張繪敏

(河南應用技術職業(yè)學院機電工程學院 鄭州 452000)

引言

中國在無人售貨機方面發(fā)展迅速，尤其以友寶智能為代表的第二代自動售貨機，通過互聯(lián)網(wǎng)，于2013年成為微信支付的首批合作伙伴之一，大力發(fā)展移動支付功能，讓自動售貨機在移動支付方面領先全球。[1]但主要售賣飲料、食品、報紙、香煙等物品，在蔬菜無人售貨方面的應用還不是很普及。針對目前上班族和老年人在選購蔬菜時的不便，設計出一臺使用方便、節(jié)約購買時間的蔬菜自動售貨機。蔬菜自動售貨機節(jié)省人力，不用人員看守；全天不間斷供貨；無人購買時在公共場合插播廣告宣傳，[2]因此得到了較為迅速的發(fā)展。但由于沒有得到很好的推廣，尤其是三四線城市和縣級地區(qū)以及農(nóng)村并未普及，并且在設計上過于復雜，不便于操作。因此通過調(diào)查研究目前已存在的多種類型的自動售貨機，分析用戶操作習慣，確定機器的結構及組成，在此基礎上設計出此控制系統(tǒng)。

1 蔬菜自動售貨機的總體結構

1.1 主機和輔機的結構及組成

主機箱體的頂端裝備有網(wǎng)絡攝像頭，網(wǎng)絡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選擇按鍵；右側區(qū)域為支付系統(tǒng)，設有投幣口、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)境是需要來制冷還是制熱，實現(xiàn)蔬菜恒溫儲存，保證蔬菜的新鮮。[3]

1.2 蔬菜自動售貨機的工作原理

蔬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)金投幣或者微信、支付寶二維碼進行付款，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。

1.3 蔬菜自動售貨機的控制系統(tǒng)總體設計

如圖1所示，下位機中I0.0～I3.3為數(shù)字量輸入信號，Q0.0～Q3.2為數(shù)字量輸出信號。顧客通過按鍵選擇商品來給定一個輸入信號，經(jīng)過PLC控制系統(tǒng)輸出的信號驅動相應的電機，使顧客選用的貨物出貨。PLC將采集的信號傳送到上位機，上位機通過與無線路由器和觸摸屏相互通信，可以在觸摸屏上實時監(jiān)控商品售賣的狀態(tài)。

圖1 控制系統(tǒng)總體設計

2 控制系統(tǒng)的硬件設計

2.1 PLC的I/O口分配

PLC 采用西門子公司 S7-200 ST60 CPU+EM DT08 35DI∕28DO，采用24V DC供電。PLC的輸入信號共28個，包括：1個退幣按鈕、12個商品選擇按鈕、12個商品感應開關、3個貨幣感應輸入口；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。PLC的輸出信號包括出貨電機控制、缺貨信號、可購買貨物指示燈信號，一共27個輸出量。

2.2 元件選型

根據(jù)設計要求，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，選用西門子3SB3206-0AA71發(fā)光按鈕。當顧客選購完商品后，蔬菜自動售貨機的出貨口需要對射檢測顧客選購的商品是否正常出貨，光電開關選擇E3JK-5DM1光電開關。出貨電機所對應的繼電器得電動作，相對應的蔬菜電機啟動，輸出貨物，繼電器選擇歐姆龍MY2N-J型。

2.3 電氣設備控制回路設計

主機電路圖如圖2所示，當電路中接通220V交流電時所有線路得電，QF是空氣開關，當電路中出現(xiàn)短路以及其他情況時可以迅速斷開，主要起到保護電路安全的作用。開關K1主要是控制整個主體機柜是否得電。工控機、攝像機、路由器和觸摸屏都是直接到220V的電源上。[4]壓縮機直接接入電路，PLC通過控制繼電器KA0來決定是否啟動壓縮機，由于壓縮機本身具有溫度控制的功能，可以根據(jù)外部環(huán)境的變化而變化來保證商品的外觀和可實用性，當溫度達到一定的范圍內(nèi)時，壓縮機會間斷性工作，方便且節(jié)能。

圖2 主機電路圖

工控機選用IPC-610MB-L研華AIMB-763系列，攝像機選擇九安360°全景網(wǎng)絡高清攝像機，無線路由器選擇華為公司的AR111-S無線路由器，觸摸屏選擇上海滔澤智能科技的IPM-150八線電阻式觸摸屏。

圖3 輔機電路圖

輔機電路圖如圖3所示，使用220V交流電源，當空氣開關QF3閉合，主機中的維修插座通電，通過安裝空氣開關，當對蔬菜自動售貨機進行維修或者定期檢查時，都可以很方便的斷電以保障維修工人的安全。輔機電路中的伺服驅動控制原理是：當顧客在選購蔬菜時，通過按鈕進行選擇，按下按鈕后繼電器得電動作，常開觸點閉合，相對應的伺服電機運行工作。

3 控制系統(tǒng)的軟件設計

3.1 系統(tǒng)初始化程序設計

當蔬菜自動售貨機重啟時，使整個系統(tǒng)清零，具備初始化功能，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)初始化程序

3.2 缺貨提示的程序設計

以香椿、胡蘿卜、西紅柿、白菜四種蔬菜為例，當蔬菜自動售貨機出現(xiàn)缺貨的情況時，相對應的按鈕便會自動閃爍，如圖5所示。

圖5 缺貨提示程序

3.3 貨幣感應及累加的程序的設計

分別設計出1元、2元、5元的貨幣感應程序，使貨幣感應識別器能夠識別出金額大小并將貨幣信息發(fā)送給支付系統(tǒng)，以5元的貨幣感應為例，程序如圖6所示。

圖6 貨幣感應程序

3.4 退幣找零的程序設計

退幣找零程序：購買完商品后還有余額且在一分鐘內(nèi)無選擇商品或者按下退幣按鈕，之后退出余額且余額顯示清零，如圖7所示。

圖7 退幣程序

4 仿真與調(diào)試

在程序的仿真實驗過程中，對退幣程序和可購買程序進行部分仿真。仿真時依次啟動I0.0、I0.1。當按下退幣電機I0.0，仿真軟件的輸出位Q0.0亮，說明出貨電機正常；當按下I0.1，仿真軟件的輸出位Q0.1亮，當金額大于等于2元時，可購買商品出貨正常。

4.1 當按下退幣按鈕后，退幣電機動作，仿真如圖8所示。

圖8 退幣仿真

4.2 當金額大于等于2元時，以香椿為例，按下SB2按鈕便可購買商品，如圖9所示。

圖9 2元蔬菜出貨仿真

5 結束語

本系統(tǒng)結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。本控制系統(tǒng)主要完成了蔬菜自動售貨機控制系統(tǒng)的PLC硬件電路設計和軟件程序設計，通過掃碼或投幣支付等方式，可以實現(xiàn)對不同種類的蔬菜進行售賣，滿足了蔬菜供應對特殊人群的需求。蔬菜自動售貨機目前在中國還未得到大范圍推廣，因此在國內(nèi)具有較大的市場潛力。