劉 湘

（深圳市捷視互聯(lián)科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

自動(dòng)售貨機(jī)是一種商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，提供自動(dòng)售貨操作，無須人工協(xié)助，具有操作更靈活的優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)售貨機(jī)通過接受客戶以硬幣形式支付的款項(xiàng)來執(zhí)行自動(dòng)售貨交易，現(xiàn)在使用借記卡和信用卡租賃選定的產(chǎn)品。該控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)控、制冷、產(chǎn)品交付、支付及報(bào)警等功能。

1 研究的目的

該文的目的是為自動(dòng)售貨機(jī)開發(fā)智能控制系統(tǒng)，對自動(dòng)售貨機(jī)的功能進(jìn)行智能控制，使自動(dòng)售貨機(jī)能夠支持硬幣、手機(jī)支付和銷售點(diǎn)終端支付選項(xiàng)。它還可以處理制冷、產(chǎn)品分配以及控制照明。機(jī)器還可以監(jiān)視產(chǎn)品可用性狀態(tài)和一般機(jī)器狀態(tài)，并向所有者和用戶報(bào)警。滿足創(chuàng)新、高清、觸摸屏、非現(xiàn)金支付方式、物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)的需求。大多數(shù)自動(dòng)售貨機(jī)都設(shè)計(jì)有自動(dòng)售貨機(jī)控制器，用于管理支付、制冷、燈光控制和產(chǎn)品處理等基本子系統(tǒng)。自動(dòng)售貨機(jī)控制器通常基于一個(gè)低端微控制器，它缺乏計(jì)算能力、連接性和可管理性，并且易于重新編程，以支持新的安裝后服務(wù)。從簡單的低端微控制器到可編程邏輯控制器，包括三菱PLCFX2N-32MR、西門子PLC和用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器控制系統(tǒng)的基于處理器的控制器，都有了技術(shù)進(jìn)步?？刂葡到y(tǒng)提供了智能系統(tǒng)技術(shù)，如高清觸摸屏和遠(yuǎn)程管理設(shè)備軟件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了將食品和飲料分發(fā)到廣告平臺(tái)等服務(wù)中的范圍[1]。高科技的自動(dòng)售貨機(jī)支持所有的支付方式，例如手機(jī)、硬幣和銀行卡?？赏瑫r(shí)購買多種產(chǎn)品，使機(jī)器高效、快速、可靠地提供服務(wù)?？刂葡到y(tǒng)控制支付系統(tǒng)、溫度系統(tǒng)和產(chǎn)品移動(dòng)。

2 相關(guān)研究

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加快了行業(yè)創(chuàng)新步伐，改變了市場，而自動(dòng)售貨業(yè)也從這些進(jìn)步中受益。自動(dòng)售貨機(jī)可以提供移動(dòng)電話充電、免費(fèi)Wi-Fi和從USB驅(qū)動(dòng)器平臺(tái)打印等服務(wù)。一些自動(dòng)售貨機(jī)在機(jī)器內(nèi)部安裝了Wi-Fi和GPRS，以便收集庫存水平數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到集中的數(shù)據(jù)庫以制定補(bǔ)充計(jì)劃。機(jī)器控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所有這些系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要包括繼電器控制、微機(jī)控制和PLC控制。機(jī)器支付系統(tǒng)有不同的形式，最常見的是硬幣支付系統(tǒng)。該機(jī)器有一套完整的機(jī)械和電子概念系統(tǒng)，以完善產(chǎn)品交付流程。隨著科技的飛速發(fā)展，企業(yè)的目標(biāo)是通過新的創(chuàng)新商業(yè)模式和營銷策略來提高消費(fèi)者的消費(fèi)水平。網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）和互聯(lián)網(wǎng)為計(jì)算實(shí)體提供快速的連接，同時(shí)為過程訪問、使用數(shù)據(jù)訪問和管理互聯(lián)網(wǎng)提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)，以提高系統(tǒng)性能[2]。如今的支付平臺(tái)可以選擇非現(xiàn)金支付，對用戶 更為友好，網(wǎng)絡(luò)為移動(dòng)設(shè)備提供個(gè)人賬戶信息，電話服務(wù)運(yùn)營商提供的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為無現(xiàn)金支付系統(tǒng)提供了支付渠道。將個(gè)人賬戶信息放入移動(dòng)設(shè)備的過程，稱為空中傳送（OTA）供應(yīng)。

