基于“互联网+”的新型智能冰淇淋机系统设计

邓承武,张振华,王向杰

(1黄石东贝制冷有限公司,湖北 黄石 435000；2湖北理工学院 机电工程学院，湖北 黄石 435003 )

基于“互联网+”的新型智能冰淇淋机系统设计

邓承武1,张振华1,王向杰2*

(1黄石东贝制冷有限公司,湖北 黄石 435000；2湖北理工学院 机电工程学院，湖北 黄石 435003 )

为了适应“互联网+”大环境下产品智能化的现实需求，设计了一款采用PLC控制的新型智能冰淇淋机。该智能冰淇淋机具备互联网控制下设备管理、自动售卖功能，同时考虑顾客兴趣爱好和口味差异特性，满足顾客DIY加工个性化产品体验，并支持现金和无现金支付方式。

智能;模块化;冰淇凌机;PLC控制

0 引言

冰淇淋是深受大众喜爱的食品之一，随着国内居民收入增长及消费习惯的改变，软冰淇淋从防暑降温食品逐步转变为时尚休闲类冷饮食品，深受年轻群体的追捧[1]。资料表明，近几年冰淇淋的市场需求正逐年增大，未来预期规模可达千亿元人民币以上。同时，基于“互联网+”技术的智能销售正迅速发展成为一种新的销售手段，在很多行业已经实施并为顾客所接受[2]。冰淇淋机+互联网模式能够较好地完善冰淇淋机的智能性，实现网络控制下设备监控、店铺管理、自动售卖，增加顾客的DIY体验，消费者在购买商品的同时感受人机互动性和趣味性[3-5]。在支付方式上，支持现金、支付宝、微信支付等不同支付方式，满足不同消费者的体验，这将是冰淇淋机近几年主要发展方向之一，相关理论和技术问题值得深入研究。

1 硬件模块

1.1整体方案

为方便安装及维护，智能冰淇淋机采用模块化设计方案，其主要由三大模块构成：硬件模块、人机交互界面模块和智能手机APP模块。

智能冰淇淋机硬件模块构成如图1所示，主要包括3部分：箱体模块、冰淇淋机模块和自动售卖模块。

图1 智能冰淇淋机硬件模块构成

1.2箱体模块

箱体模块如图2所示。外观设计时重点照顾儿童和年轻人的感受，倾向卡通、活泼风格。操作界面大小适中，取杯位置高度适中。另外，机器设计有大屏广告窗口，实现广告投放，同时还要考虑机器外围尺寸，以方便运输、安装时乘电梯。

图2 箱体模块

1.3冰淇淋机模块

冰淇淋机模块如图3所示，机身体积不能过大，设计时主要考虑取杯窗口位置要求、卫生要求、及时通信要求等因素。设计最终款为采用RS232通信接口的单头、立式、带有巴氏灭菌、带出料电动推杆的冰淇淋机。

图3 冰淇淋机模块

1.4自动售卖模块

自动售卖模块包括自动落杯机构、冰淇淋出料机构、果仁添加机构、果酱添加机构和输送机构。每个机构是独立模块，可单独工作。

自动落杯机构工作流程如图4所示。上位机给出落杯信号，落杯旋转电机工作，落下1个冰淇淋杯。位置传感器感应到有杯子，本次落杯流程完成。

图4 自动落杯机构工作流程

冰淇淋出料机构由阀门、电动推杆、位置传感器、压力传感器组成。冰淇淋杯到位后有信号放出，推杆电机启动打开阀门，压力传感器感知冰淇淋重量达到给定重量，阀门关闭，出冰淇淋完成。冰淇淋自动出料机构工作流程如图5所示。

果仁为固态，置于料盒中，有8种口味类型供顾客选择。通过控制电机旋转时间控制果仁重量，顾客通过人机交互界面选择果仁名称，杯子到位，上位机驱动PLC来控制相应电机旋转出料，果仁添加完成。

果酱为液体，用蠕动泵吸出，通过步进电机旋转角度控制果酱重量。果酱也有8种口味类型，置于8个不同蠕动泵进料口。顾客通过人机交互界面选择果酱种类。杯子到位，相应蠕动泵启动，达到旋转角度，蠕动泵停止工作，果酱添加完成。

图5 冰淇淋自动出料机构工作流程图

输送机构由提升机构、直线运输机构和旋转机构组成。每个机构都由步进电机驱动，每个位置口都有位置传感器。在上位机发出售卖信号时，每个单元工作完成后通知上位机进行下一步工作，按顺序执行单个单元工作，自动售卖流程如图6所示。

