基于單片機的自動售貨機模擬設計

劉志臣

摘 要：本系統設計是在YL-236實驗臺的硬件基礎上，以AT89C52芯片為核心，以鍵盤、傳感器為輸入系統，以數碼管、液晶顯示及步進電機、物料搬運裝置為輸出系統的模擬智能化控制系統。自動售貨機由貨幣管理（識別接收）、貨物庫、貨物搬運裝置、傳送裝置、狀態顯示等組件組成。本售貨機具有找零功能，并且可根據需要售出相應的貨物。

關鍵詞：單片機； 自動售貨機； YL-236實驗臺； 控制系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A文章編號：1006-3315（2014）03-146-002

1.方案設計

自動售貨機由貨幣管理（識別接收）、貨物庫、貨物搬運裝置、傳送裝置、狀態顯示等組件組成。YL-236實驗臺是近年亞龍公司研制的用于教學的單片機控制裝置實驗臺，合理利用該實驗臺模擬設計日常生活生產中的控制裝置，對于中職電類專業教學有十分重要的意義。研究該實驗臺各模塊電路原理后，從實際出發，我作出如下設計：

1.1貨幣管理方案的選擇

硬幣識別接收用金屬傳感器配合智能物料搬運裝置實現，金屬傳感器檢測到投幣后,硬幣由投幣口進入到硬幣識別處（智能物料搬運裝置工位一），如圖1-1。識別后由機械手接收存放并計算貨幣金額。

硬幣用黃球和白球代替,黃球代表1元,白球代表5角。“貨幣存放處”在步進電機位置指針的2cm處（1元），3cm處（5角）。若取消購買，則由傳送裝置將其送入出幣口（步進電機位置指針的1cm處）。

圖1-1YL-G001型智能物料搬運裝置 圖2-1系統框圖

78 9汽水

45 6咖啡

123茶飲

0 確認 取消 查詢

圖1-2鍵盤示意圖圖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，售價分別2.5元、4元、3.5元；每件商品對應的滿貨量均為5件。

出貨時,根據選定的飲料名稱尋找相應的位置，飲料由搬運裝置送入交接口并進入傳送帶，由傳送裝置將飲料送至“取貨品處”。飲料庫的位置由步進電機的位置模擬，汽水、咖啡、茶飲分別在步進電機位置指針的7cm、8cm、9cm處；取貨品處用步進電機位置指針的15cm處代替。

1.3傳送裝置方案的選擇

整個系統的傳送裝置由步進電機模擬。閘門電機由24V直流電機模擬。

1.4鍵盤方案的選擇

由于系統需要的功能鍵稍多，我在本系統中選擇了4×4矩陣按鍵如圖1，查詢鍵用來查詢售貨機內貨品相關信息；其中“0”具有第二功能，代表光標右移。

1.5顯示方案的選擇

由于系統需要計數和狀態查詢共同顯示，因此我選擇使用數碼管和12864液晶顯示屏。

1.6電源方案的選擇

本系統由實驗臺電源模塊統一提供5V、12V、24V電源，并且鈕子開關模擬控制總開關，控制運行機構電源（24V）通斷。

1.7報警方案選擇

在售貨機出貨后和無貨時，我選擇用主機模塊的有源蜂鳴器做報警裝置。

2.系統框圖及工作過程

圖2-1給出了系統組成方框圖。系統工作過程：1）貨品選擇。按下貨品所對應的按鍵，顯示對應的貨品信息，以汽水為例進行說明：按下“汽水”鍵，LCD顯示如圖2-2，對應數量“XX”反白顯示，按數字鍵輸入貨品數量，總價自動更新，確認后顯示“請投幣”，數碼管右側兩位開始計時。

2）投幣。60秒內未檢測到硬幣進入，自動取消購買，返回初始狀態。若正常投幣確認，數碼管重新開始計時，機械手進入硬幣識別區進行檢測，并在液晶屏上更新顯示“共投入XX元”、“找零XX元”、“請確認”。按下確認鍵，機械手對貨幣進行自動分揀，存到相應的“貨幣存放處”；若需要找零則開始找零，若不需找零直接進入出貨過程，若按下取消鍵，液晶屏顯示“請取回貨幣”，直接將硬幣送入出幣口。找零與存貨幣過程相反，先取貨幣，再送至出幣口。

3）若恰好本機無零錢，則液晶屏顯示“本機當前無法找零”、“是否繼續”，確認鍵繼續，取消鍵退回硬幣。

4）出貨過程：硬幣進入“貨幣存放處”后，根據名稱尋找對應貨品存放處，打開庫門電機，然后自動抓取貨品，抓取完畢關庫門，貨物由傳送帶送至“取貨品處”時，蜂鳴器發出提示音提示取貨， 2秒后返回初始狀態。

5）在購買飲料時，若該飲料已經售完，蜂鳴器報警，居中顯示“XX已售完”，5秒后返回初始狀態。

6）售貨機不售貨時，60秒內無任何操作，則進入休眠狀態，按任意鍵喚醒

7）查詢功能：首先進入密碼輸入界面圖2-3。此時需從鍵盤輸入六位數字的查詢密碼（初定為987654），若密碼正確，則進入查詢界面，每種貨品后面顯示剩余貨品數，并在數碼管左側四位顯示貨幣箱內總金額。否則返回初始狀態。

3.系統分立模塊設計及工作原理

3.1鍵盤模塊及原理

在本系統中輸入輸出設備較多，51單片機僅有32個I/O口已經不能滿足功能需要。因此我設計使用8255擴展芯片，由于PC口可以作為兩個4位口，矩陣鍵盤4行4列就可以分別通過8255擴展芯片PC口高低4為接到單片機芯片I/O端口。單片機通過鍵盤掃描程序判斷鍵值并且執行相應的子程序。

3.2貨幣管理設備及原理

因為本裝置上的直流電機工作電壓為24V，工作電流也比較大，單片機的工作電壓為5V,所以單片機不能直接對本裝置進行控制，需要通過繼電器模塊進行轉接。另外，搬運裝置中的傳感器信號也不能直接加到單片機I/O端口上，需要通過光耦模塊進行轉換。

3.3貨物管理設備及原理

本設備中步進電機采用兩相永磁感應子式步進電機，并且帶有SJ-230M2驅動器，因此只要由單片機輸出三路信號就可以控制它，并且在本系統模擬中精度足夠好。直流電機也需要通過繼電器來控制，因此必須由單片機端口引出控制信號。

3.4顯示設備及原理

TG12864液晶模塊是一款內部沒有字庫的模塊，因此在編程時需要注意提取字模。數碼管和液晶模塊的數據線可以與8255分時復用P0口，采用總線寫法編程。

4.系統工作流程簡圖

編程軟件是利用Keilc、萬利仿真器配套軟件Medwin3.0。編程語言選用C51，C51既可以像匯編語言一樣對位、字節和地址進行操作，又以函數形式提供給用戶的，可方便的調用，并具有多種循環、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結構化。主程序設計主要采用循環結構，流程簡圖如圖4。

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圖4系統工作流程簡圖

5.總結

為了保證本模擬系統符合要求，需對系統進行適當檢測和調試。對系統的調試可分為幾個部分，首先檢查硬件電路的連接并進行適當的調試、對系統的數據傳輸進行調試、對設備出現的故障進行全面的分析和處理，確保系統運轉正常。YL-236設備采用模塊化設計，本系統中各個模塊相互獨立又相互聯系，易于排除故障，具有良好的可靠性。

參考文獻：

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