3 控制系統(tǒng)的開發(fā)

本節(jié)重點(diǎn)介紹用于開發(fā)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)（圖1所示）的程序。根據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)對各種概念進(jìn)行篩選，并對概念進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和組合，直到選出最終的概念進(jìn)行開發(fā)。

圖1 系統(tǒng)方框圖

3.1 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)質(zhì)量功能配置

該節(jié)的目的是確定客戶的需求，并將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品特性要求或技術(shù)數(shù)據(jù)。在解決方案生成過程中，確定了各種需求，并強(qiáng)調(diào)了它們之間的關(guān)系?？蛻艉陀脩舯硎?，他們希望控制系統(tǒng)能夠滿足他們的需求。然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為技術(shù)工程數(shù)據(jù)，將其置入系統(tǒng)設(shè)置，滿足客戶需求[3]。

概念開發(fā)：概念是在篩選階段產(chǎn)生的，目的是提出一種開發(fā)解決方案。

3.1.1 概念A(yù)：模糊邏輯控制器（基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的控制器）

該概念包括以下組件。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備：該設(shè)備是控制系統(tǒng)的核心引擎。它基于Intel Atom E3825處理器，提供網(wǎng)絡(luò)和嵌入式控制的集成技術(shù)和協(xié)議。它通過接口板接收輸入信號，并通過同一接口板向各種機(jī)器外圍設(shè)備發(fā)送輸出信號。

自動(dòng)售貨機(jī)輸入/輸出擴(kuò)展板：這是一個(gè)雙板，提供了IoT 網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的交互能力，該設(shè)備也類似于自動(dòng)售貨機(jī)控制器和自動(dòng)售貨機(jī)外圍設(shè)備。它支持多種電機(jī)配置和協(xié)議轉(zhuǎn)換，使輸入輸出更加靈活。

自動(dòng)售貨機(jī)外圍設(shè)備：這些是控制器監(jiān)控的各種小型獨(dú)立配置。這些外圍設(shè)備包括觸摸屏、無現(xiàn)金支付終端、產(chǎn)品交付系統(tǒng)和制冷。這些外圍設(shè)備由各種執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。

3.1.2 概念B：PID控制器（Nuvoton W78052DDGMicro controller）

這個(gè)概念將PID用于8位Nuvoton W78E052DDG微控制器上的比例積分微分控制器。這一概念由以下部分組成。

Nuvoton W78052DDG微控制器：這是所有指令處理完成的核心概念。它通過接口板處理輸入信號以控制各種機(jī)器外圍設(shè)備。它是1個(gè)8位微控制器，功耗較低，可以支持較寬的頻率。

89V51RD2閃光器板接口RS232：該板通過輸入輸出端口連接微控制器和自動(dòng)售貨機(jī)外圍設(shè)備。P89V51RD2允許串行編程，可以通過與PC的串行連接直接使用該板編程，無須額外的外部編程器。

自動(dòng)售貨機(jī)外圍設(shè)備：這些是控制器監(jiān)控的各種小型獨(dú)立配置。這些外圍設(shè)備包括無現(xiàn)金支付終端、產(chǎn)品交付系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。這些外圍設(shè)備由各種執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。

3.1.3 概念C：可編程邏輯控制器（PLC）

這個(gè)概念使用PLC上的梯形邏輯指令來監(jiān)視和控制自動(dòng)售貨機(jī)。該概念包括以下組成部分。

可編程控制器：該裝置是控制系統(tǒng)的核心引擎。Ladderlogic指令存儲(chǔ)在從那里執(zhí)行的內(nèi)存中。在需要高輸入/輸出靈活性的地方，可以在PLC中添加單獨(dú)的輸入和輸出模塊。

