自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以灌裝飲料自動(dòng)售貨機(jī)為應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先介紹了ARM LFC2U9微處理器的性能特點(diǎn)，并指出了將該芯片作為控制系統(tǒng)主處 理器的原因：按實(shí)際需求，采用主板和驅(qū)動(dòng)板模式進(jìn)行硬件框架設(shè)計(jì),通過(guò) CAN總線實(shí)現(xiàn)兩板之間的通宿，分析了硬件電器的10大模塊；詳細(xì)介紹了 占據(jù)主導(dǎo)地位的主板程庠，以狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的形式進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，分析了控制 系統(tǒng)進(jìn)入每種狀態(tài)的入口條件和該狀態(tài)下所處理的事務(wù)：最后重點(diǎn)介紹了以 螺旋推送器和升降貨架構(gòu)成的貨機(jī)出貨模塊和CAN通信模塊的軟硬件設(shè) 計(jì)43.1 主處理器選擇根據(jù)讓實(shí)際應(yīng)用對(duì)象的功能和控制需求分析，本課題研究的自動(dòng)售貨機(jī) 控制系統(tǒng)

2、取用Philips公司生產(chǎn)的ARM? LPC2119微處理芯片作為主控制器 管理整個(gè)系統(tǒng),它是一個(gè)基于支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/321iARM7TOMLS CPU的微控制器，128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼 能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行，對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用,可使用16位 Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%,而性能的損失卻很小.LPC2119具有 如下主要特點(diǎn).心叫 16732位64腳ARM7TDMKS微控制器工 16K字節(jié)靜態(tài)RAM1 128K字節(jié)片內(nèi)F1如h程序存儲(chǔ)器（在工作溫度范圍內(nèi)，片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器至少可擦除和寫(xiě)10,000次）： 片內(nèi)Boot裝轂程序?qū)崿F(xiàn)

3、I卻和IAP, F底h編程時(shí)間1m*，可編程 5】2字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需400mH 具有嵌入式ICE-RT邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便； 李富的內(nèi)寬模塊，包括2個(gè)CAN接口,多個(gè)用行口，2個(gè)32位定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等； 極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品： 能夠提供0.9MIPS/MHZ的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)； 代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集； 對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、uC/OS】I等； 指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于 用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代； 主頻最高可達(dá)130MlpS,高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)

4、雜應(yīng)用； 雙電源：-CPU操作電壓范圍；1.65L95V(1.8V8.3%)；一1/。操作電壓范圍：3.03.6V(3.3V1O%)。結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，主處理器的選棄考慮了以下兒點(diǎn)因素：1 .系統(tǒng)程序大小：LPC2119具有128kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，16kB 靜態(tài)RAM.本課蛙設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)人機(jī)對(duì)話液晶界面設(shè)計(jì)占據(jù)了 較大的代碼容量，總程序大致估計(jì)在7090K之間，且預(yù)留約 25%30%的程序空間以供升級(jí)；2 .片內(nèi)提供的外設(shè)功能：LPC2119豐富的內(nèi)置模塊簡(jiǎn)化了外圍電路設(shè) 計(jì)。它擁有2個(gè)帶有先進(jìn)驗(yàn)收濾波器且互連的CAN接口 ： 4路10 位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.

5、44us：多個(gè)串行接口，包括2個(gè) 550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速12c接口 (400 kbit/s)和2個(gè)SPI接口； 2個(gè)32位定時(shí)器(帶4路捕獲和4路比較通道)；PWM單元(6路 輸出)：實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門(mén)狗。對(duì)這些模塊曲驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)，均只需對(duì)相應(yīng) 的寄存器操作，減少了程序員的工作量：3 .充分考慮可獲得的技術(shù)支持：在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)之初，會(huì)碰到很多的問(wèn)題, 必要的技術(shù)支持，不僅能激發(fā)開(kāi)發(fā)人員的熱情.更重要的是能夠縮 短開(kāi)發(fā)周期。廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司是專業(yè)從事單片機(jī)及 外國(guó)元器件的推廣應(yīng)用、技術(shù)服務(wù)、開(kāi)發(fā)工具的研發(fā)和生產(chǎn)。其代 理的Philips公司ARM系列嵌入式微處理器為用戶提供了配套的書(shū) 籍資

