基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型智能冰淇淋機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧承武,張振華,王向杰

(1黃石東貝制冷有限公司,湖北 黃石 435000；2湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃石 435003 )

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型智能冰淇淋機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧承武1,張振華1,王向杰2*

(1黃石東貝制冷有限公司,湖北 黃石 435000；2湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃石 435003 )

為了適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”大環(huán)境下產(chǎn)品智能化的現(xiàn)實(shí)需求，設(shè)計(jì)了一款采用PLC控制的新型智能冰淇淋機(jī)。該智能冰淇淋機(jī)具備互聯(lián)網(wǎng)控制下設(shè)備管理、自動(dòng)售賣(mài)功能，同時(shí)考慮顧客興趣愛(ài)好和口味差異特性，滿足顧客DIY加工個(gè)性化產(chǎn)品體驗(yàn)，并支持現(xiàn)金和無(wú)現(xiàn)金支付方式。

智能;模塊化;冰淇凌機(jī);PLC控制

0 引言

冰淇淋是深受大眾喜愛(ài)的食品之一，隨著國(guó)內(nèi)居民收入增長(zhǎng)及消費(fèi)習(xí)慣的改變，軟冰淇淋從防暑降溫食品逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)尚休閑類(lèi)冷飲食品，深受年輕群體的追捧[1]。資料表明，近幾年冰淇淋的市場(chǎng)需求正逐年增大，未來(lái)預(yù)期規(guī)?？蛇_(dá)千億元人民幣以上。同時(shí)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的智能銷(xiāo)售正迅速發(fā)展成為一種新的銷(xiāo)售手段，在很多行業(yè)已經(jīng)實(shí)施并為顧客所接受[2]。冰淇淋機(jī)+互聯(lián)網(wǎng)模式能夠較好地完善冰淇淋機(jī)的智能性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制下設(shè)備監(jiān)控、店鋪管理、自動(dòng)售賣(mài)，增加顧客的DIY體驗(yàn)，消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)商品的同時(shí)感受人機(jī)互動(dòng)性和趣味性[3-5]。在支付方式上，支持現(xiàn)金、支付寶、微信支付等不同支付方式，滿足不同消費(fèi)者的體驗(yàn)，這將是冰淇淋機(jī)近幾年主要發(fā)展方向之一，相關(guān)理論和技術(shù)問(wèn)題值得深入研究。

1 硬件模塊

1.1整體方案

為方便安裝及維護(hù)，智能冰淇淋機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)方案，其主要由三大模塊構(gòu)成：硬件模塊、人機(jī)交互界面模塊和智能手機(jī)APP模塊。

智能冰淇淋機(jī)硬件模塊構(gòu)成如圖1所示，主要包括3部分：箱體模塊、冰淇淋機(jī)模塊和自動(dòng)售賣(mài)模塊。

圖1 智能冰淇淋機(jī)硬件模塊構(gòu)成

1.2箱體模塊

箱體模塊如圖2所示。外觀設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)照顧兒童和年輕人的感受，傾向卡通、活潑風(fēng)格。操作界面大小適中，取杯位置高度適中。另外，機(jī)器設(shè)計(jì)有大屏廣告窗口，實(shí)現(xiàn)廣告投放，同時(shí)還要考慮機(jī)器外圍尺寸，以方便運(yùn)輸、安裝時(shí)乘電梯。

圖2 箱體模塊

1.3冰淇淋機(jī)模塊

冰淇淋機(jī)模塊如圖3所示，機(jī)身體積不能過(guò)大，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮取杯窗口位置要求、衛(wèi)生要求、及時(shí)通信要求等因素。設(shè)計(jì)最終款為采用RS232通信接口的單頭、立式、帶有巴氏滅菌、帶出料電動(dòng)推桿的冰淇淋機(jī)。

圖3 冰淇淋機(jī)模塊

1.4自動(dòng)售賣(mài)模塊

自動(dòng)售賣(mài)模塊包括自動(dòng)落杯機(jī)構(gòu)、冰淇淋出料機(jī)構(gòu)、果仁添加機(jī)構(gòu)、果醬添加機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)。每個(gè)機(jī)構(gòu)是獨(dú)立模塊，可單獨(dú)工作。

自動(dòng)落杯機(jī)構(gòu)工作流程如圖4所示。上位機(jī)給出落杯信號(hào)，落杯旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作，落下1個(gè)冰淇淋杯。位置傳感器感應(yīng)到有杯子，本次落杯流程完成。