自動(dòng)售貨機(jī)外圍設(shè)備是控制器監(jiān)視的各種小型獨(dú)立配置。這些外圍設(shè)備包括無現(xiàn)金支付終端、產(chǎn)品交付系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。這些外圍設(shè)備由各種執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。在制冷系統(tǒng)中，通過連續(xù)控制壓縮機(jī)的速度來進(jìn)行建模，該系統(tǒng)包括溫度傳感器和壓縮機(jī)（風(fēng)扇）。溫度傳感器用于捕獲機(jī)器冷藏室的溫度并驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。選擇LM35傳感器。LM35是一種精密集成電路溫度裝置，輸出電壓與攝氏溫度成正比，無須外部校準(zhǔn)。選擇接口板是獲得最佳性能的主要決定因素。接口板選擇標(biāo)準(zhǔn)如下。工作溫度：0℃~45℃。I/O端口：高I/O端口，接口端口：具有仲裁選項(xiàng)的多個(gè)端口。最大尺寸（長×寬）為400mm×120mm?？刂葡到y(tǒng)為用戶提供硬幣、銀行卡和手機(jī)的支付選項(xiàng)，非常適合當(dāng)前和未來的客戶需求。它是基于人工智能開發(fā)的軟件，提供了交互式的控制功能。并且采用了1個(gè)雙板解決方案，具有自動(dòng)售貨機(jī)控制器和自動(dòng)售貨機(jī)輸入設(shè)備之間的交互能力。

3.2 概念評分

經(jīng)過篩選的概念有1個(gè)評分標(biāo)準(zhǔn)。再次制定評分標(biāo)準(zhǔn)并用于評分。

3.3 輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)負(fù)責(zé)將所選項(xiàng)目交付到收集盤，客戶可以在那里訪問購買的產(chǎn)品或項(xiàng)目。傳送系統(tǒng)主要取決于產(chǎn)品類型和機(jī)器中物品的物理安排或存放。

3.3.1 概念1：輸送機(jī)

輸送機(jī)允許采購物品從其儲(chǔ)存位置傳送到分配盤，在那里它可以自由地落入收集盤。這一概念允許選定的產(chǎn)品通過杯式輸送機(jī)系統(tǒng)輸送到輸送管。使用塑料輸送機(jī)將采購的物品移動(dòng)到機(jī)器的末端，在那里為客戶放置收集盤。一旦它到達(dá)那里，當(dāng)傳送系統(tǒng)繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，它會(huì)傾斜杯子系統(tǒng)，將購買的物品排到傳送滑槽上。

3.3.2 概念2：Carousel

Carousel概念源于自動(dòng)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)的Carousel系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，要購買的物品在重新評估之前被儲(chǔ)存在儲(chǔ)物箱中。系統(tǒng)有1個(gè)固定的點(diǎn)，被視為傳送帶上所有物品的卸料臺(tái)。儲(chǔ)物箱可以旋轉(zhuǎn)，這樣將物品一次一個(gè)地送到卸料箱。當(dāng)箱子中選定的物品到達(dá)卸貨區(qū)時(shí)，推桿推動(dòng)箱子，使其圍繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度不超過 1200°。

3.3.3 概念3：螺旋彈簧

螺旋彈簧使用螺旋機(jī)構(gòu)將物品從一點(diǎn)輸送到另一點(diǎn)。該系統(tǒng)采用螺旋機(jī)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將工件從A點(diǎn)傳遞到B點(diǎn)。

3.3.4 概念4：真空壓縮

這個(gè)概念通過壓縮空氣在揀選機(jī)和物品表面之間形成真空來實(shí)現(xiàn)。在預(yù)定的時(shí)間過后，壓力被釋放出來，導(dǎo)致拾撿器上的物品掉落。吸油時(shí)產(chǎn)生真空，下降時(shí)壓力降低。然后，物品在重力作用下自由落在收集盤上，顧客可以在那里取到它。