6、料、仿真學(xué)習(xí)DEMO板和技術(shù)支持部門(mén)，可方便及時(shí)地獲得所 需的技術(shù)解答和方案支持。3.2控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1 功能特點(diǎn)自動(dòng)售貨機(jī)是集聲、光、機(jī)、電、檢測(cè)、控制及通信為一體的高科技智 能化產(chǎn)品，按照他賣商品種類的不同，其機(jī)械和電氣控制有著很大的差別。 本課題研究的自動(dòng)售貨機(jī)采用升降貨架配合螺旋式推送器組成出貨機(jī)構(gòu)，不 僅能銷售普通的罐裝類商品，還能銷售袋裝類、盒裝類小型商品；具備現(xiàn)金、 射頻卡和短信三種支付方式，方便不同場(chǎng)合、不同對(duì)象的用戶消費(fèi)：具有商 品展示、自動(dòng)找零、故障檢測(cè)、價(jià)格設(shè)定、功能測(cè)試、銷瞥統(tǒng)計(jì)、免費(fèi)銷售 設(shè)定、制冷系統(tǒng)智能控制等功能。在硬紙而支付方式下的銷售過(guò)程大致為：

7、用戶投幣今硬紙幣機(jī)識(shí)別（顯 示投入金額）今選擇商品號(hào)今核對(duì)商品號(hào)）開(kāi)始銷售立啟動(dòng)升降貨架（上升 到指定位置）今螺旋推送器啟動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)完整一圈，推出商品）今啟動(dòng)升降貨架 （下降到底端，將商品放至取貨處）今銷售完成T結(jié)賬，銷售流程如圖31所 刀, 0圖3-1現(xiàn)金支付方式下貨機(jī)銷售流程322硬件結(jié)構(gòu)框圖為了實(shí)現(xiàn)以上各項(xiàng)功能.設(shè)計(jì)便件結(jié)構(gòu)電路如圖32所示.系統(tǒng)9位模塊 液晶顯示模塊技鍍模塊電捺電路仍真上j溫度果然模埃光羯HK-A樂(lè)韁機(jī)爆&出貨模塊函眸貨架模塊畫(huà)傳耳器圖3-2硬件電路結(jié)構(gòu)框圖自動(dòng)售貨機(jī)在運(yùn)營(yíng)時(shí)需要控制的部件較多，控制電路復(fù)雜，容易產(chǎn)生干 擾，為了盡可能減少設(shè)備間的相互干擾和方便軟陵件設(shè)計(jì)及

8、維護(hù)，我們采用 主從結(jié)構(gòu)的硬件電路架構(gòu)，將控制系統(tǒng)分解為兩大板塊：主板模塊和驅(qū)動(dòng)板 模決。從上圖可知，主板主要完成人機(jī)交互、存儲(chǔ)操作、支付管理、資金結(jié) 算等任務(wù)，驅(qū)動(dòng)板主要完成電機(jī)傳動(dòng)、出貨、制冷控制和溫度來(lái)集等任務(wù)。 兩個(gè)模塊之間用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸數(shù)據(jù)和命令，保證數(shù)據(jù)和命令傳遞的實(shí) 時(shí)性，穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)板的干擾性較強(qiáng)，因此在電氣上用PS2501進(jìn)行光電隔離， 有效地保護(hù)微處理器不受干擾；在線路板布線時(shí)，將5V供電器件和24V供 電器件以光耦為“隔離帶”兩邊放置，且單獨(dú)鋪地；220V供電的日光燈和 壓縮機(jī)用抗干擾性更強(qiáng)的固態(tài)繼電器隔離和驅(qū)動(dòng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作雙重保護(hù).3.2.3硬件電

9、路模塊分析硬件電路大致可分為10大模塊，以下做一一分析.1 .電源模塊。這是每個(gè)嵌入式系統(tǒng)都必備的一個(gè)模塊，電源做得好， 整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半.考慮到系統(tǒng)需要用到的電源有+24V、 +5V、+3.3V、+1.8V四種直流電源，設(shè)計(jì)采用220V/24V, 22OV/12V兩種開(kāi) 關(guān)電源給系統(tǒng)供電，+12V經(jīng)過(guò)L7805穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)+5V輸出，再通過(guò) LD1117-33岡和LD1117/6刈三端穩(wěn)壓塊實(shí)現(xiàn)+3.3V和+1.8V輸出。在+24V 電源進(jìn)入系統(tǒng)后，用lOOOuF/50V儲(chǔ)能電容進(jìn)行平波，同樣在+12V電源進(jìn)入 系統(tǒng)后，用lOOOuF/25V和104/50V電容進(jìn)行平波。為了使系

