基于LabVIEW 的自動售貨機系統設計

張安莉，謝 檬，郭 月

（西安交通大學城市學院，陜西西安 710018）

最早時期的自動售貨機概念來自于古埃及，科學家HERON 在他的書中描述道：這種裝置只需要將錢幣投入，便可以有源源不斷的水流[1-3]。日本1904年問世的“郵票明信片自動出售機”是第一臺實用型的自動售貨機[4-7]。自此以后，自動售貨機作為一種商業自動化設備出現在人們生活的各個方面[8-9]。自動售貨機不受時間和空間的限制，可以在日常生活中解決買東西需要排隊的問題，更在某種程度上節省了人力，讓人們的交易變得更加方便快捷[10-12]。文獻[13-17]采用可編程序控制器(PLC)控制自動售貨機，實現售貨機的基本功能，文獻[18-19]通過Multisim 和EDA 方法進行自動售貨機仿真設計，實現了自動售貨功能，文獻[20]采用LabVIEW 設計了

如何高效便捷地實時監控自動售貨機是否正常工作，貨存量是否充足，能否自動補貨存是自動售貨機控制系統研究的關鍵問題。該系統在LabVIEW平臺上，從錢幣處理，儲存商品，顯示信息等主要方面設計控制系統，包括語音提示模塊、錢幣投入模塊、商品種類及數量的選擇模塊、余額計算模塊、出貨模塊，實現了語音播報商品名稱和錢幣選擇、商品種類及數量選擇、找零、余額不足顯示等功能。

1 總體方案設計

文中在LabVIEW 平臺上設計的自動售貨機系統結構如圖1 所示。

圖1 系統結構

系統主要包括錢幣投入模塊，商品種類和數量選擇模塊，出貨和退幣模塊，出錯警告模塊。

1.1 錢幣投入模塊

該系統選用模擬按鈕，表示錢幣的投入，即點擊一次貨幣按鈕代表一次錢幣的投入，多次點擊貨幣按鈕可增加投入貨幣量。例如；點擊“5 角”按鈕，表示投入5 角貨幣，連續點擊該按鈕，則依次累計5角。其余貨幣按鈕功能類似。

1.2 商品種類和數量選擇模塊

商品種類的選擇通過不同種類的商品按鍵，多次點擊同一類型按鍵表示購買商品數量的增加，同時會在前面板設置顯示用戶的購買信息。

1.3 出貨和退幣模塊

在用戶投入貨幣之后，開始選擇商品，在確認購買商品之前，先進行余額計算，若有剩余余額，則獲取商品和退幣，若沒有剩余余額，則只獲取商品。若投入錢幣無法購買任何商品，可選擇直接退幣。

1.4 出錯警告模塊

在用戶投入錢幣之后，先根據投入錢幣選擇商品，然后將所選的商品價格與投入錢幣進行比較，若剩余錢幣不足，則無法購買商品，這時前面板的商品按鈕不再閃爍，表示購買失敗。

2 系統軟件設計

系統的軟件設計主要包括主程序的設計和商品種類選擇子程序的設計。

2.1 主程序設計

該系統的主程序流程圖如圖2 所示，首先，系統進行初始參數的設定，即每種商品單價的確定和商品庫存數量的設定；然后，開始判斷是否投幣，如果投幣成功則開始判斷是否能選擇商品，如果投幣失敗則繼續判斷是否投幣；如果可以選擇商品，則計算出投入金額與商品價格的差價，先在取物口獲取商品，如果不能選擇商品，則余額不足；這時再決定是否退幣，如果不需要退幣，還需購買其他商品，可選擇繼續投幣進行購買，如果需要直接退幣，可直接在取物口取出剩余貨幣。此時購買過程結束，再次購買時需重新開始。

圖2 主程序流程圖

2.2 商品種類選擇子程序的設計

商品種類選擇子程序流程圖如圖3 所示。首先，系統進行初始參數的設定，即分別對每種商品的單價和庫存數量進行設定；然后，開始判斷是否投幣，如果投幣成功則判斷是否購買零食，如果投幣失敗則繼續判斷是否投幣；如果選擇零食，應計算出投幣金額與所選零食的差價，并獲取所購買的零食；如果不選擇零食，則判斷是否購買飲料，購買飲料應計算出投幣金額與所選飲料的差價，并獲取所購買的飲料；如果不購買飲料，再判斷是否退幣，如果不需退幣，還需購買其他商品，可選擇繼續投幣進行購買，如果需要直接退幣，可直接在取物口取出剩余貨幣。此時購買過程結束，再次購買時需重新開始。

