自动售货机的设计

1绪论1.1研究背景随着经济的发展,传统的固定地点人员销售模式暴露了许多缺点:人力资源需求;所需的服务位置,地理条件;而不是服务时间的最大服务给消费者。自动售货机解决了问题。各种生活、覆盖面广的自动售货,效率高,可以24小时不间断运行,容易和方便的位置,改变网站;全职运作,也可以是兼职(副业业务;)作为广告载体,可以使高外块。投资风险低,高收入。把钱商品添加员工只需要做。如此多的优势,自动售货机在世界上被广泛使用。智能自动售货机自动控制装置通过单片机为核心,它设置键选择技术,单片机技术和显示技术于一体,具有强大的特点功能,可靠性高,使用方便,维护简单等。因此,已广泛应用于商业和生活中。一些智能自动售货机不仅可以自动识别1元,5毛钱,还可以自动识别20元,10元,5元指出,将自动变化,应用人机对话来提高自动售货机在国内大面积推广成为可能。智能自动售货机越来越多的人性化设计将很快占领中国市场1.2国内外研究现状（1）发达国家现状日本：各种自动售货机保有量超过600万台，平均20人一台，世界普及率第一。1990年通过自动售货机实现的销售额即已达到5兆日元（约3000亿人民币）。美国：总的机器保有量大致和日本相当，2000年通过自动售货机实现的销售额达到250亿美元，其中OCS(OfficeCoffeeService）的销售额排第六位。韩国：自动售货机的使用历史要远短于其它发达国家，仅有25年，但据2001年的统计，总保有量已超过80万台。在2001年韩国生产的自动售货机中OCS占32.7%，排第一位，咖啡自动售货机占18.1%，排第三位，仅次于18.6%的充电自动售货机。瓶罐饮料自动售货机和复合型自动售货机（同机销售瓶罐饮料和热咖啡）都仅占8.6%，并列第四位。（2）国内现状保有量约2万台，且品种单一，主要以瓶饮料售货机为主，技术质量还未完全过关，生产和运营成本较高，收益也不高。导致此现状的主要原因是中国有关的自动售货机企业未能有效解决成本，质量，运营等诸多问题。但由于随中国经济的快速发展和社会的巨大进步，自动售货机的实际需求已相当大。1.3研究目的与意义1.3研究目的与意义在自动售货机的产生和发展的过程中，自动售货机的出现是随着科学技术的发展以及人们对生活劳动的感悟的结果。随着生产方式的改变，消费模式的转变，需要一种全新的消费模式来适应人们快节奏的生活方式。超市和百货中心的大量密集造成了人工费用不断上升，场地也受到制约。自动售货机作为一种便利快捷的机器便应运而生了。投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品，大大的节约了消费者的时间并且方便了消费者购物满足消费者的好奇新，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，更省力，资本少、面积小。1.4本章小结本科毕业设计是我对大学所学基础知识以及专业知识的一次综合运用和实践的过程。在电路的设计中，用理论结合实物，发挥自己的动手能力，解决实物制作中的问题，同时也提高我查阅文献资料、电脑绘图例如CAD绘图的巩固提高以及protues设计仿真电路图，还包括我们的基础课程《自动控制原理》，《电力电子》，《单片机应用基础》等。通过这次的设计我学会了通过查阅图书馆的文献资料来弥补自己专业知识以外的不足。2系统总体设计2.1设计要求自动售货机的设计。自动售货机是集光、机、电一体化的独立机构，它只需要顾客投币和按购物键选择即可自动售货及退找零钱，其工作程序如下图所示顾客投入货币顾客投入货币机器自动计数机器自动计数顾客按动按钮顾客按动按钮机器送出选定商品机器送出选定商品顾客取出商品顾客取出商品机器将余币送出机器将余币送出顾客取出余币顾客取出余币2.2系统设计方案方案一：安装接触行程开关

售完检测系统，在自动售货机商品存储存道下方安装有接触行程开关，当存储存道有商品时，压下行程开关，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。

2.2.1方案二：红外线对射

在自动售货机内最后一个商品的两侧，放置红外线。当有商品时，商品挡住红外线使其无法对射，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，红外线对射，向CPU发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。1.1设计要求设计一台销售袋装小零食的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货等功能。基本要求：①可识别5角、1元的硬币。并进行累加。②②有货物选择按键，根据选择自动出售对应货物。③具有防盗报警功能。2.2.2推进设计方案一：步进电机推进