圖4 自動(dòng)落杯機(jī)構(gòu)工作流程

冰淇淋出料機(jī)構(gòu)由閥門(mén)、電動(dòng)推桿、位置傳感器、壓力傳感器組成。冰淇淋杯到位后有信號(hào)放出，推桿電機(jī)啟動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)，壓力傳感器感知冰淇淋重量達(dá)到給定重量，閥門(mén)關(guān)閉，出冰淇淋完成。冰淇淋自動(dòng)出料機(jī)構(gòu)工作流程如圖5所示。

果仁為固態(tài)，置于料盒中，有8種口味類(lèi)型供顧客選擇。通過(guò)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)間控制果仁重量，顧客通過(guò)人機(jī)交互界面選擇果仁名稱(chēng)，杯子到位，上位機(jī)驅(qū)動(dòng)PLC來(lái)控制相應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)出料，果仁添加完成。

果醬為液體，用蠕動(dòng)泵吸出，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度控制果醬重量。果醬也有8種口味類(lèi)型，置于8個(gè)不同蠕動(dòng)泵進(jìn)料口。顧客通過(guò)人機(jī)交互界面選擇果醬種類(lèi)。杯子到位，相應(yīng)蠕動(dòng)泵啟動(dòng)，達(dá)到旋轉(zhuǎn)角度，蠕動(dòng)泵停止工作，果醬添加完成。

圖5 冰淇淋自動(dòng)出料機(jī)構(gòu)工作流程圖

輸送機(jī)構(gòu)由提升機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)輸機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。每個(gè)機(jī)構(gòu)都由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)位置口都有位置傳感器。在上位機(jī)發(fā)出售賣(mài)信號(hào)時(shí)，每個(gè)單元工作完成后通知上位機(jī)進(jìn)行下一步工作，按順序執(zhí)行單個(gè)單元工作，自動(dòng)售賣(mài)流程如圖6所示。

圖6 自動(dòng)售賣(mài)流程圖

2 人機(jī)交互界面模塊

在滿足所實(shí)現(xiàn)功能的前提下，選擇控制方案時(shí)遵循“穩(wěn)定、便捷”的原則。由于PLC具有抗干擾能力強(qiáng)、可調(diào)整性好、易操作性高等優(yōu)點(diǎn)，故選用PLC作為控制器。綜合考慮通訊接口類(lèi)型、輸入輸出點(diǎn)數(shù)量、成本、性能等方面的因素后，選用研華公司的工控機(jī)和臺(tái)達(dá)公司的EH系列PLC和9.7英寸的紅外觸摸顯示器。

控制系統(tǒng)硬件組成如圖7所示?？刂葡到y(tǒng)硬件主要由工控機(jī)、PLC、觸摸顯示器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)和接近開(kāi)關(guān)等組件組成。

圖7 控制系統(tǒng)硬件組成

PLC的輸入點(diǎn)包括：1個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，升降軸、直線軸各位置點(diǎn)、取貨限位等10個(gè)接近開(kāi)關(guān)，1對(duì)取物臺(tái)對(duì)射開(kāi)關(guān)，共11個(gè)輸入信號(hào)。PLC的輸出點(diǎn)包括：升降軸與直線軸步進(jìn)電機(jī)的脈沖方向、啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)，取杯旋轉(zhuǎn)電機(jī)、冰淇淋出料電機(jī)、果仁添加電機(jī)、果醬添加電機(jī)、傳輸旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟停等，共14個(gè)輸出信號(hào)。

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括3個(gè)部分：上位機(jī)程序、PLC程序、人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。上位機(jī)程序采用C語(yǔ)言Winform形式可視化編寫(xiě)，主要由廣告界面、主購(gòu)買(mǎi)界面、移動(dòng)支付、數(shù)據(jù)庫(kù)連接類(lèi)等部分組成。自動(dòng)售機(jī)支持3種支付方式：微信支付、支付寶支付、現(xiàn)金支付。通過(guò)選擇界面下方的支付方式來(lái)完成購(gòu)買(mǎi)。支付模塊由支付提供商提供接口。