10、統(tǒng)具有良好的 電源性能，每個(gè)芯片的電源端都需要使用104電容進(jìn)行濾波，同時(shí)在PCB 板布線的空余地方,加入一些104電容，最大可能地保證為系統(tǒng)提佚高質(zhì)量 的電源，這也是電路板可以正常工作的首要條件2 .支付模塊。直接面向客戶，貨機(jī)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分，可以說(shuō)， 該模塊的穩(wěn)定性和可靠性，直接影響著貨機(jī)的銷售前景.本貨機(jī)配宜多支付 功能，具有硬紙幣、射頻卡和手機(jī)短信三種支付方式，分別通過(guò)MDB總線， 12c總線和RS-232總線控制，該模塊的詳細(xì)介紹參見(jiàn)第四章。3 .液晶模塊。從美觀、大方和實(shí)用性的角度出發(fā)，我們栗用320*240 的點(diǎn)陣式液晶SED1335,它具有以下特點(diǎn)：較強(qiáng)功能的I/O緩沖

11、器，指令功 能豐富，四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，圖形和文本方式混合顯示.在圖形方式8,8點(diǎn) 陣大小下，整屏可顯示30行40列，可以進(jìn)行豐富的菜單設(shè)計(jì)，同時(shí)LPC2119 128K Flash內(nèi)存為字模庫(kù)的建立提供了容量保證.4 .鍵盤(pán)模塊。鍵盤(pán)模塊可以選用專用鍵盤(pán)芯片來(lái)作為鍵盤(pán)接口，也可 以采用通用I/O 口和程序掃描方式來(lái)實(shí)現(xiàn)按德識(shí)別.本系統(tǒng)中，果用74HC24O04和74HC574B】鎖存芯片構(gòu)建按鍵控制電路,采用GPIO 口逐行/ 逐列掃描方式來(lái)實(shí)現(xiàn)4*4的矩陣鍵盤(pán)，為了節(jié)省主處理器I/O 口的數(shù)量，采 用了總線復(fù)用。5 .存儲(chǔ)模塊。貨機(jī)在工作時(shí)，需要保存一些工作參數(shù)，例如制冷機(jī)的 上下限值、日光

12、燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)間值、升降貨架層數(shù)設(shè)置值、商品價(jià)格、銷售 統(tǒng)計(jì)等。當(dāng)貨機(jī)只工作于通用的現(xiàn)金支付方式下時(shí)，該模塊可使得貨機(jī)脫離 網(wǎng)絡(luò)化管理以單獨(dú)的個(gè)體獨(dú)立完整運(yùn)行.根據(jù)對(duì)實(shí)際存儲(chǔ)空間需求，我們選 擇具有4KBit存儲(chǔ)容量的FM24co4網(wǎng)靜態(tài)存儲(chǔ)芯片，它與容量更大的同系 列存儲(chǔ)器兼容，如，F(xiàn)M24co8和FM24co9,替換十分方便。FM24co4是2 線制串行EEPROM存儲(chǔ)器，支持I2C總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，LPC2119帶有1 個(gè)向速的12c控制接口，可直接對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)控制，6 . CAN模塊。CAN通信接口是整個(gè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的部分，任何 一次銷售都需要通過(guò)它將信息準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸于主板和驅(qū)動(dòng)

13、板之間，該模塊 的詳細(xì)設(shè)計(jì)參見(jiàn)章節(jié)3.5。7 .制冷模塊。制冷模塊由溫度采集模塊和制冷機(jī)控制模塊兩部分構(gòu)成。 在本系統(tǒng)中，溫度采集模塊采用單總線數(shù)字測(cè)溫芯片DS18B2031,僅需一 個(gè)端口就可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通信且操作簡(jiǎn)單.壓縮機(jī)作為制冷系統(tǒng)的核 心部件，功率較大，在啟動(dòng)時(shí)帶來(lái)的電源波動(dòng)和干擾遠(yuǎn)比其他部件大，在設(shè) 計(jì)時(shí)采用光耦和固態(tài)繼電器雙重隔離，線路板布線時(shí)盡量將該接口置于板子 邊緣，在整機(jī)布線時(shí)220V交流線和普通直流信號(hào)線分開(kāi)走線，盡量減少干 擾。8 .出貨模塊。本貨機(jī)的一大特色，獨(dú)特的出貨機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了貨機(jī)銷售 多類商品的可行性。蝶旋推送器、升降貨架和霍爾傳感器三者緊密合作，完 成出

