定功能自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，還可以利用數(shù)字電路、FPGA、PLC、單片機(jī)和ARM來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飲料機(jī)等等[1-5]。

而利用虛擬儀器技術(shù)labview設(shè)計(jì)的自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，可以用來(lái)模擬真實(shí)的自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)而進(jìn)行工作。使用虛擬儀器技術(shù)，工程師可以利用圖形化開(kāi)發(fā)軟件labview方便、高效的創(chuàng)建完全自定義的解決方案，以滿足靈活多變的需求趨勢(shì)。

該論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)是充分利用虛擬儀器labview技術(shù)獨(dú)特而強(qiáng)大的狀態(tài)機(jī)技術(shù)而完成的，省去傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言繁瑣，且能做到更新維護(hù)非常方便。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 實(shí)現(xiàn)的功能

主要功能是：自動(dòng)飲料機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)：一是投錢(qián)，二是出貨，三是找零。

1.2 設(shè)計(jì)思路

圖1 工作流程Fig.1 Work procedure

圖1 中直觀的表現(xiàn)了可樂(lè)機(jī)投入不同金額硬幣時(shí)的情況以及各個(gè)處理步驟的各個(gè)狀態(tài)和它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)投入硬幣的不同面值，對(duì)總金額進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)各種操作進(jìn)行響應(yīng)以完成一次購(gòu)買(mǎi)。

2 程序的設(shè)計(jì)

Labview編程最大的特色圖形化的編程語(yǔ)言，外加十分豐富的函數(shù)庫(kù)，使程序設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單和直觀。該自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)就是充分利用labview豐富的函數(shù)庫(kù)里一些特殊的函數(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，以及利用labview中狀態(tài)機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)整體編程思路。

2.1 狀態(tài)機(jī)模式圖

圖2是Labview中的狀態(tài)機(jī)的經(jīng)典模式圖

圖2 Labview中的狀態(tài)機(jī)Fig.2 State machine of labview

2.2 整體程序框圖設(shè)計(jì)

圖3 用的就是Labview中的狀態(tài)機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)，最外層用的就是while循環(huán)，里層是條件結(jié)構(gòu)，只不多是多分支的條件結(jié)構(gòu)。第三個(gè)部分是移位寄存器，把指令傳輸?shù)较乱粋€(gè)循環(huán)狀態(tài)判斷中。另外，在圖3所示的狀態(tài)中，提供了初始狀態(tài)，每一狀態(tài)的執(zhí)行步驟及其切換到下一個(gè)狀態(tài)代碼等等。

2.3 自動(dòng)飲料機(jī)界面的設(shè)計(jì)

圖4所示的狀態(tài)是自動(dòng)飲料機(jī)前面板正在運(yùn)行的狀態(tài)的界面。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)labview設(shè)計(jì)自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，有自己獨(dú)特的技術(shù)特色。

2.4.1 狀態(tài)機(jī)的使用

圖3 整體程序框圖Fig.3 The whole program layout

圖4 自動(dòng)飲料機(jī)界面Fig.4 The interface of automatic drink machines

經(jīng)典的狀態(tài)機(jī)模式融合了while循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)和移位寄存器，使原本復(fù)雜的圖1工作流程圖編程變得思路清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中條件結(jié)構(gòu)是多分支的條件機(jī)構(gòu)，移位寄存器是用的是兩個(gè)移位寄存器，一個(gè)是實(shí)行狀態(tài)指令的向下一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，另一個(gè)是累計(jì)投幣的金額，以判斷工作狀態(tài)。

2.4.2 轉(zhuǎn)換數(shù)組轉(zhuǎn)換

條件結(jié)構(gòu)雖然能解決多狀態(tài)的選擇的問(wèn)題，但從結(jié)構(gòu)上來(lái)看不太直觀，管理不夠方便?？梢园阉写x擇的狀態(tài)放入數(shù)組中，通過(guò)判斷子VI輸出不同的索引值，直接從數(shù)組中索引出下一個(gè)狀態(tài)到移位寄存器。如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)換數(shù)組Fig.5 An array of conversion

此外，該自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)還用了不少其它功能函數(shù)。從而使編程變得非常簡(jiǎn)潔。

2.5 運(yùn)行結(jié)果分析

運(yùn)行結(jié)果分析：實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)的三大功能——投幣、出貨和找零，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。此外，該系統(tǒng)雖然只提供了一種飲料，要是想多幾種飲料且價(jià)格各不相同作選擇，只需要增加一個(gè)子VI用來(lái)選擇不同的飲料。

3 結(jié) 論

運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)labview[8-9]中的狀態(tài)機(jī)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，思路清晰，編程、調(diào)試和增加功能十分簡(jiǎn)單，非常適合大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，以及為相關(guān)的企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)自助設(shè)備提供參考。

該文設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)用狀態(tài)機(jī)技術(shù)的另一大好處，在于狀態(tài)機(jī)技術(shù)相比其它的技術(shù)，維護(hù)自動(dòng)更新或增加功能更加方便簡(jiǎn)潔。

該文只不過(guò)是典型狀態(tài)機(jī)技術(shù)的一個(gè)經(jīng)典應(yīng)用，其實(shí)labview中的狀態(tài)機(jī)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛[6-7]。自動(dòng)售票器、自動(dòng)取款機(jī)等都可以運(yùn)用狀態(tài)機(jī)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。

故該系統(tǒng)的研制不管是對(duì)學(xué)習(xí)或儀器研發(fā)，還是實(shí)際應(yīng)用，具有一定的實(shí)際意義和理論價(jià)值。

[1]楊軼霞.PLC與計(jì)算機(jī)在自動(dòng)售飲料機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，28（1）:59-61.YANG Yi-xia.Application of PLC and computer in the automatic machine of sale drink control system[J].Journal of Xinxiang University：Natural Science Edition，2011，28 （1）:59-61.

[2]胡如龍.基于AVR單片機(jī)的全自動(dòng)熱飲機(jī)控制器的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2008（8）:1110-1112.HU Ru-long.Design of the automatic machine of sale drink controller based on AVR computer[J].Computer Measurement&Control，2008（8）:1110-1112.

[3]鄧娜娜，王鵬，楊子姜.基于ARM的自動(dòng)售貨機(jī)主控制器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].計(jì)算機(jī)軟件與應(yīng)用，2012（5）：260-261.DENG Na-na，WANG Peng，YANG Zi-jiang.Designing and developing ARM-based main controllerfor automated vending machine[J].Computer Applications and Software，2012（5）：260-261.

[4]周澤鵬.基于ARM的自動(dòng)售貨機(jī)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009.

[5]張建龍.一種新型自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)研發(fā)[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2009.

[6]余淑慧.利用LabVIEW狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的通用化[J].機(jī)械，2012（2）:21-22.YU Shu-hui.Achieve the universal of read program by using LabVIEW state machine structure[J].Machinery，2012（2）:21-22.

[7]徐立翔.LabVIEW狀態(tài)機(jī)的研究及在運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2012.

[8]雷剛，許勇.基于LabVIEW的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（14）:140-142.LEI Gang，XU Yong.Engine data acquisition system based on LabVIEW[J].Modern Electronics Technique，2012（14）:140-142.

[9]姚麗,劉東東.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子科技，2012（5）:79-81.YAO Li，LIU Dong-dong.Design of the data acquisition and signal processing system based on LabVIEW[J].Electronic Science and Technology，2012（5）:79-81.