采用步进电动机控制，步进电动机的精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控制系统定位准确，稳定时间短，采用单片机控制步进电动机，控制信号为熟悉信号，不再需要数/摸转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时，控制起来也十分方便，很容易构成数字位置控制系统。但步进电动机的控制系统相对复杂，价格比直流电动机高。制步进电机作相应的转动。很明显脉冲的总数决定了移动量，指令的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲可否被可靠的执行，基本上取决于步进电机的性能。三相步进电机结构图，如图3所示步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电数模（D/A）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常用步进电机作为驱动元器件。步进电机的控制电路接受计算机发来的指令脉冲。图3三相步进电机结构示意图

本设计是由单片机直接控制，步进电机可以直接接受的数字信号不需要数/模转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时控制起来方便，在销售移动距离较小的商品的时候不会产生误差。

步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电数模（D/A）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常用步进电机作为驱动元器件。步进电机的控制电路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动。很明显脉冲的总数决定了移动量，指令的频率决定了移动的指令脉冲可否被可靠的执行，基本上取决于步进电机的性能。80518051PA0PA1PA2PB2PB0PB1驱动电路驱动电路X轴步进电机Y轴步进电机图4步进电机与单片机机接口图4步进电机与单片机机接口售完检测系统，在自动售货机商品存储存道下方安装有接触行程开关，当存储存道有商品时，压下行程开关，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。2.3本章小结(1)

计币系统：顾客在买饮料时，可以直接投入1元或者5元等面值不等的纸币。投入的钱币会经过识别机构，记录个数然后累加数值，并将数据存放在D9（数据寄存器）中。

(2)

比较系统：投入钱币完毕后，系统会把D9内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行比较，当投入的钱币是三元时，可乐指示灯亮；当投入的钱币2.5元时，绿茶指示灯亮；当投入的钱币4元时，芬达指示灯都亮。(3)

选择系统：比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下西瓜汁或绿茶选择按钮时，相应的指示灯转为1

秒为周期的闪烁。当相应的饮料供应完毕后，闪烁同时停止。此时可以按继续购买按钮，继续购买饮料，实现循环购买。

(4)

饮料供应系统：当按下选择按钮时，相应的电机Y3—Y7启动。在饮料输出的同时，减去相应的购买钱币数，当饮料输出达到10秒时，电机停机。

(5)