14、貨，該部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)參見(jiàn)章節(jié)3.4。9 .復(fù)位電路模塊.復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí) 用戶的按鍵復(fù)位功能，復(fù)位電路可由簡(jiǎn)單的RC電路構(gòu)成，也可使用相對(duì)較 為復(fù)雜但功能更完善的電路。鑒于LPC2119復(fù)位端低電平有效，且外設(shè)電 源3.3V,我們選擇了 SIPEX708S芯片來(lái)構(gòu)建豆位電路。10 . JTAG 模塊.JTAG(Joint Test Action Groupt 聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一 種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試?，F(xiàn) 在多數(shù)的復(fù)雜器件都支持JTAG協(xié)議，如ARM, DSP、FPGA器件等.標(biāo)準(zhǔn) 的JTAG接口是4根線連接；測(cè)試模式選擇

15、(TMS，測(cè)試時(shí)鐘(TCK),測(cè)試數(shù) 據(jù)輸入(TDI),測(cè)試數(shù)據(jù)輸出(TDO)。分兩種標(biāo)準(zhǔn)，即14針接口和20針接口， 本系統(tǒng)采用20針接口。3.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.3.1 軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件電路結(jié)構(gòu)可知，整個(gè)控制系統(tǒng)軟件也分成主板程序和驅(qū)動(dòng)板程 序兩大部分。兩套程序獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾，主板負(fù)責(zé)支付管理，鍵盤(pán)掃描， 液晶畫(huà)面設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)管理和命令發(fā)送，承擔(dān)了整個(gè)系統(tǒng)軟件的主要部分；驅(qū) 動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)接收指令，完成出貨動(dòng)作。信息交互通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)。圖33 描述了系統(tǒng)的程序框架。圖3-3主板（左）利驅(qū)動(dòng)板（右）程序框架驅(qū)動(dòng)板首先完成必要的端口初始化，接著啟動(dòng)升降貨架卜.降4.8秒，確 保升降貨架位于底

16、端，最后用查詢方式直詢CAN狀態(tài)標(biāo)志位，等待指令的 到來(lái)。主板程序在完成初始化程序之后，需要讀取保存在FM24C04 EEPROM 中的一些工作參數(shù)，然后執(zhí)行5秒的延時(shí)程序（這是為了組合驅(qū)動(dòng)板中升降 貨架回到底端所需要的時(shí)間，以確保驅(qū)動(dòng)板程序進(jìn)入等待指令接收狀態(tài)）， 最后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等候銷售或管理動(dòng)作請(qǐng)求。332軟件狀態(tài)流程由圖33可知，驅(qū)動(dòng)板程序設(shè)計(jì)主要是出貨機(jī)構(gòu)的動(dòng)作執(zhí)行，這部分將 在3.4節(jié)詳細(xì)描述。主板程序在整個(gè)控制系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，是控制系統(tǒng) 的主要部分，通過(guò)分析售貨機(jī)的銷售流程將主板程序分成7種狀態(tài)，不同時(shí) 刻對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)，同一時(shí)刻只允許運(yùn)行一種狀態(tài)，各狀態(tài)之間互斥，且根

17、據(jù)指令和結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。我們?cè)O(shè)計(jì)的主板程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-4 所示。待機(jī)狀態(tài)(VMC_Wait_Status)：作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移中心.除了銷售狀杰所 有狀態(tài)轉(zhuǎn)換都必須經(jīng)過(guò)這里。在此狀態(tài)下，主要負(fù)責(zé)查詢是否有銷 曾請(qǐng)求或者管理員請(qǐng)求，以及一些工作參數(shù)的發(fā)送和定時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)板 進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)；設(shè)置狀態(tài)(VMC_Set_Sialiis)；管理員模式且在待機(jī)狀態(tài)下按ANNU 菜單鍵進(jìn)入。在此狀態(tài)下，主要完成價(jià)格設(shè)置，銷售統(tǒng)計(jì)，銷售測(cè) 試，故障查詢，恢復(fù)出廠，制冷控制，照明控制等的管理員動(dòng)作， 軟件主要涉及液晶顯示和I2C總線操作； 預(yù)銷售狀杰(VMC_PreSaIe_Status：在有精售請(qǐng)求情況下，從待機(jī)