圖3 商品種類選擇子程序流程圖

3 系統的虛擬面板設計

系統的虛擬面板設計分為兩個子面板：用戶操作子面板和后臺操作子面板。

3.1 用戶操作子面板

用戶操作子面板如圖4 所示，包括用戶操作指示燈、商品的圖標和價格、狀態顯示、金額顯示、貨幣按鈕、商品確認按鈕、退幣按鈕和出貨信息。

圖4 用戶操作子面板

1）用戶操作指示燈

自動售貨機在用戶正常使用時，指示燈閃爍為黃色，關閉自動售貨機后，指示燈關閉，不再閃爍，用戶操作指示燈主要用來顯示自動售貨機是否正常工作。

2）商品圖標與價格及確認按鈕

6 個商品圖片表示6 種不同的商品，分別是：可樂、脈動、怡寶、方便面、好吃點和鳳爪；設置6 種商品的出售價格：可樂3 元、脈動4.5 元、怡寶2 元、方便面5 元、好吃點4 元、鳳爪6 元；6 個商品都有對應的確認按鈕，在點擊按鈕時會有商品名稱的語音提示，聽到語音提示即為點擊成功。用戶根據所需選擇不同的商品，多次點擊，從而累計商品數量。

3）狀態與金額顯示

狀態顯示設置兩種不同的狀態：余額充足和余額不足無法購買。用戶在操作時，狀態顯示也可判斷錢幣是否成功投入，若成功投入，則可根據投入錢幣繼續購買商品；若投入失敗，則可選擇重新投入錢幣或直接購買失敗獲取退幣。金額顯示處在用戶投入不同貨幣時會顯示投入的相應貨幣金額，消費后會顯示消費后的剩余金額。

4）貨幣按鈕和退幣按鈕

系統設置4 種不同的貨幣按鈕：5 角、1 元、5 元和10 元。用戶通過點擊貨幣按鈕投入相應金額，語音提示所選金額，即投入成功，多次點擊，會自動累計投入貨幣金額。用戶經過投入錢幣，選擇商品種類及數量，獲取商品，選擇是否退幣后，點擊退幣按鈕，可取出剩余貨幣。

5）出貨信息

出貨信息用來顯示用戶使用時所投入的金額、商品種類及數量的選擇、退幣金額及交易是否成功的信息。

3.2 后臺操作子面板

后臺操作子面板如圖5 所示，包括：上貨按鈕、銷售金額顯示、關閉售貨機按鈕、商品單價及數量顯示。用戶是否能夠正常使用自動售貨機，取決于商家是否上貨與關閉售貨機，該操作是在后臺操作子面板完成的。

圖5 后臺操作子面板

1）上貨按鈕

用戶在操作子面板完成若干購買過程后，商品數量會減少。商家可在后臺操作子面板上點擊上貨按鈕，使所選商品的庫存恢復到初始設定的20 件，商品單價不變。

2）交易金額顯示

交易金額顯示是指用戶結束一次操作后，在該處顯示此次操作的總銷售金額，用戶再次操作時銷售金額初始化，恢復為0 元；關閉售貨機按鈕是將銷售單價，銷售數量，銷售金額初始化，在下次使用時即是用戶重新開始購買操作。

4 系統的功能測試

系統的功能測試包括：商品購買成功和商品購買失敗的功能測試，以及對購買的歷史數據記錄進行了分析。

4.1 商品購買成功的功能測試

在金額充足的情況下成功購買脈動的用戶操作子面板和后臺操作子面板分別如圖6、圖7 所示。

圖6 成功購買商品時的用戶操作子面板

圖7 成功購買商品時的后臺操作子面板

用戶投入11 元貨幣，聽到語音提示“1 元”“10元”，狀態顯示欄顯示金額充足，所有商品的按鈕閃爍，即表示所有商品都可購買。此時用戶選擇兩罐脈動，語音提示“脈動”，并通過兩次點擊脈動的確認按鈕進行購買，消費金額9 元，剩余2 元，此時狀態顯示金額為2 元，整個購買過程結束，該用戶成功購買。成功購買商品的過程都會在出貨信息欄顯示，包括實時投入金額11 元，消費金額9 元，和成功購買脈動兩罐。后臺顯示消費金額9 元，以及剩余脈動數量為18 罐。