退币系统：当顾客购完饮料后，多余的钱币只要按下退币按钮，系统就会把数据寄存器D9中的钱币退回。3系统硬件设计3.1最小系统设计在本次设计中，中央控制元件采用MCS-51系列单片机中的89C52。89C52单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种，其特性与MCS-51单片机基本一样。89C52单片机内部结构:89c52MCS-51系列单片机是英特尔公司的基本产品,它使用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术生产的高性能8位单片机,属于标准的MCS-51HCMOS产品。它结合了高速、高密度的CMOS技术和低功耗CMOS的特点,它是基于MCS-51单片机系统的标准结构和指挥系统,属于89c51单片机增强版本,集成时钟输出和向上/向下计数器更多特性,适用于电机控制等应用程序。89c52内部八中央处理单元,内部数据存储器RAM256字节,8k程序内存(ROM)在32双向输入/输出(I/O),3个16位定时器/计数器和5级两个中断结构,一个全双工串行通信端口,芯片时钟振荡电路。此外,89c52也可以在低功耗模式下工作,可以选择通过两种软件自由和权力模式。在空闲模式下冻结CPU和RAM计时器,串口中断系统保持其功能。掉电模式,节省内存数据,时钟振荡停止,停止芯片在同一时间内其他功能。89c52PDIP(40销)和PLCC(44销)两种包装形式。MCS-51的引脚图3.1.1外围电路设计89C51系列单片机功能特点1.主要特性①与MCS-51兼容②4K字节可编程闪烁存储器③寿命：1000写/擦循环④数据保留时间：10年⑤全静态工作：0Hz-24Hz⑥三级程序存储器锁定⑦128*8位内部RAM⑧32可编程I/O线⑨两个16位定时器/计数器、片内振荡器和时钟电路⑩5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式。3．管脚说明—VCC：供电电压。—GND：接地。—P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。—P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。3.1.2调速驱动电路设计电机调速控制模块(1)采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。(2)采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空调的开关状态，精确调整电动机转速。调速驱动电路，如图11所示。图11调速驱动电路3.1.3检测电路设计检测电路原理图，如图12所示3.1.4报警电路设计设计一种利用振动传感器检测环境变化，进而完成报警功能的系统，该系统方便、稳定。振动报警框图，如图14所示。遭到破坏遭到破坏振动声音报警手动复位图14振动报警框图系统由人为启动，接通电源后，进入警戒状态，检测到有破坏时，立即发出报警声，声响延迟一段时间后，再次进入警戒状态。为达到良好的实际使用效果，系统还应具备开机延时功能：用来防止主人在接通电源后，由于操作过程中的某些振动引起误报。振动系统原理图，如图15所示该电路由电阻、PNP三极管和一个扬声器组成。把Xi端和单片机的输出端P0.7相连。单片机工作时低电平有效，利用PNP三极管作为开关，当三极管处于截止状态时，相当于开关断开状态。当三极管处于深饱和状态时，相当于开关闭合，高电平变化为低电平，单片机工作，三极管驱动扬声器发出报警声音，只有人为的复位，才结束报警。3.2自动售货机系统程序流程图3.2.1自动售货机货币识别系统程序流程图 IEIE、TMOD置初值，使T0为计数工作方式0，T1为定时工作方式0TH0TH0、TL0、TH1、TL1置初值，启动T0计数器、T1定时器，循环计数R0置初值601是否完成？是否完成？YN检测检测T0是否有脉冲？NYT0T0、T1开始计数 T1T1计数是否溢出？NYTH1TH1、TL0重新设置计数初值将TL0将TL0计的数值存入R1、MONEY单元，然后TL0清零识别货币识别货币、累加计数结束自动售货机的按钮装置，其特征在于备有操作按钮和基板，操作按钮设置在面板上，基板设置在操作按钮侧的相反侧，具有显示部分和检测机构，显示部分显示与操作按钮对应的信息，检测机构用于检测操作按钮的操作，显示部分设在基板上的与操作按钮不相向的位置。3.2.2自动售货机的货物选择系统流程图3.2.3自动售货机的出货和显示花钱系统流程图设计设置了价格分别为1元、2元、3元不等的货物，一共12种。在通过按键选择物品后，将会把产生的信号输入给8255A的P1的引脚上，8255接收信号后，经过处理后，将会在货物输出端产生与其相对应的信号输出，控制所选货物的掉出液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器,广泛应用于各种电子产品，具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（LCD）的原理与阴极射线管显示器（CRT）大不相同，LCD是基于液晶电光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。3.2.4出错报警系统流程图由找钱系统1图（图见附录）我们可以看到该芯片8255A的CS与8751的P2.6相连，A0、A1分别与74LS373的3Q、4Q相连。这个已经在上一章中已经说过了，在这里就不再画了。当的3Q、4Q输出不同组合时，则控制选择了8255A的PA、PB、PC口，当取10时对应PC口输入输出；由于也受到P2.6的控制，只有当P2.6输出为0时，才能片选到该芯片8255A。最后我们可以计算得出PA、PB、PC及控制口对应的地址分别为BFF3H、BFF7H、BFFBH、和BFFFH。4系统软件设计4.1主程序4.1.1I/O分配表，如表1所示表1I/O分配表输入输出P1.0~P1.7键盘P00~P06二极管T0P2.0~P2.7LCD控制P0.7扬声器4.2显示子程序控制子系统由以下四个部分组成:

1）售货价格系统

自动售货机的商品价格提前存储在程序中，可乐，芬达，绿茶分别对应不同的价格。消费者可以通过按键的方式选择商品和商品的价格，并将价格存储在寄存器中。此外，在简易型售货机中，由于出售商品种类少，价格变化小，使用币种单一，结构简单、操作方便。（2）累计、可售指示系统

当有纸币或者硬币投入时，控制系统对识币检测及购货信号检查，当有识币信号后，将金额数值进行累计，并通过串行扩展口进行显示，通过串行接口使可售指示灯亮，提示购货。此时可按下购货按钮，由CPU检测到购货信号后，并将金额累计存储器清零，完成一次售货过程。3）检测系统

在自动售货机的商品存储方式与下面接触形成开关。按下开关，自动售货机正常工作，当商品出售，开关释放，信号不是可用CPU，通过串行接口扩展到相应的光信号，机身外部显示“售货”指示。（4）累计及自测功能系统

自动售货机CPU在每次售出商品后，向售出累计存储器中累计售出数据，通过售货机内部的按键可在金额显示窗中读到累计结果。此外，在按下自测功能键后，出现自测功能信号，由外部按键操作，可检测各商品贮存道的驱动商品功能。。4.3报警子程序红外探测报警器的优点:

本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉

。但也有一定的局限性：容易受各种热源、阳光源干扰；

红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；易受射频辐射的干扰；

环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。报警系统流程图，如图所示cc=p0^7D=0?YNf=0f=1c=1c=0蜂鸣器工作蜂鸣器不工作结束d=p3^2开始4.4本章小结主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种单片机指令多有类似之处，但还有些差异。对于有单片机使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号单片机的指令重新理解一遍，否则容易出错。简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到目的的相同时，用功能强的指令比用功能单一的指令，程序步数可能会少些。这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。要想使程序清晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程序，并尽可能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简单，别人也易了解。单片机的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它的运行从初始化后的状态开始，待控制对象完成了工作循环（完整程序执行一次），则又返回初始化状态继续运行。因为只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到相同的控制5联调与测试5.1硬件调试在整个程序的调试过程中，我们一步步发现了好多问题，因为最初的自动售货机设计比较简单，只是考虑了投币和购买的过程，而没有将购买之后自动机械手送货的过程加进设计的方案中。而且在设计，程序刚开始时的投币累加也有没有做到准确相加，有钱投入，并且投币金额超过了所需购买商品的价格，但是找钱指示灯却不亮。最在实验老师不厌其烦的指导下，我们终于解决了遇到的所有问题，完成了自动售货机的设计。5.2软件调试单片机的控制程序的编写，是运用专门的编程软件keil，程序通过步进梯形图方式（ladder）编写，由于步进梯形图程序的直观性，在设计中，用此编写程序。在keil软件中，可以方便地对PLC程序进行剪切、复制、粘贴、插入等。编写好的程序下载到单片机，单片机上电后扫描执行程序。调试单片机程序时，可以通过模拟的拨动开关、复位按钮和指示灯来测试程序的正确性,由于本设计的I/O点数很多，不可能对各个I/O点都设置相应的拨动开关，所以对实现类似功能的程序只需对一部分进行调试:

首先，对一个典型的输入硬币进行调试，给复位按钮信号来表示硬币的输入及饮料的选择，用发光二极管来显示饮料选择提示、饮料送出、送出时间和退币提示，然后，对制冷部分进行调试，只需给相应的输入端口信号，然后相应的指示灯变亮即可。

在程序调试过程中，往往会碰到许多小问题，需不断地进行修改和测试。最后达到设计要求。5.3系统PCB图PCB板又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。它的发展已有100多年的历史了；它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。PCB板的设计目的在于规范设计作业，提高生产效率和改善产品的质量。采用印制板的主要优点是：1.由于图形具有重复性（再现性）和一致性，减少了布线和装配的差错节省了设备的维修、调试和检查时间。2．设计上可以标准化，利于互换。3．布线密度高、体积小、重量轻，利于电子设备的小型化。4．利于机械化、自动化生产，提高了劳动生产率并降低了电子设备的造价5.4本章小结1.

编制的依据

①工艺规程编制的技术依据是全套设计文件、样机及各种工艺标准；

②工艺规程编制的工作量依据是计划日（月）产量及标准工时定额；

③工艺规程编制的适用性依据是现有的生产条件及经过努力可能达到的条件。

2.

编制应掌握的原则:

①既要具有经济上的合理性技术上的先进性，又要考虑企业的实际情况，具有适用性。

②必须严格与设计文件的内容相符合，应尽量体现设计的意图，最大限度的保证设计质量的实现。

③要严肃认真，一丝不苟，力求文件内容完整正确，表达简洁明了，条理清楚，用词规范严谨。并尽量采用视图加以表达。要做到不用口头解释，根据工艺规程，就可正常的进行一切工艺活动。

④要体现质量第一的思想，对质量的关键部位及薄弱环节应重点加以说明。技术指标应前紧后松，有定量要求，无法定量要以封样为准结论与展望现在，自动售货机产业正在一步步走向成熟。例如通过电话系统将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的及时补充以及商品出售的顺利进行。并且，自动售货机的开发朝着致能源的节省方向，能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温。在我国的安放和使用也已有10多年的时间，但一直没有全面普及。目前的国内市场仅仅属于市场导入期，中国的自动售货机拥有量约为4万台相对于13亿人口，这是个微不足道的数字。即使是按现在中国城市的人口3.9亿人计算，平均每10000城市人口中才有一台自动售货机。在日本是每25人一台，美国是40人一台，欧洲则是50到120人一台。在中国一些中大型城市自动售货机的速度也在以每年10%的速度递增。在国内市场已经吸引了生产商10余家，市场运营商40余家。因经济日益发达，社会对扩大就业与工作场所提供的方便、快捷的自动事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型自动售货机，可以包含冷热饮料、食品、以及一些日常用品，给人们带来很大的方便，这种服务正好符合现代人快节奏生活的标志，也是自动化信息时代的一种标志。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。。致谢参考文献【1】康万新

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