18、狀 態(tài)跳轉(zhuǎn)進(jìn)入，且當(dāng)用戶撤銷銷售請(qǐng)求時(shí)，可跳回待機(jī)狀態(tài)。在此狀 態(tài)下，主要完成用戶鍵盤(pán)輸入的【D號(hào)檢惻，金額是否足夠檢測(cè)，為下一步的銷售動(dòng)作做準(zhǔn)備。軟件設(shè)計(jì)主要是鍵盤(pán)模塊和貨幣識(shí)別驗(yàn) 證：銷售狀態(tài)(VMC_Sale_Status)；在用戶確認(rèn)購(gòu)買商品后，按下ENTER 鍵進(jìn)入在此狀態(tài)下，主要完成銷售命令的發(fā)送和銷售情況的判斷。 軟件設(shè)計(jì)主要是通過(guò)CAN總線發(fā)送命令和接收數(shù)據(jù)：結(jié)束銷售狀態(tài)(VMC_EndSale_Status)：當(dāng)銷售正常完成后進(jìn)入，是 整個(gè)銷售動(dòng)作的收尾工作。在此狀態(tài)下，主要完成銷售統(tǒng)計(jì)和退幣 操作。軟件設(shè)計(jì)主要是EEPROM的寫(xiě)操作，硬紙幣機(jī)的退幣動(dòng)作以 及交易信息的上報(bào)操

19、作；故障狀態(tài)(VMC_StopSale_Status)：分兩種情況進(jìn)入，當(dāng)待機(jī)狀態(tài)下， 檢測(cè)到主板或驅(qū)動(dòng)板有嚴(yán)重故障時(shí)，進(jìn)入故障狀態(tài)：令一種情況是 在銷售中出現(xiàn)無(wú)法完成正常銷售也經(jīng)入故隙狀態(tài)，比如：CAN通信 故障、銷售超時(shí)、螺旋推送器故障、升降貨架故障等。只有在故障 自行消除或者經(jīng)管理人員消除后，方可返回待機(jī)狀態(tài)； 復(fù)位狀態(tài)(VMC_Reset_3tatus)：是主板程序的入口狀態(tài)。在此狀態(tài) 下，主要完成各種初始化程序，比如：CAN初始化、UART初始化、 液晶初始化、定時(shí)器初始化、硬紙幣踞初始化、讀卡器初始化、 GSM/GPRS模塊初始化和看門(mén)狗初始化，以及對(duì)EEPROM的讀操 作、配置相

20、關(guān)變量和對(duì)驅(qū)動(dòng)板的初始通信檢測(cè)。從以上描述可知，整個(gè)主板程序可分為6個(gè)工作狀態(tài)和1個(gè)狀態(tài)管理中 心，根據(jù)貨機(jī)運(yùn)行的不同狀態(tài)，按入口條件進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移.程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明 了，易于維護(hù)和修改。3.4貨機(jī)出貨模塊3.4.1 出貸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目前，應(yīng)用于皤裝類自動(dòng)售貨機(jī)上的商品送出機(jī)構(gòu)種類較多，大致有以 下幾類; 旋轉(zhuǎn)式送出機(jī)構(gòu)：把罐體商品放在堞旋導(dǎo)軌上，并在貨道底部開(kāi)設(shè) 出口槽，由電機(jī)帶動(dòng)螺旋導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)罐體轉(zhuǎn)到開(kāi)口槽時(shí)便出槽下 貨。這種送出機(jī)構(gòu)要求電機(jī)的轉(zhuǎn)矩較大，造價(jià)成本較高； 轉(zhuǎn)盤(pán)式送出機(jī)構(gòu)：上面是一個(gè)很大的喇叭狀皤體存儲(chǔ)容器，下面是 一個(gè)周邊有若干個(gè)圓槽的轉(zhuǎn)盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使罐體落入轉(zhuǎn)盤(pán)周 邊的槽內(nèi)

21、而被售出。這種送出機(jī)構(gòu)也需要較大的轉(zhuǎn)矩來(lái)帶動(dòng)和占用 較大的空間，且轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)圈大量空間浪費(fèi)，機(jī)器裝罐量低，高層罐體 下落易破且易硬傷機(jī)器； 滾筒送出機(jī)構(gòu)：由一個(gè)階梯梁和滾筒構(gòu)成，滾筒內(nèi)可以裝若干個(gè)罐 體商品，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用梁的各階梯段與滾 筒之間不同的開(kāi)口距離控制商品掉落的順序.這種機(jī)構(gòu)要求電機(jī)有 較高的轉(zhuǎn)動(dòng)精度； 電磁鐵吸合方式：這種結(jié)構(gòu)利用三角形原理，三角形的a邊長(zhǎng)度可 以伸縮，b邊和c邊長(zhǎng)度固定。電磁鐵裝在a邊上，當(dāng)它吸合時(shí)， 推動(dòng)a邊伸K,而用于支撐易拉罐的b邊和c邊的交點(diǎn)高度就會(huì)降 低，易拉罐便可落下出罐：當(dāng)電磁鐵隅合時(shí)，a邊縮短，b邊和c邊 的交點(diǎn)又升高，支撐阻擋住