图6 自动售卖流程图

2 人机交互界面模块

在满足所实现功能的前提下，选择控制方案时遵循“稳定、便捷”的原则。由于PLC具有抗干扰能力强、可调整性好、易操作性高等优点，故选用PLC作为控制器。综合考虑通讯接口类型、输入输出点数量、成本、性能等方面的因素后，选用研华公司的工控机和台达公司的EH系列PLC和9.7英寸的红外触摸显示器。

控制系统硬件组成如图7所示。控制系统硬件主要由工控机、PLC、触摸显示器、步进电机驱动器、直流电机和接近开关等组件组成。

图7 控制系统硬件组成

PLC的输入点包括：1个启动开关，升降轴、直线轴各位置点、取货限位等10个接近开关，1对取物台对射开关，共11个输入信号。PLC的输出点包括：升降轴与直线轴步进电机的脉冲方向、启动、正反转，取杯旋转电机、冰淇淋出料电机、果仁添加电机、果酱添加电机、传输旋转电机启停等，共14个输出信号。

控制系统软件设计包括3个部分：上位机程序、PLC程序、人机交互界面设计。上位机程序采用C语言Winform形式可视化编写，主要由广告界面、主购买界面、移动支付、数据库连接类等部分组成。自动售机支持3种支付方式：微信支付、支付宝支付、现金支付。通过选择界面下方的支付方式来完成购买。支付模块由支付提供商提供接口。

购买窗体通过加载不同的子窗体更换购买菜单，通过点击每个商品对应图按钮来进行商品的选择，用户的选择会即时显示在窗体下方的购物车显示框中，点击清空购物车可清空用户的选择。界面40 s无任何操作会返回到广告界面。人机交互界面流程图如图8所示。

PLC程序按照模块化的思想来编写，主要分为原点回归、目标定位模块、取杯、冰淇淋出料、果仁添加、果酱添加、传输客户等模块。

图8 人机交互界面流程图

3 智能手机APP模块

智能手机APP模块具备3项功能，分别是移动支付功能、设备管理功能、店铺管理功能。

移动支付业务是由移动运营商、移动应用服务提供商(MASP)和金融机构共同推出的构建在移动运营支撑系统上的一个移动数据增值业务应用。选择接入无线运营商第三方支付系统：微信、支付宝。客户选择好冰淇淋口味类型，生成相应的价格，客户选择支付方式：微信支付或支付宝支付方式，系统将生成二维码供客户扫码支付。

管理设备包括手机操作设备。通过管理设备了解设备故障原因和获取耗材状态：杯子、冰淇淋料、果仁、果酱的数量,用户决定是否添加果仁、果酱。

客户除了关心设备运行状态，更关心经济利益，每天的投入成本、设备折旧、租金、人力、耗材金额等。可将各类型冰淇淋日销售量、总金额等生成报表，供客户浏览。

4 结束语

互联网技术发展日新月异，互联网+智能设备是必然的发展趋势。互联网+智能冰淇淋机，能够使冰淇凌这种休闲甜品在年轻群体中展现出更大的魅力。要想完美实现智能冰淇淋机系统各模块功能，从硬件到软件部分都要经过调试、修正、优化，最终才能完美实现用户和企业实时监控冰淇淋机，同时也为下一代智能冰淇淋机的开发提供前期数据指导和实例参照。

[1] 马祖达,伍慧春,王晓春,等.全自动液体饮料生产线关键技术的研发[J].包装与食品机械,2008,26(6):15-20.

[2] 李红霞,周旭,邓敏华.基于PLC的冰激凌机控制系统[J]．控制工程,2009,16(s4):27-29.

[3] 俞云强，袁玉国．PLC在工艺空调控制中的应用[J]．微计算机信息，2006，22(31):87-89.

[4] 朱浪，潘丰．Win CC组态在均质生产过程监控中的应用[J]．江南大学学报(自然科学版)，2014，13(1):17-22.

[5] 单海校．PLC在小型冷库压缩机控制系统中的应用[J]．浙江海洋学院学报(自然科学版)，2004，23(1):87-90.

A New Intelligent Ice Creamer System Based on "Internet+"

DengChengwu1,ZhangZhenhua1，WangXiangjie2*

(1Huangshi Dongbei Refrigeration Co.,Ltd,Huangshi Hubei 435000;2School of Mechanical and Electronic Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

In order to meet actual demands of intelligent products against the"Internet +"environment,a new intelligent ice cream machine based on PLC controlling is designed.Equipped with internet controlling equipment management and automatic sales function,this intelligent ice cream machine takes both customers' interest and taste differences into account,at the same time supporting cash and cashless payment.

intelligent;modular;ice cream machine;PLC control

2017-08-13

邓承武，高级工程师，硕士，研究方向:空调制冷。

*通讯作者：王向杰，讲师，博士，研究方向:材料成型及控制工程。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.05.002

TH165+.2

A

2095-4565(2017)05-0005-03

(责任编辑吴鸿霞)