3.4 付款

下面討論用于支付的概念，并采用最佳概念進(jìn)行開發(fā)。支付流程圖解決了自動(dòng)售貨機(jī)中選擇支付選項(xiàng)（移動(dòng)電話、ATMcard 和硬幣）的問題。最初，機(jī)器處于基態(tài)，功率很低。當(dāng)客戶靠近機(jī)器觸摸屏界面時(shí)，機(jī)器通電，觸摸屏顯示可用物品、數(shù)量和價(jià)格[4]。將顯示一條彈出消息，提示客戶選擇要購買的項(xiàng)目和數(shù)量?？蛻暨x擇購買項(xiàng)目及其數(shù)量。系統(tǒng)計(jì)算并顯示總成本?？蛻魪目捎玫母犊钸x項(xiàng)中選擇付款選項(xiàng)。

3.4.1 硬幣支付邏輯

硬幣支付系統(tǒng)允許將多種類型的硬幣輸入自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行購買交易。選擇貨物和數(shù)量后，系統(tǒng)計(jì)算總成本并顯示在屏幕上。當(dāng)客戶選擇硬幣支付選項(xiàng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示他將硬幣插入硬幣兌換機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用硬幣的內(nèi)置編程特性來驗(yàn)證硬幣，并根據(jù)特定標(biāo)準(zhǔn)檢查其完整性。如果硬幣通過驗(yàn)證，系統(tǒng)將計(jì)算硬幣的總價(jià)值，并將其與所選商品的價(jià)格進(jìn)行比較。如果價(jià)值等于價(jià)格，則交易完成，產(chǎn)品通過機(jī)械交付系統(tǒng)交付。

3.4.2 刷卡支付流程

信用卡系統(tǒng)允許客戶使用信用卡和借記卡從自動(dòng)售貨機(jī)購買商品。交易通過客戶開證行和客戶收單行進(jìn)行。這2種交易允許將資金從客戶開證行轉(zhuǎn)移到商品開證行以交換貨物。選擇商品和數(shù)量后，系統(tǒng)計(jì)算總成本并顯示在屏幕上。當(dāng)客戶選擇刷卡付款選項(xiàng)時(shí)，屏幕顯示刷卡提示。

該系統(tǒng)使用磁條讀卡器，提取并編碼卡上的磁性數(shù)據(jù)，并用它來驗(yàn)證卡的有效性和訪問用戶賬戶。系統(tǒng)還讀取客戶賬戶中的可用資金量。如果卡片有效并被系統(tǒng)識(shí)別，系統(tǒng)會(huì)提示客戶輸入PIN。系統(tǒng)會(huì)驗(yàn)證輸入的PIN是否正確，并將可用資金與價(jià)格進(jìn)行比較。如果資金超過所選商品的價(jià)格，則通過分配系統(tǒng)交付產(chǎn)品，否則交易終止。

3.4.3 移動(dòng)支付流程

移動(dòng)支付允許客戶使用手機(jī)支付商品或服務(wù)。交易通過客戶移動(dòng)運(yùn)營商和商戶收單銀行之間的內(nèi)部通信完成。控制系統(tǒng)應(yīng)確保系統(tǒng)可顯示多個(gè)支付選項(xiàng)。

選擇貨物和數(shù)量后，系統(tǒng)計(jì)算總成本并在屏幕上顯示。當(dāng)客戶選擇移動(dòng)支付選項(xiàng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示他輸入短代碼*151*2*2*商戶代碼，并按照提示完成交易。一旦交易通過POS移動(dòng)設(shè)備成功完成，就會(huì)向分配系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號以交付所選產(chǎn)品。

3.4.4 支付系統(tǒng)原理

系統(tǒng)組件是用于硬幣兌換機(jī)和通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供商進(jìn)行卡和移動(dòng)支付的POS終端，它們都通過接口板和連接電纜與控制器相連。該控制系統(tǒng)為用戶提供了硬幣、銀行卡和手機(jī)的支付選擇，非常適合當(dāng)前和未來的客戶需求。

3.4.4.1 硬幣兌換機(jī)

硬幣兌換商驗(yàn)證所有硬幣，并確定哪些是真的，哪些是假的，因此可以直接接受或拒絕硬幣，拒絕后返還硬幣。硬幣兌換機(jī)要求，選擇使用DG600F硬幣兌換機(jī)。