22、其余易拉鐮不下落e這種結(jié)構(gòu)對(duì)電磁鐵 的控制精確度要求較高，否則影響出罐質(zhì)量，并且只適合垂宜排貨 的貨道，貨道內(nèi)裝罐量不能太多；彈簧推動(dòng)式送出機(jī)構(gòu)；由螺旋式彈簧和連在彈簧一端的電機(jī)構(gòu)成， 易拉罐置于螺旋式彈簧上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一摟就帶動(dòng)彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，同 時(shí)推出一個(gè)易拉罐。該種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠一次存儲(chǔ)的商品數(shù)量 較多，但是處于鬲層的易拉罐下落時(shí)容易破，且會(huì)砸傷機(jī)器。在分析以上典型出貨機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際需求，采用舞旋推送器和 升降貨架相結(jié)合的方式作為本貨機(jī)的出貨機(jī)構(gòu)，如圖3-5所示。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，主要由6層固定貨架和一個(gè)升降貨架組成，每層固定貨 架10列，最多可錯(cuò)售60種商品。螺旋體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和升降貨

23、架的配合使用， 使本貨機(jī)既繼承了普通螺旋彈簧式送出機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、一次存貨容最大的優(yōu) 點(diǎn)，又克服了該結(jié)構(gòu)下罐體下落時(shí)易破，易砸傷機(jī)器的映點(diǎn)，為銷售普通雄 裝類、盒裝類和袋裝類商品提供了可行性。在電氣上，完全由驅(qū)動(dòng)板控制，工作過(guò)程如下：在接收到主板的銷售指 令后，升降貨架驅(qū)動(dòng)電機(jī)（目前采用渦輪減速電機(jī)）啟動(dòng),通過(guò)駛動(dòng)齒輪帶動(dòng) 兩邊的鋸齒形傳動(dòng)帶。在傳動(dòng)帶帶動(dòng)升降貨架上升的同時(shí)，磁鋼轉(zhuǎn)盤(pán)也跟著 旋轉(zhuǎn)（歌鋼轉(zhuǎn)盤(pán)上嵌有8顆均勻分布的磁鋼，通過(guò)霍爾傳感器捕獲脈沖，由 脈沖數(shù)確定貨架上升的高度）。升降貨架在預(yù)定高度停下來(lái)后，螺旋推送器 頂端的齒輪減速電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)螺旋彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)完熨的一圈，推出一罐商品至 升降

24、貨架處，升降貨架再次啟動(dòng)，將商品運(yùn)載至貨機(jī)底端，完成一次銷售過(guò) 程。在硬件電路設(shè)計(jì)上，主要由螺旋推送器控制電路和升降貨架控制電路兩 部分組成，其中升降貨架控制電路還包括塞爾傳感器脈沖捕獲電路.兩者獨(dú) 立工作，緊密配合，共同完成出貨工作。3.4.2螺旋推送器控制設(shè)計(jì)每一個(gè)推送器對(duì)應(yīng)了一個(gè)齒輪減速電機(jī)，本貨機(jī)系統(tǒng)需要控制60個(gè)電 機(jī)，若采用1對(duì)1的方式控制電機(jī)，則需要很多的I/O 口，這是不可取的 因此在電路設(shè)計(jì)上，我們果取了類似鍵盤(pán)陣列的方式來(lái)控制電機(jī)，在20針 的接口上，只需用16根控制線便實(shí)現(xiàn)了 60個(gè)電機(jī)的控制，同時(shí)在主處理器 LPC2119的I/O 口輸出端，增加了 74HC574鎖存芯

25、片，以提供總線復(fù)用功 能，大大減小了 I/O的使用量。在銷售時(shí)，如何確保螺旋完整的轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，在彈簧推動(dòng)式送出機(jī)構(gòu)的出 貨系統(tǒng)中，是極為關(guān)鍵的一部分。很顯然，若用定時(shí)的方式是不可取的，誤 差較大，不可靠，基于簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的因索我們選擇了通過(guò)捕獲脈沖的方式來(lái) 控制，設(shè)計(jì)電路如圖36所示g圖36螺旋推送器控制電路業(yè)動(dòng)電路主要由光耦、驅(qū)動(dòng)芯片、雙向觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)M（當(dāng)觸點(diǎn)C為松弛或 壓緊狀態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)均導(dǎo)通，M只在這兩個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換瞬間為斷開(kāi)狀態(tài)）和脈沖捕 獲電路組成。轉(zhuǎn)盤(pán)為一帶缺口的塑料模塊，固定于螺旋推送器的頂端，中心 軸通過(guò)齒輪連接至電機(jī)。脈沖捕獲電路設(shè)計(jì)如圖3-7所示，24V供電的 TD62064既作為電機(jī)負(fù)

