基于單片機(jī)的自動(dòng)售貨機(jī)模擬設(shè)計(jì)

劉志臣

摘 要：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在YL-236實(shí)驗(yàn)臺(tái)的硬件基礎(chǔ)上，以AT89C52芯片為核心，以鍵盤(pán)、傳感器為輸入系統(tǒng)，以數(shù)碼管、液晶顯示及步進(jìn)電機(jī)、物料搬運(yùn)裝置為輸出系統(tǒng)的模擬智能化控制系統(tǒng)。自動(dòng)售貨機(jī)由貨幣管理（識(shí)別接收）、貨物庫(kù)、貨物搬運(yùn)裝置、傳送裝置、狀態(tài)顯示等組件組成。本售貨機(jī)具有找零功能，并且可根據(jù)需要售出相應(yīng)的貨物。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)； 自動(dòng)售貨機(jī)； YL-236實(shí)驗(yàn)臺(tái)； 控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-3315（2014）03-146-002

1.方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)售貨機(jī)由貨幣管理（識(shí)別接收）、貨物庫(kù)、貨物搬運(yùn)裝置、傳送裝置、狀態(tài)顯示等組件組成。YL-236實(shí)驗(yàn)臺(tái)是近年亞龍公司研制的用于教學(xué)的單片機(jī)控制裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)，合理利用該實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬設(shè)計(jì)日常生活生產(chǎn)中的控制裝置，對(duì)于中職電類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)有十分重要的意義。研究該實(shí)驗(yàn)臺(tái)各模塊電路原理后，從實(shí)際出發(fā)，我作出如下設(shè)計(jì)：

1.1貨幣管理方案的選擇

硬幣識(shí)別接收用金屬傳感器配合智能物料搬運(yùn)裝置實(shí)現(xiàn)，金屬傳感器檢測(cè)到投幣后,硬幣由投幣口進(jìn)入到硬幣識(shí)別處（智能物料搬運(yùn)裝置工位一），如圖1-1。識(shí)別后由機(jī)械手接收存放并計(jì)算貨幣金額。

硬幣用黃球和白球代替,黃球代表1元,白球代表5角?！柏泿糯娣盘帯痹诓竭M(jìn)電機(jī)位置指針的2cm處（1元），3cm處（5角）。若取消購(gòu)買(mǎi)，則由傳送裝置將其送入出幣口（步進(jìn)電機(jī)位置指針的1cm處）。

圖1-1YL-G001型智能物料搬運(yùn)裝置 圖2-1系統(tǒng)框圖

78 9汽水

45 6咖啡

123茶飲

0 確認(rèn) 取消 查詢

圖1-2鍵盤(pán)示意圖圖2-2 選貨界面

1.2貨物管理方案的選擇

模擬貨物有三種：汽水、咖啡、茶飲。分別用黑球、白球、黃球代替，售價(jià)分別2.5元、4元、3.5元；每件商品對(duì)應(yīng)的滿貨量均為5件。

出貨時(shí),根據(jù)選定的飲料名稱(chēng)尋找相應(yīng)的位置，飲料由搬運(yùn)裝置送入交接口并進(jìn)入傳送帶，由傳送裝置將飲料送至“取貨品處”。飲料庫(kù)的位置由步進(jìn)電機(jī)的位置模擬，汽水、咖啡、茶飲分別在步進(jìn)電機(jī)位置指針的7cm、8cm、9cm處；取貨品處用步進(jìn)電機(jī)位置指針的15cm處代替。

1.3傳送裝置方案的選擇

整個(gè)系統(tǒng)的傳送裝置由步進(jìn)電機(jī)模擬。閘門(mén)電機(jī)由24V直流電機(jī)模擬。

1.4鍵盤(pán)方案的選擇

由于系統(tǒng)需要的功能鍵稍多，我在本系統(tǒng)中選擇了4×4矩陣按鍵如圖1，查詢鍵用來(lái)查詢售貨機(jī)內(nèi)貨品相關(guān)信息；其中“0”具有第二功能，代表光標(biāo)右移。

1.5顯示方案的選擇

由于系統(tǒng)需要計(jì)數(shù)和狀態(tài)查詢共同顯示，因此我選擇使用數(shù)碼管和12864液晶顯示屏。

1.6電源方案的選擇

本系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源模塊統(tǒng)一提供5V、12V、24V電源，并且鈕子開(kāi)關(guān)模擬控制總開(kāi)關(guān)，控制運(yùn)行機(jī)構(gòu)電源（24V）通斷。

1.7報(bào)警方案選擇

在售貨機(jī)出貨后和無(wú)貨時(shí)，我選擇用主機(jī)模塊的有源蜂鳴器做報(bào)警裝置。

2.系統(tǒng)框圖及工作過(guò)程

圖2-1給出了系統(tǒng)組成方框圖。系統(tǒng)工作過(guò)程：1）貨品選擇。按下貨品所對(duì)應(yīng)的按鍵，顯示對(duì)應(yīng)的貨品信息，以汽水為例進(jìn)行說(shuō)明：按下“汽水”鍵，LCD顯示如圖2-2，對(duì)應(yīng)數(shù)量“XX”反白顯示，按數(shù)字鍵輸入貨品數(shù)量，總價(jià)自動(dòng)更新，確認(rèn)后顯示“請(qǐng)投幣”，數(shù)碼管右側(cè)兩位開(kāi)始計(jì)時(shí)。

