蔬菜自動售貨機的控制系統(tǒng)設(shè)計

陶佳鑫

摘 要：針對上班族和老年人在選購蔬菜時存在耗時和不便的現(xiàn)象，設(shè)計出一臺使用既方便又能節(jié)約購買時間的蔬菜自動售貨機顯得尤為必要。通過調(diào)查研究多種類型的自動售貨機，分析用戶操作習(xí)慣，確定機器的結(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，以工控機作為上位機，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，對不同種類的蔬菜進行售賣。本設(shè)計主要對蔬菜自動售貨機的硬件與軟件進行設(shè)計，硬件設(shè)計包括對 PLC設(shè)備的選型、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計、輸入輸出接口設(shè)計以及一些設(shè)備元器件的選型;軟件設(shè)計主要是PLC 程序設(shè)計，包括系統(tǒng)初始化程序設(shè)計、缺貨提示的程序設(shè)計、可購買商品程序的設(shè)計、貨幣不足的程序設(shè)計、貨幣感應(yīng)及累加的程序設(shè)計以及退幣找零的程序設(shè)計。

關(guān)鍵詞：蔬菜自動售貨機;PLC;電氣原理圖

1 研究背景及意義

自動售貨機在如今現(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)的不斷的進步發(fā)展，從而使自動售貨機的研究與使用范圍越來越廣泛，人們可以在售貨機上買到食品、香煙、飲料、報紙等物品。

作為當今社會的主要新零售方式出現(xiàn)，它伴隨著現(xiàn)代化城市的進步與發(fā)展，工作繁忙，交通堵塞，給人們的生活帶來了很多不方便，人們因為忙碌不方便去挑選蔬菜做飯。

1.1 蔬菜自動售貨機的優(yōu)勢

（1）24小時售貨，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，相對應(yīng)的開支也會下降。

（3）蔬菜自動售貨機的最根本設(shè)計是進行蔬菜的自動售貨販賣，當無人購賣時觸摸屏可以插播廣告。

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

1.2 主要研究內(nèi)容

（1）本設(shè)計主要調(diào)查研究了國內(nèi)蔬菜自動售貨機這一領(lǐng)域的發(fā)展狀況，根據(jù)目前已存在的自動售貨機功能以及結(jié)構(gòu)，來設(shè)計出符合國內(nèi)現(xiàn)狀的蔬菜自動售貨機控制總體方案。

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

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

2 蔬菜自動售貨機的總體結(jié)構(gòu)

2.1 主機和輔機的結(jié)構(gòu)及組成

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

主機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售貨機的安全，防止被損壞;主體正面的上方是蔬菜商品的展示窗，在價格標簽的下面有商品可選擇按鍵;右側(cè)區(qū)域為支付系統(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。輔機是整個蔬菜自動售貨機系統(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，實現(xiàn)蔬菜恒溫儲存保證蔬菜的新鮮[3]。

2.2 蔬菜自動售貨機的工作原理

蔬菜自動售貨機的商品下面都有一個與之對應(yīng)的按鈕，當顧客按下按鈕且蔬菜自動售貨機的支付系統(tǒng)能感受到貨幣已輸入的前提下，與之相對應(yīng)的倉庫就會打開，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)識別器會對所投進的貨幣進行識別。

（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)，自動售貨機將自動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

3.1 PLC輸入輸出接口的設(shè)計

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水平[5]。面對當前市場上多種品牌的PLC產(chǎn)品，本設(shè)計主要根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計的需要來選擇所需的產(chǎn)品。首先根據(jù)蔬菜自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計要求來確定所需的CPU運算性能、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)計蔬菜自動售貨機輸入輸出點數(shù)量。PLC的輸入點28個，包括：1個退幣按鈕、12個商品選擇按鈕、12個商品感應(yīng)開關(guān)、3 個貨幣感應(yīng)輸入口;PLC的輸出點27個，包括：1個退幣電機、12個商品出貨電機、12個可購買指示燈、1個缺料提示燈、1個現(xiàn)金不足提示燈。

3.2 出貨控制回路的設(shè)計

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

當顧客選購?fù)晟唐泛螅卟俗詣邮圬洐C的出貨口需要檢測顧客選購的商品是否正常出貨。對射光電開關(guān)非常適用于電氣控制電路。通過對光電開關(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)蔬菜所對應(yīng)的價格，當投幣完成后當金額大于等于蔬菜價格時，可購買商品指示燈點亮，按下可購買商品所對應(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

（1）工控機

在蔬菜自動售貨機中使用工控機的主要作用是對PLC下達動作指令，因此在考慮工控機的選型時，主要考慮計算性能、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。

（2）網(wǎng)絡(luò)攝像機

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

（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)計中為了不影響傳輸界面的圖片清晰程度，需要一臺抗干擾能力強的路由器，經(jīng)過比對多種品牌型號路由器的使用性能、經(jīng)濟因素等條件，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

4.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的軟件是蔬菜自動售貨機能否正常顯示缺貨、退幣找零等功能的實現(xiàn)和蔬菜自動售貨機的出貨運行功能順利可行的關(guān)鍵，因此，軟件部分的設(shè)計需要實現(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。

4.2 PLC程序設(shè)計

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 剛開始運行時對繼電器、寄存器的初始化操作;

（2）缺貨提示程序：當機器缺貨時，能及時得到反饋;

（3）現(xiàn)金識別程序：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：當投幣后一段時間內(nèi)無人操作或按下退幣按鈕時，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，讓我了解了PLC 控制設(shè)計、電氣設(shè)計的基本原理以及步驟，也讓我明白了蔬菜自動售貨機的原理和設(shè)計理念。本設(shè)計結(jié)合我國社會生活的需求，針對上班族和老年人，在選購蔬菜時的耗時和不便，產(chǎn)生了蔬菜自動售貨機的需求。本設(shè)計主要完成了蔬菜自動售貨機控制系統(tǒng)的PLC回路設(shè)計和軟件程序的設(shè)計。硬件設(shè)計包括對PLC設(shè)備的選型、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計、輸入輸出接口設(shè)計以及一些設(shè)備元器件的選型;軟件設(shè)計主要是PLC程序設(shè)計，包括系統(tǒng)初始化程序設(shè)計、缺貨提示的程序設(shè)計、可購買商品程序的設(shè)計、貨幣不足的程序設(shè)計、貨幣感應(yīng)及累加的程序設(shè)計以及退幣找零的程序設(shè)計。

本設(shè)計主要調(diào)查研究了國內(nèi)蔬菜自動售貨機這一領(lǐng)域的發(fā)展狀況。目前已存在的自動售貨機中，蔬菜自動售貨機機器尚未得到普及，特別是在縣級地區(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]。

參考文獻：

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