4.2 商品購買失敗的功能測試

用戶投入7 元貨幣，語音提示“7 元”，狀態顯示欄顯示金額充足，所有商品的按鈕閃爍，此時用戶選擇一包鳳爪，語音提示“鳳爪”，通過點擊鳳爪的確認按鈕進行購買，消費金額6 元，剩余金額1 元，此時商品按鈕全都停止閃爍，即余額不足，無法繼續選擇用戶欲購買的商品，此次交易失敗。整個購買過程都會在出貨信息欄顯示，包括實時投入金額7 元，消費金額6 元。后臺顯示消費金額為6 元，鳳爪剩余數量為19 包。用戶購買失敗的用戶操作子面板和后臺操作子面板如圖8、圖9 所示。

圖8 購買失敗時的用戶操作子面板

圖9 購買失敗時的后臺操作子面板

4.3 購買歷史數據存儲及查詢

測試商品的銷售歷史數據分為日銷售交易和月銷售交易兩種情況。

1）日銷售交易情況表

①飲料記錄銷售表

2019 年5 月10 日自動售貨機所記錄的飲料銷售量記錄見表1。包括購買飲料的時間、種類、數量、單價、用戶投幣、消費總額以及剩余余額。從用戶選擇飲料種類來看，可樂是最優選擇；從用戶選擇飲料數量來看，怡寶是最優選擇；因此，可在上貨時適當增加怡寶和可樂的數量。同時可以看出脈動的銷量很低，因此，在上貨時適當減少脈動的數量。

表1 飲料的日銷售表

②零食銷售記錄表

2019 年5 月10 日自動售貨機所記錄的零食銷售量的記錄見表2。包括購買零食的時間、種類、數量、單價、用戶投幣、消費總額以及剩余余額。從用戶選擇零食種類來看，泡面是最優選擇；從用戶選擇零食數量來看，好吃點是最優選擇；因此，可在上貨時適當增加泡面和好吃點的數量。同時可以看出鳳爪的銷量很低，因此，在上貨時適當減少鳳爪的數量。

表2 零食的日銷售表

2）月銷售交易情況表

在2019 年5 月份抽取了11 天的時間，對所售賣商品進行了銷售數據記錄分析。

①飲料銷售記錄表

11 天內對飲料銷售量最高的記錄見表3。包括購買飲料的時間、種類、數量、單價以及消費總額。可看出：在11 天內，可樂在飲料中銷售量最高，脈動在飲料中銷售量最低；因此，在下半月上貨時需適當增加可樂數量和減少脈動數量。

表3 飲料的月銷售表

②零食銷售記錄表

11 天內對零食銷售量最高的記錄見表4，包括購買零食的時間、種類、數量、單價以及消費總額。可看出：在5 月份的上半月，泡面在零食中銷售量最高，鳳爪在零食中銷售量最低；因此，在下半月上貨時需適當增加泡面數量和減少鳳爪數量。

表4 零食的月銷售表

3）系統測試小結

通過5 月10 日對零食和飲料進行的日銷售量記錄，以及從5 月1 日到5 月11 日十一天里對零食和飲料進行的月銷售量記錄，詳細展示了每類商品的銷售數量、消費金額，并在飲料和零食的分別對比之后，得出銷量最高的零食和飲料分別是泡面和可樂，銷量最低的零食和飲料分別是鳳爪和脈動。因此，可在之后上貨時參考該結論，適當增加銷量較高的泡面和可樂的數量，適當減少銷量較少的鳳爪和脈動的數量。

5 結束語

文中設計的基于LabVIEW 的虛擬自動售貨機系統能夠完成自動售貨機所擁有的基本功能，用戶在開始操作售貨機的過程中，有錢幣的投入，商品種類及數量的選擇，購買完成后剩余金額的計算，獲取商品和剩余錢幣4 個模塊，在商品選擇和錢幣投入模塊，還添加了語音播報，該功能可根據用戶的操作實時播報投入的錢幣名稱和所選擇的商品名稱。經過系統測試，實現了實時監控自動售貨機是否正常工作，貨存量是否充足，實現了高效便捷的自動補貨存等關鍵功能，滿足了實際需要。