2）投幣。60秒內(nèi)未檢測(cè)到硬幣進(jìn)入，自動(dòng)取消購(gòu)買(mǎi)，返回初始狀態(tài)。若正常投幣確認(rèn)，數(shù)碼管重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，機(jī)械手進(jìn)入硬幣識(shí)別區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，并在液晶屏上更新顯示“共投入XX元”、“找零XX元”、“請(qǐng)確認(rèn)”。按下確認(rèn)鍵，機(jī)械手對(duì)貨幣進(jìn)行自動(dòng)分揀，存到相應(yīng)的“貨幣存放處”；若需要找零則開(kāi)始找零，若不需找零直接進(jìn)入出貨過(guò)程，若按下取消鍵，液晶屏顯示“請(qǐng)取回貨幣”，直接將硬幣送入出幣口。找零與存貨幣過(guò)程相反，先取貨幣，再送至出幣口。

3）若恰好本機(jī)無(wú)零錢(qián)，則液晶屏顯示“本機(jī)當(dāng)前無(wú)法找零”、“是否繼續(xù)”，確認(rèn)鍵繼續(xù)，取消鍵退回硬幣。

4）出貨過(guò)程：硬幣進(jìn)入“貨幣存放處”后，根據(jù)名稱(chēng)尋找對(duì)應(yīng)貨品存放處，打開(kāi)庫(kù)門(mén)電機(jī)，然后自動(dòng)抓取貨品，抓取完畢關(guān)庫(kù)門(mén)，貨物由傳送帶送至“取貨品處”時(shí)，蜂鳴器發(fā)出提示音提示取貨， 2秒后返回初始狀態(tài)。

5）在購(gòu)買(mǎi)飲料時(shí)，若該飲料已經(jīng)售完，蜂鳴器報(bào)警，居中顯示“XX已售完”，5秒后返回初始狀態(tài)。

6）售貨機(jī)不售貨時(shí)，60秒內(nèi)無(wú)任何操作，則進(jìn)入休眠狀態(tài)，按任意鍵喚醒

7）查詢功能：首先進(jìn)入密碼輸入界面圖2-3。此時(shí)需從鍵盤(pán)輸入六位數(shù)字的查詢密碼（初定為987654），若密碼正確，則進(jìn)入查詢界面，每種貨品后面顯示剩余貨品數(shù)，并在數(shù)碼管左側(cè)四位顯示貨幣箱內(nèi)總金額。否則返回初始狀態(tài)。

3.系統(tǒng)分立模塊設(shè)計(jì)及工作原理

3.1鍵盤(pán)模塊及原理

在本系統(tǒng)中輸入輸出設(shè)備較多，51單片機(jī)僅有32個(gè)I/O口已經(jīng)不能滿足功能需要。因此我設(shè)計(jì)使用8255擴(kuò)展芯片，由于PC口可以作為兩個(gè)4位口，矩陣鍵盤(pán)4行4列就可以分別通過(guò)8255擴(kuò)展芯片PC口高低4為接到單片機(jī)芯片I/O端口。單片機(jī)通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序判斷鍵值并且執(zhí)行相應(yīng)的子程序。

3.2貨幣管理設(shè)備及原理

因?yàn)楸狙b置上的直流電機(jī)工作電壓為24V，工作電流也比較大，單片機(jī)的工作電壓為5V,所以單片機(jī)不能直接對(duì)本裝置進(jìn)行控制，需要通過(guò)繼電器模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)接。另外，搬運(yùn)裝置中的傳感器信號(hào)也不能直接加到單片機(jī)I/O端口上，需要通過(guò)光耦模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.3貨物管理設(shè)備及原理

本設(shè)備中步進(jìn)電機(jī)采用兩相永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，并且?guī)в蠸J-230M2驅(qū)動(dòng)器，因此只要由單片機(jī)輸出三路信號(hào)就可以控制它，并且在本系統(tǒng)模擬中精度足夠好。直流電機(jī)也需要通過(guò)繼電器來(lái)控制，因此必須由單片機(jī)端口引出控制信號(hào)。

3.4顯示設(shè)備及原理

TG12864液晶模塊是一款內(nèi)部沒(méi)有字庫(kù)的模塊，因此在編程時(shí)需要注意提取字模。數(shù)碼管和液晶模塊的數(shù)據(jù)線可以與8255分時(shí)復(fù)用P0口，采用總線寫(xiě)法編程。

4.系統(tǒng)工作流程簡(jiǎn)圖

編程軟件是利用Keilc、萬(wàn)利仿真器配套軟件Medwin3.0。編程語(yǔ)言選用C51，C51既可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，又以函數(shù)形式提供給用戶的，可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。主程序設(shè)計(jì)主要采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，流程簡(jiǎn)圖如圖4。

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圖4系統(tǒng)工作流程簡(jiǎn)圖

5.總結(jié)

為了保證本模擬系統(tǒng)符合要求，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)檢測(cè)和調(diào)試。對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試可分為幾個(gè)部分，首先檢查硬件電路的連接并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試、對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行調(diào)試、對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的故障進(jìn)行全面的分析和處理，確保系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。YL-236設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)中各個(gè)模塊相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，易于排除故障，具有良好的可靠性。

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