基于單片機的自動售貨機模擬設(shè)計

劉志臣

摘 要：本系統(tǒng)設(shè)計是在YL-236實驗臺的硬件基礎(chǔ)上，以AT89C52芯片為核心，以鍵盤、傳感器為輸入系統(tǒng)，以數(shù)碼管、液晶顯示及步進(jìn)電機、物料搬運裝置為輸出系統(tǒng)的模擬智能化控制系統(tǒng)。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(tài)顯示等組件組成。本售貨機具有找零功能，并且可根據(jù)需要售出相應(yīng)的貨物。

關(guān)鍵詞：單片機； 自動售貨機； YL-236實驗臺； 控制系統(tǒng)

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

1.方案設(shè)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(tài)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(xué)的單片機控制裝置實驗臺，合理利用該實驗臺模擬設(shè)計日常生活生產(chǎn)中的控制裝置，對于中職電類專業(yè)教學(xué)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(fā)，我作出如下設(shè)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(xiàn)，金屬傳感器檢測到投幣后,硬幣由投幣口進(jìn)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?！柏泿糯娣盘帯痹诓竭M(jìn)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(jìn)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(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(yīng)的滿貨量均為5件。

出貨時,根據(jù)選定的飲料名稱尋找相應(yīng)的位置，飲料由搬運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”。飲料庫的位置由步進(jìn)電機的位置模擬，汽水、咖啡、茶飲分別在步進(jìn)電機位置指針的7cm、8cm、9cm處；取貨品處用步進(jìn)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(tǒng)的傳送裝置由步進(jìn)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(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，查詢鍵用來查詢售貨機內(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)由實驗臺電源模塊統(tǒng)一提供5V、12V、24V電源，并且鈕子開關(guān)模擬控制總開關(guān)，控制運行機構(gòu)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(tǒng)框圖及工作過程

圖2-1給出了系統(tǒng)組成方框圖。系統(tǒng)工作過程：1）貨品選擇。按下貨品所對應(yīng)的按鍵，顯示對應(yīng)的貨品信息，以汽水為例進(jìn)行說明：按下“汽水”鍵，LCD顯示如圖2-2，對應(yīng)數(shù)量“XX”反白顯示，按數(shù)字鍵輸入貨品數(shù)量，總價自動更新，確認(rèn)后顯示“請投幣”，數(shù)碼管右側(cè)兩位開始計時。

2）投幣。60秒內(nèi)未檢測到硬幣進(jìn)入，自動取消購買，返回初始狀態(tài)。若正常投幣確認(rèn)，數(shù)碼管重新開始計時，機械手進(jìn)入硬幣識別區(qū)進(jìn)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(rèn)”。按下確認(rèn)鍵，機械手對貨幣進(jìn)行自動分揀，存到相應(yīng)的“貨幣存放處”；若需要找零則開始找零，若不需找零直接進(jìn)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(dāng)前無法找零”、“是否繼續(xù)”，確認(rèn)鍵繼續(xù)，取消鍵退回硬幣。

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

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

6）售貨機不售貨時，60秒內(nèi)無任何操作，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。此時需從鍵盤輸入六位數(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)計及工作原理

3.1鍵盤模塊及原理

在本系統(tǒng)中輸入輸出設(shè)備較多，51單片機僅有32個I/O口已經(jīng)不能滿足功能需要。因此我設(shè)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(zhí)行相應(yīng)的子程序。

3.2貨幣管理設(shè)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(jìn)行控制，需要通過繼電器模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)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(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)電機采用兩相永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機，并且?guī)в蠸J-230M2驅(qū)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(tǒng)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(shè)備及原理

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

4.系統(tǒng)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(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)計主要采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，流程簡圖如圖4。

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圖4系統(tǒng)工作流程簡圖

5.總結(jié)

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

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