購(gòu)買(mǎi)窗體通過(guò)加載不同的子窗體更換購(gòu)買(mǎi)菜單，通過(guò)點(diǎn)擊每個(gè)商品對(duì)應(yīng)圖按鈕來(lái)進(jìn)行商品的選擇，用戶的選擇會(huì)即時(shí)顯示在窗體下方的購(gòu)物車(chē)顯示框中，點(diǎn)擊清空購(gòu)物車(chē)可清空用戶的選擇。界面40 s無(wú)任何操作會(huì)返回到廣告界面。人機(jī)交互界面流程圖如圖8所示。

PLC程序按照模塊化的思想來(lái)編寫(xiě)，主要分為原點(diǎn)回歸、目標(biāo)定位模塊、取杯、冰淇淋出料、果仁添加、果醬添加、傳輸客戶等模塊。

圖8 人機(jī)交互界面流程圖

3 智能手機(jī)APP模塊

智能手機(jī)APP模塊具備3項(xiàng)功能，分別是移動(dòng)支付功能、設(shè)備管理功能、店鋪管理功能。

移動(dòng)支付業(yè)務(wù)是由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)提供商(MASP)和金融機(jī)構(gòu)共同推出的構(gòu)建在移動(dòng)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)上的一個(gè)移動(dòng)數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)應(yīng)用。選擇接入無(wú)線運(yùn)營(yíng)商第三方支付系統(tǒng)：微信、支付寶?？蛻暨x擇好冰淇淋口味類(lèi)型，生成相應(yīng)的價(jià)格，客戶選擇支付方式：微信支付或支付寶支付方式，系統(tǒng)將生成二維碼供客戶掃碼支付。

管理設(shè)備包括手機(jī)操作設(shè)備。通過(guò)管理設(shè)備了解設(shè)備故障原因和獲取耗材狀態(tài)：杯子、冰淇淋料、果仁、果醬的數(shù)量,用戶決定是否添加果仁、果醬。

客戶除了關(guān)心設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，更關(guān)心經(jīng)濟(jì)利益，每天的投入成本、設(shè)備折舊、租金、人力、耗材金額等。可將各類(lèi)型冰淇淋日銷(xiāo)售量、總金額等生成報(bào)表，供客戶瀏覽。

4 結(jié)束語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展日新月異，互聯(lián)網(wǎng)+智能設(shè)備是必然的發(fā)展趨勢(shì)?；ヂ?lián)網(wǎng)+智能冰淇淋機(jī)，能夠使冰淇凌這種休閑甜品在年輕群體中展現(xiàn)出更大的魅力。要想完美實(shí)現(xiàn)智能冰淇淋機(jī)系統(tǒng)各模塊功能，從硬件到軟件部分都要經(jīng)過(guò)調(diào)試、修正、優(yōu)化，最終才能完美實(shí)現(xiàn)用戶和企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控冰淇淋機(jī)，同時(shí)也為下一代智能冰淇淋機(jī)的開(kāi)發(fā)提供前期數(shù)據(jù)指導(dǎo)和實(shí)例參照。

[1] 馬祖達(dá),伍慧春,王曉春,等.全自動(dòng)液體飲料生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)[J].包裝與食品機(jī)械,2008,26(6):15-20.

[2] 李紅霞,周旭,鄧敏華.基于PLC的冰激凌機(jī)控制系統(tǒng)[J]．控制工程,2009,16(s4):27-29.

[3] 俞云強(qiáng)，袁玉國(guó)．PLC在工藝空調(diào)控制中的應(yīng)用[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(31):87-89.

[4] 朱浪，潘豐．Win CC組態(tài)在均質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控中的應(yīng)用[J]．江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，13(1):17-22.

[5] 單海校．PLC在小型冷庫(kù)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，23(1):87-90.

A New Intelligent Ice Creamer System Based on "Internet+"

DengChengwu1,ZhangZhenhua1，WangXiangjie2*

(1Huangshi Dongbei Refrigeration Co.,Ltd,Huangshi Hubei 435000;2School of Mechanical and Electronic Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

In order to meet actual demands of intelligent products against the"Internet +"environment,a new intelligent ice cream machine based on PLC controlling is designed.Equipped with internet controlling equipment management and automatic sales function,this intelligent ice cream machine takes both customers' interest and taste differences into account,at the same time supporting cash and cashless payment.

intelligent;modular;ice cream machine;PLC control

2017-08-13

鄧承武，高級(jí)工程師，碩士，研究方向:空調(diào)制冷。

*通訊作者：王向杰，講師，博士，研究方向:材料成型及控制工程。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.05.002

TH165+.2

A

2095-4565(2017)05-0005-03

(責(zé)任編輯吳鴻霞)