26、端驅(qū)動(dòng)芯片用，又是脈沖捕獲電路的重要元件。膿沖捕狀電圖3）螺旋推送器脈沖捕獲電路TD62064從整體上來(lái)說(shuō)是一個(gè)4路“反向器”，每一路在電氣控制上可 以簡(jiǎn)單地看成一個(gè)“三極管”，其中，輸入端INPUT對(duì)應(yīng)基極，OUTPUT對(duì) 應(yīng)集電極，GND對(duì)應(yīng)發(fā)射極，當(dāng)輸入端為高電平（包4V）時(shí)，“三極管”導(dǎo)通。通過(guò)電路分析可知，在通常情況下，定時(shí)器0捕獲端（即Cap_out端）為 高電平：電機(jī)啟動(dòng)后，TD62064的一路三極管導(dǎo)通，Cap_in經(jīng)三個(gè)IN4007 二極管接地，獲得2.1V的精壓，導(dǎo)通8050,這時(shí)在定時(shí)器0捕獲端獲得低 電平。電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)開(kāi)關(guān)M的觸點(diǎn)C與線盤(pán)A或B點(diǎn)重合時(shí)，電 路瞬

27、間斷開(kāi)，此時(shí)在定時(shí)器0捕獲端為高電平，從而捕獲到一個(gè)上升沿脈沖。 當(dāng)觸點(diǎn)C偏離A或B點(diǎn)時(shí)，捕獲端又恢史到低電平狀態(tài)。當(dāng)觸點(diǎn)C初始位 置在A點(diǎn)右側(cè)附近時(shí)，可通過(guò)捕獲兩個(gè)上升沿脈沖，實(shí)現(xiàn)摞旋體完整轉(zhuǎn)動(dòng)一 圈。在了解了控制原理后,軟件設(shè)計(jì)顯得相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括定時(shí)器。的脈 沖捕獲和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩部分，如圖38所示。圖38螺旋推送器控制設(shè)計(jì)3.43升降貨架控制設(shè)計(jì)升降貨架用于平穩(wěn)運(yùn)載商品，由渦輪減速電機(jī)控制上升和下降，控制電 路如圖3-9所示。圖39升降貨架控制電路控制電路主要由換向開(kāi)關(guān)電路和霍爾傳服器脈沖捕獲電路組成。換向開(kāi)關(guān)電路用來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)貨架的上升和下降，主要元件為恒 壓恒流橋式直

28、流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298NC38,o該芯片內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng) 電路，可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)部功能模塊（只 畫(huà)出兩路）如圖310所示。+Vs圖3-10 L298N內(nèi)部功能模塊圖L298N是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于H橋集成電路，輸出電流為2A,最 高電流4A,最高工作電壓5OV,可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)、 步進(jìn)電機(jī)和電磁閥等，該參數(shù)可以滿足本系統(tǒng)電機(jī)控制需求.芯片輸入端可 以與單片機(jī)直接相連，為了避免電機(jī)對(duì)單片機(jī)的干擾，在兩者之間加入光電 隔離，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本設(shè)計(jì)中，+Vss, +Vs分別按+5V和+24V, OUT1和OUT2接渦輪減 速電機(jī)兩端

29、，Ini和In2為輸入端，EnA為使能控制端，功能邏輯圖如3/1 所示。EnA IniIn2 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)停停 停1E-反剎剎圖3-11 L298N功能邏輯圖從上圖可知，當(dāng)EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制不起作用；當(dāng)EnA為高電平且輸入電平為一高一低時(shí)，可控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)：同為低電 平或高電平時(shí)，電機(jī)剎停。系統(tǒng)采用的霍爾傳感器為+24V供電，同樣在與單片機(jī)之間接入了光電 隔點(diǎn),以保護(hù)單片機(jī)的安全，圖312為霍爾傳感器脈沖捕獲原理圖.圖3/2霍爾傳感器脈沖捕獲原理當(dāng)磁鋼通過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一個(gè)電脈沖，由脈沖的個(gè)數(shù)，可 以判斷出旋轉(zhuǎn)體動(dòng)作的時(shí)間，以此控制貨架上升和下降的高度.為防止

