蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陶佳鑫

摘 要：針對(duì)上班族和老年人在選購蔬菜時(shí)存在耗時(shí)和不便的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出一臺(tái)使用既方便又能節(jié)約購買時(shí)間的蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)顯得尤為必要。通過調(diào)查研究多種類型的自動(dòng)售貨機(jī)，分析用戶操作習(xí)慣，確定機(jī)器的結(jié)構(gòu)及組成，在此基礎(chǔ)上，確定該控制系統(tǒng)的總體方案，以工控機(jī)作為上位機(jī)，PLC 為主控制器，工業(yè)無線路由器為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過投幣等方式，對(duì)不同種類的蔬菜進(jìn)行售賣。本設(shè)計(jì)主要對(duì)蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的硬件與軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)包括對(duì) PLC設(shè)備的選型、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、輸入輸出接口設(shè)計(jì)以及一些設(shè)備元器件的選型;軟件設(shè)計(jì)主要是PLC 程序設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)、缺貨提示的程序設(shè)計(jì)、可購買商品程序的設(shè)計(jì)、貨幣不足的程序設(shè)計(jì)、貨幣感應(yīng)及累加的程序設(shè)計(jì)以及退幣找零的程序設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：蔬菜自動(dòng)售貨機(jī);PLC;電氣原理圖

1 研究背景及意義

自動(dòng)售貨機(jī)在如今現(xiàn)代化的生活中比較常見，由于它自身具有很多的好處，所以已經(jīng)在全球的主要發(fā)達(dá)國家得到了較為普遍的發(fā)展，隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷的進(jìn)步發(fā)展，從而使自動(dòng)售貨機(jī)的研究與使用范圍越來越廣泛，人們可以在售貨機(jī)上買到食品、香煙、飲料、報(bào)紙等物品。

作為當(dāng)今社會(huì)的主要新零售方式出現(xiàn)，它伴隨著現(xiàn)代化城市的進(jìn)步與發(fā)展，工作繁忙，交通堵塞，給人們的生活帶來了很多不方便，人們因?yàn)槊β挡环奖闳ヌ暨x蔬菜做飯。

1.1 蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的優(yōu)勢(shì)

（1）24小時(shí)售貨，能夠保障不間斷地給顧客提供蔬菜。

（2）不需像傳統(tǒng)的商店需要要人員看守，這樣節(jié)省了很大的人力，相對(duì)應(yīng)的開支也會(huì)下降。

（3）蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的最根本設(shè)計(jì)是進(jìn)行蔬菜的自動(dòng)售貨販賣，當(dāng)無人購賣時(shí)觸摸屏可以插播廣告。

綜上所述，設(shè)計(jì)出一種簡潔便民的蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)具有一定的發(fā)展和研究意義。

1.2 主要研究內(nèi)容

（1）本設(shè)計(jì)主要調(diào)查研究了國內(nèi)蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)這一領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)目前已存在的自動(dòng)售貨機(jī)功能以及結(jié)構(gòu)，來設(shè)計(jì)出符合國內(nèi)現(xiàn)狀的蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)控制總體方案。

（2）硬件設(shè)計(jì)包括對(duì) PLC設(shè)備的選型、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、輸入輸出接口設(shè)計(jì)以及一些設(shè)備元器件的選型。

（3）軟件設(shè)計(jì)主要是通過PLC 來編寫程序，包括系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)、缺貨提示的程序設(shè)計(jì)、可購買商品程序的設(shè)計(jì)、貨幣不足的程序設(shè)計(jì)、貨幣感應(yīng)及累加的程序設(shè)計(jì)以及退幣找零的程序設(shè)計(jì)。

2 蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的總體結(jié)構(gòu)

2.1 主機(jī)和輔機(jī)的結(jié)構(gòu)及組成

疏菜自動(dòng)售貨機(jī)售賣商品時(shí)，顧客只需通過按鍵進(jìn)行操作，就能完成對(duì)蔬菜的購買。顧客對(duì)所需的蔬菜進(jìn)行選擇，在選擇完成后通過現(xiàn)金投幣進(jìn)行付款，當(dāng)蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的支付系統(tǒng)收到付款完成的信息后，就會(huì)將所選擇的商品送出來。