3.4.4.2 POS設(shè)備

POS 設(shè)備有磁條閱讀器和從控制器，可以讀取和處理借記卡和信用卡。它也接受通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商使用商戶號碼進(jìn)行移動(dòng)支付。

3.5 報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控產(chǎn)品可用性狀態(tài)和機(jī)器狀態(tài)。

系統(tǒng)有電容傳感器和LED。傳感器監(jiān)控產(chǎn)品可用性，并根據(jù)產(chǎn)品可用性狀態(tài)激活LED。操作方法如下。當(dāng)傳感器（S1）在傳送帶中的最后一個(gè)產(chǎn)品被釋放后被激活時(shí)，黃色LED被激活以指示機(jī)器中的產(chǎn)品處于低位。當(dāng)產(chǎn)品在最終傳送帶2上繼續(xù)分配時(shí)，在分配最后一個(gè)項(xiàng)目或產(chǎn)品時(shí)，傳感器（S2）被激活，紅色LED被激活以指示產(chǎn)品為空。當(dāng)系統(tǒng)檢測到一枚假幣時(shí)，它被拒絕，蜂鳴器響起。如果自動(dòng)售貨機(jī)序列中斷或未能完成，蜂鳴器也會(huì)響起。報(bào)警系統(tǒng)基本上有以下組件：接近傳感器、紅色和橙色LED、蜂鳴器。

3.5.1 接近傳感器

接近傳感器用于監(jiān)控產(chǎn)品可用性，輸出用于確定LED狀態(tài)。

3.5.2 LED指示燈

需要2個(gè)LED，紅色和橙色，以指示自動(dòng)售貨機(jī)的狀態(tài)。該項(xiàng)目選用的LED為OC451-01超亮橙色和RC451-06超亮紅色。

3.5.3 蜂鳴器

蜂鳴器需要根據(jù)機(jī)器狀態(tài)發(fā)出聲音。該文選用的蜂鳴器為HPE-30P壓電蜂鳴器。HPE-3OP壓電緩沖器工作電壓范圍寬，功耗低。它產(chǎn)生的聲音脈沖音調(diào)非常清晰，穿透力強(qiáng)。

4 討論

自動(dòng)售貨機(jī)的可用性是很重要的，因?yàn)樵S多人依賴它們來方便地獲取產(chǎn)品。這些機(jī)器用于分配各種產(chǎn)品，不需要銷售人員在場?；ヂ?lián)網(wǎng)和新技術(shù)使市場動(dòng)態(tài)不斷變化，自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)隨著計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步不斷完善。通過LCD/觸摸屏顯示、圖像傳感、無現(xiàn)金（移動(dòng)和卡系統(tǒng)）支付等一系列技術(shù)，遙測平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為消費(fèi)者提供了一個(gè)新的用戶友好的環(huán)境。位于各個(gè)競爭優(yōu)勢中心的自動(dòng)售貨機(jī)可以通過廣域網(wǎng)（WAN）和局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)連接起來。使用手機(jī)應(yīng)用程序可以控制和調(diào)節(jié)機(jī)器，并在需要時(shí)獲得必要的信息。

5 結(jié)語

該設(shè)計(jì)利用網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨過程。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)支付靈活、移動(dòng)和具有刷卡功能的目標(biāo)，使其成為與所有手機(jī)類型高度兼容的多支付系統(tǒng)設(shè)備。該控制系統(tǒng)建立在自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)上，能夠結(jié)合未來技術(shù)變化，為消費(fèi)者提供可靠，并且快速相應(yīng)的銷售系統(tǒng)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)總體配置來看，系統(tǒng)有效運(yùn)行需要注意一些方面，例如需要一個(gè)能夠在故障發(fā)生之前檢測故障的自動(dòng)故障檢測系統(tǒng)。避免由于故障而導(dǎo)致的機(jī)器出現(xiàn)致命錯(cuò)誤。這有助于提高機(jī)器的安全性和可靠性。