30、因霍 爾傳感器出錯(cuò)而導(dǎo)致升降貨架失去控制，在升降貨架的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)裝有 兩個(gè)限位感應(yīng)開(kāi)關(guān)，做保護(hù)用。在軟件設(shè)計(jì)中，每一層高需要的脈沖個(gè)數(shù)，由主板在開(kāi)機(jī)時(shí)發(fā)送給驅(qū)動(dòng) 板，驅(qū)動(dòng)板在接收到銷售ID號(hào)時(shí)，查詢需要的脈沖個(gè)數(shù)，決定貨架上升的 高度。程序設(shè)計(jì)主要包括外部中斷0初始化和脈沖捕獲兩部分，如圖3-13 所示。3.5 CAN通信模塊圖313升降貨架控制設(shè)計(jì)351 CAN通信接口設(shè)計(jì)主處理器LPC2119內(nèi)部集成2個(gè)CAN控制器，主要特性有：?jiǎn)蝹€(gè)總線 上的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)IMb/s： 32位寄存器和RAM訪問(wèn)：兼容CAN2.0B. ISO11898-1規(guī)范：全局驗(yàn)收濾波器可以識(shí)別所有的11位和29

31、位標(biāo)識(shí)符：驗(yàn) 收濁波器為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符提供Full CANstyle自動(dòng)接收。良好的特性保 證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。本文設(shè)計(jì)的CAN通信接口電路如圖314所示。接口電路由CAN控制器和收發(fā)器兩部分組成，收發(fā)器選擇TJA1040高 速收發(fā)器，它符合1SO11898標(biāo)準(zhǔn)。CAN控制器主要完成CAN通信協(xié)議， 實(shí)現(xiàn)報(bào)文的裝配和拆分、接收數(shù)據(jù)的過(guò)濾和校驗(yàn)等。TJA1040則實(shí)現(xiàn)CAN 控制器和通信線路的物理連接，提高CAN總線的驅(qū)動(dòng)能力和可靠性。TJA1040和CAN總線的接口部分也采用了 一定的安全和抗干擾措施. CANH和CANL與GND之間并聯(lián)兩個(gè)小電容C3和C4可以濾除總線上高頻 干擾

32、并具備一定的防電磁輻射能力。CAN終端電阻使用了分高終端，即總 線端節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)終端電阻都被分成兩個(gè)等值電阻，用兩個(gè)62歐姆的電阻代 替120歐姆的電阻，能有效減少輻射，改善了系統(tǒng)的EMC性能.3.5.2 CAN數(shù)據(jù)幀CAN報(bào)文傳輸按照標(biāo)識(shí)符域長(zhǎng)度的不同分為標(biāo)準(zhǔn)幀(11位標(biāo)識(shí)符)和擴(kuò) 展幀(29位標(biāo)識(shí)符)兩類，同時(shí)又可分為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程頓、錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀四 種不同類型的幀。數(shù)據(jù)幀用于傳輸有效的數(shù)據(jù)，也是最常用的。本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)幀傳輸數(shù)據(jù)，它由以下7個(gè)不同的位域組成： 幀起始(Start of Fiame)、仲裁域(Arbitration Field) 控制域(Control Field)、

33、 數(shù)據(jù)域(Data Field)、CRC 域(CRC Field).應(yīng)答域(ACK Field)、幀結(jié)尾(End of Frame)1291.其結(jié)構(gòu)如圖3-15所示，數(shù)據(jù)幀幀間空間幢間空間仲裁域控制域數(shù)據(jù)域CRC域應(yīng)答城幀起始幀結(jié)尾圖3“5 CAN數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)幀起始：標(biāo)志數(shù)據(jù)幀的起始，它由一個(gè)顯性位組成；仲裁域：由11位標(biāo)識(shí)符和RTR位組成。版識(shí)符是數(shù)據(jù)身份的標(biāo)識(shí)， RTR 位為“遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位 (Remole Transmission Request Bii)在 數(shù)據(jù)幀中必須為顯性。結(jié)構(gòu)如圖316所示：仲裁域控制城 一-O 11位標(biāo)識(shí)符 號(hào) sa圖316仲裁域結(jié)構(gòu) 控制域：由6個(gè)位組成，包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼DLC、IDE位(為顯性) 和保留位rO。4位DLC為發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù).數(shù)據(jù)幀允許最多發(fā)送 8個(gè)字節(jié)。結(jié)構(gòu)如圖317所示：圖3-17控制域結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)域：由數(shù)據(jù)幀里的發(fā)送數(shù)據(jù)組成，最多為8個(gè)字節(jié)； 循環(huán)冗余碼(CRC)域：用于數(shù)據(jù)校驗(yàn)； 應(yīng)答域；