智能泳裝售貨機的電路系統設計*

戴亦宗， 張友宏

（揚州市職業大學，江蘇 揚州 225001）

0 引言

本泳衣售貨機通過有線網絡與云端遠程連接并保持在線，通過云端對銷售情況進行管理及調度。 售貨機內部有140 個倉位，最多可容納140 件商品，每件商品允許有各自的品類、型號、價格及其他信息，每件商品通過獨立的二維碼進行標識并由設備內部和網絡后臺通信， 實現自動識別。 每次上貨后，設備對倉位進行建倉掃描，掃描后的貨物類型、數量等信息存儲在本地并上傳到云端。

銷售產品單品價值較高， 特別舍棄了傳統現金支付方式，僅保留在線支付方式，系統維護簡單，管理方便，提高了用戶購買效率， 方便企業對銷售信息和資金的在線管理。

每一臺泳衣售貨機都有全球唯一代碼， 云端后臺可以通過網絡監控每一臺設備的實時銷售情況， 也可以統計已銷售的產品類型和數量多少， 并通知當地理貨員及時維護和上貨。

1 系統整體設計

如圖1 所示，自動售貨機由售貨機殼體，以及水平運動機構、垂直運動機構、掃碼推頂機構、倉儲機構和電氣控制模塊組成。

圖1 系統整體結構

如圖2 所示，電氣系統由電源、計算機、控制器、二維碼掃描、伺服電機、觸摸屏等模塊組成[1]。 泳衣商品由人工隨機上貨， 掃碼推頂機構掃碼槍對每個倉位進行掃碼，將二維碼信息通過串口通訊電路傳輸給PC 機；客戶通過觸摸屏既可以看到模特的穿著效果，也可以按照提示選擇自己需要的商品，進行在線支付。

圖2 系統電氣系統框圖

客戶按下對應的商品， 系統把這個指令發送到后臺服務器。 后臺服務器按照所選商品的定價生成收款二維碼并傳遞給售貨機，且在顯示屏上顯示出來，顧客掃碼付款，支付成功后，掃碼推頂機構根據系統數據庫中的商品倉位信息，運動到該倉位將貨物推出。

2 系統電路設計

2.1 電源電路

如圖3 所示，售貨機輸入電源220V，經過變壓器降到14V 左右，整流電路把14V 正弦交流電轉換為峰值為12V的電壓， 經過MC7812 與MC7805 輸出5V 電壓， IC7805的1、2 腳內部電路可以等效為一個電阻， 電容與IC 內部等效的反饋電路形成RC 電路， 使充放電時間常數變大，電壓波動變小，又由于7805 本身是穩壓塊，對于波動的電壓有穩壓作用。

圖3 電源電路

系統3.3V 電源，采用LM7805 將12V 轉為5V，然后再串聯LD1117 轉為3.3V。 輸入電壓和輸出電壓壓差越大，轉換效率越低，發熱越大。 為了提高穩壓芯片的工作效率，減少發熱量，在電路中需要多路電壓時經常會使用這種方式，可以先用穩壓芯片將12V 穩壓成5V，然后再將5V 轉換成3.3V。

2.2 單片機電路

系統采用以STM32 為控制核心的最小系統， 利用該芯片與上位PC 機進行串口通信、伺服電機控制、電磁閥的控制[2]。

如圖4 所示，通過MAX232 轉換芯片與計算機通信。MAX232 芯片不僅可以實現RS－232C 的技術指標， 而且芯片的供電電源只需要＋5V，這樣不僅使串行通信的性能更加可靠， 而且價格低廉， 單片機的TD （發射）與MCU＿TXD1 連接，單片機的RD（接收）與MCU＿TXD1 連接；PC 機的接收與T1OUT 相連，發射與R1in 相連，接口J1 與芯片MAX232 的連接。 通信協議如下：1）串行通信的波特率設為15200B／S；2）幀格式為1 位起始位，8 位數據位，2 位停止位；3） 無奇偶校驗位；4）PC 機采用COM1 口進行通信。

圖4 串口通信模塊

2.3 執行機構電路

推頂機構的運動由兩臺小功率伺服電機作為主要動力源，配有1︰50 的行星齒輪伺服電機專用減速器，驅動輕便，運動平穩，節能環保，支持超低功耗待機和遠程軟件管理，最低待機功耗僅60W，常規工作能耗小于120W。

如圖5 所示，AM26LS31 四差動線路驅動器開關速率32MHz；輸出電流±30mA；具有輸出短路保護功能；斷電時輸出呈高阻狀態；兼容TTL 電平，與單片機連接使用，后級連接控制伺服放大器，將脈沖信號轉換成差動輸出。

圖5 伺服驅動電路

機構門鎖與推頂由電磁閥驅動， 通過ULN2002 達林頓驅動電路，可用于驅動電磁閥、步進電機等感性負載。

3 系統算法

售貨機有140 個倉位，既有140 地址目標點，貨物推頂機構通過兩臺伺服電機驅動運行， 當客戶選擇多個泳衣商品時，控制器要根據各個倉位位置計算出最優路徑。

3.1 蟻群算法

蟻群可以在不同的環境下， 尋找最短到達食物源的路徑。 這是因為蟻群內的螞蟻可以通過某種信息機制實現信息的傳遞。 后又經進一步研究發現， 螞蟻會在其經過的路徑上釋放一種可以稱之為“信息素”的物質，蟻群內的螞蟻對“信息素”具有感知能力，它們會沿著“信息素”濃度較高路徑行走，而每只路過的螞蟻都會在路上留下“信息素”，這就形成一種類似正反饋的機制，這樣經過一段時間后，整個蟻群就會沿著最短路徑到達食物源了[3]。

3.2 路徑計算

應用蟻群算法求解路徑優化問題， 每個倉位坐標輸入由0 和1 組成的矩陣表示貨物推頂機構需要尋找最優路徑的地圖， 其中0 表示此處可以通過，1 表示此處為障礙物，應無障礙，矩陣全為0，輸入初始的信息素矩陣，選擇初始點和終止點并且設置各種參數。 選擇從初始點下一步可以到達的節點， 根據每個節點的信息素求出前往每個節點的概率，并利用輪盤算法選取下一步的初始點。計算公式，其中τij(t)為每個位置的信息素的濃度，ηij為相關聯的啟發式的信息，α、β 為權重參數，更新路徑以及路徑長度，重復以上過程，直到螞蟻到達終點或者無路可走，取M=10 只螞蟻迭代結束，更新信息素，，，0 表示螞蟻不經過該位置，ρ 為信息素揮發系數，Q 為信息量增加強度，LK(t)為路徑長度，N=3 取三代螞蟻迭代結束[4]。

4 結語

本文設計的智能泳裝自動售貨機電路，給出了以單片機為控制器的硬件電路設計，對售貨機的倉位貨物的目標尋址提出了螞蟻算法。 經過測試，該電路運行穩定，能夠實現泳衣自動售貨機的售貨功能，又能實現銷售數據的監控和管理。