主機(jī)箱體的頂端裝備有網(wǎng)絡(luò)攝像頭，網(wǎng)絡(luò)攝像頭主要是為了保障蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的安全，防止被損壞;主體正面的上方是蔬菜商品的展示窗，在價(jià)格標(biāo)簽的下面有商品可選擇按鍵;右側(cè)區(qū)域?yàn)橹Ц断到y(tǒng)，設(shè)有投幣口、退幣按鈕等元素。正下面為顧客取貨口，用來取商品和包裝袋。輔機(jī)是整個(gè)蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行部分制冷制熱系統(tǒng)，根據(jù)外部環(huán)境來確定蔬菜內(nèi)部環(huán)境是需要制冷或者制熱，實(shí)現(xiàn)蔬菜恒溫儲(chǔ)存保證蔬菜的新鮮[3]。

2.2 蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的工作原理

蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的商品下面都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的按鈕，當(dāng)顧客按下按鈕且蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的支付系統(tǒng)能感受到貨幣已輸入的前提下，與之相對(duì)應(yīng)的倉庫就會(huì)打開，將貨物輸出。

（1）顧客把現(xiàn)金投入到投幣口，支付系統(tǒng)里面的貨幣感應(yīng)識(shí)別器會(huì)對(duì)所投進(jìn)的貨幣進(jìn)行識(shí)別。

（2）控制器根據(jù)投入現(xiàn)金的金額來將商品是否可售賣的信息通過選貨按鈕的指示燈展示給顧客，以便于顧客選擇所需的商品。

（3）顧客按下所選擇商品所對(duì)應(yīng)的按鈕，控制器接收到按鈕傳遞過來的信息，使顧客所選擇的商品到達(dá)取貨口。

（4）如果還有余額則可以繼續(xù)購買，否則在一分鐘之內(nèi)，自動(dòng)售貨機(jī)將自動(dòng)找零或顧客通過退幣按鈕直接退出零錢。

（5）從退幣口取出找回的零錢完成此次交易。

3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 PLC輸入輸出接口的設(shè)計(jì)

PLC廠家主要分布在美國、日本和歐洲，美國主要有Allen-Bradley、GE;日本主要有三菱、松下、歐姆龍;歐洲主要有西門子、ABB。近年來在科技生產(chǎn)力的提高下，國產(chǎn)PLC的發(fā)展也越來越好，逐漸追趕上世界先進(jìn)水平[5]。面對(duì)當(dāng)前市場上多種品牌的PLC產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)主要根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要來選擇所需的產(chǎn)品。首先根據(jù)蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求來確定所需的CPU運(yùn)算性能、I/O借口數(shù)量等，在滿足此要求的基礎(chǔ)上，再考慮其他因素，諸如產(chǎn)品質(zhì)量、性價(jià)比等。綜合PLC性能、產(chǎn)品服務(wù)、成本因素等，決定采用西門子公司S7-200ST60 CPU+EM DT08 35DI/28DO，采用24V DC供電，此款PLC程序及數(shù)據(jù)寄存器的容量大而且程序執(zhí)行速度快。

首先統(tǒng)計(jì)蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)量。PLC的輸入點(diǎn)28個(gè)，包括：1個(gè)退幣按鈕、12個(gè)商品選擇按鈕、12個(gè)商品感應(yīng)開關(guān)、3 個(gè)貨幣感應(yīng)輸入口;PLC的輸出點(diǎn)27個(gè)，包括：1個(gè)退幣電機(jī)、12個(gè)商品出貨電機(jī)、12個(gè)可購買指示燈、1個(gè)缺料提示燈、1個(gè)現(xiàn)金不足提示燈。

3.2 出貨控制回路的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)在選購商品或退幣時(shí)，需要通過外部按鈕來給定一個(gè)輸入信號(hào)。考慮到使用壽命和經(jīng)濟(jì)情況最終選用西門子3SB3206-0AA71發(fā)光按鈕。

當(dāng)顧客選購?fù)晟唐泛?，蔬菜自?dòng)售貨機(jī)的出貨口需要檢測顧客選購的商品是否正常出貨。對(duì)射光電開關(guān)非常適用于電氣控制電路。通過對(duì)光電開關(guān)靈敏度、響應(yīng)快慢、使用壽命等比較和選擇，最終選擇E3JK-5DM1光電開關(guān)。根據(jù)蔬菜所對(duì)應(yīng)的價(jià)格，當(dāng)投幣完成后當(dāng)金額大于等于蔬菜價(jià)格時(shí)，可購買商品指示燈點(diǎn)亮，按下可購買商品所對(duì)應(yīng)的按鈕便可購買商品。由于開關(guān)選擇的是發(fā)光按鈕，所以具備可購買指示燈亮燈的功能。

3.3 電氣設(shè)備主控制回路設(shè)計(jì)

（1）工控機(jī)

在蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)中使用工控機(jī)的主要作用是對(duì)PLC下達(dá)動(dòng)作指令，因此在考慮工控機(jī)的選型時(shí)，主要考慮計(jì)算性能、I/O接口、空間大小、產(chǎn)品品牌等方面因素，綜合上述情況選用IPC-610MB-L研華AIMB-763系列工控機(jī)。

（2）網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)

目前市場上有較多種類和品牌的攝像機(jī)，攝像機(jī)不僅具備監(jiān)控功能也應(yīng)當(dāng)具備一定的存儲(chǔ)功能[7]。綜合考慮最后選擇九安360°全景網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)。

（3）無線路由器

無線路由器主要用于交通監(jiān)控設(shè)備等方面上，由于路由器性能可靠穩(wěn)定而且使用簡單，所以在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)備中有較多的應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中為了不影響傳輸界面的圖片清晰程度，需要一臺(tái)抗干擾能力強(qiáng)的路由器，經(jīng)過比對(duì)多種品牌型號(hào)路由器的使用性能、經(jīng)濟(jì)因素等條件，最終選擇購買的設(shè)備為華為公司生產(chǎn)的AR111-S工業(yè)無線路由器。

（4）觸摸顯示屏

觸摸屏要是根據(jù)觸摸原理劃分主要可以分為三大類，分為電阻式、電容式、紅外式[8]。觸摸屏所具備的基本功能，應(yīng)該能夠正常顯示且觸摸功能良好，滿足觸摸與顯示的功能。綜合考慮廠家口碑、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面因素選擇上海滔澤智能科技有限公司的IPM-150八線電阻式觸摸顯示屏。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的軟件是蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)能否正常顯示缺貨、退幣找零等功能的實(shí)現(xiàn)和蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的出貨運(yùn)行功能順利可行的關(guān)鍵，因此，軟件部分的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)貨幣不足提示、貨幣感應(yīng)及累加的程序、退幣找零功能等程序的設(shè)計(jì)。

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

梯形圖在PLC編程的應(yīng)用中使用最廣泛，所以本程序采用梯形圖編寫[9]。

PLC 程序主要包括以下程序段：

（1）初始化程序：主要是 PLC 剛開始運(yùn)行時(shí)對(duì)繼電器、寄存器的初始化操作;

（2）缺貨提示程序：當(dāng)機(jī)器缺貨時(shí)，能及時(shí)得到反饋;

（3）現(xiàn)金識(shí)別程序：具備現(xiàn)金感應(yīng)及累加，確定投入的貨幣是否能夠購買商品;

（4）退幣找零程序：當(dāng)投幣后一段時(shí)間內(nèi)無人操作或按下退幣按鈕時(shí)，能夠退出余額且顯示清零恢復(fù)初始狀態(tài)。

5 總結(jié)

通過這次設(shè)計(jì)，讓我了解了PLC 控制設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)的基本原理以及步驟，也讓我明白了蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的原理和設(shè)計(jì)理念。本設(shè)計(jì)結(jié)合我國社會(huì)生活的需求，針對(duì)上班族和老年人，在選購蔬菜時(shí)的耗時(shí)和不便，產(chǎn)生了蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)的需求。本設(shè)計(jì)主要完成了蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的PLC回路設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)包括對(duì)PLC設(shè)備的選型、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、輸入輸出接口設(shè)計(jì)以及一些設(shè)備元器件的選型;軟件設(shè)計(jì)主要是PLC程序設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)、缺貨提示的程序設(shè)計(jì)、可購買商品程序的設(shè)計(jì)、貨幣不足的程序設(shè)計(jì)、貨幣感應(yīng)及累加的程序設(shè)計(jì)以及退幣找零的程序設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)主要調(diào)查研究了國內(nèi)蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)這一領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。目前已存在的自動(dòng)售貨機(jī)中，蔬菜自動(dòng)售貨機(jī)機(jī)器尚未得到普及，特別是在縣級(jí)地區(qū)以及農(nóng)村并未得到大范圍推廣，在中國具有較大的市場潛力[10]。

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