基于STM32现调酒机控制系统设计

衣超　寇江伟　张海彪

摘   要：目前新零售设备发展火热。文章采用STM32F103控制器设计了一款现调酒机控制系统，主要功能是通过蠕动泵控制电路和称重电路对每一种饮品的配料进行精确的控制，以及通过搅拌机构和工位运动机构进行饮品的调制。取料口设计具有防夹手功能，通过点单系统进行饮品的选取，无需工作人员的干预，可使设备处于无人售货的状态。

关键词：STM32F103;精确的控制;防夹手功能

在新零售市场有很多自动售货设备，大多数饮品以及鲜榨果汁设备都是采用标准的饮料制品进行销售，饮品比较单一，无法满足消费者庞大的需求。本文采用ARM处理器STM32F103为控制核心，通过控制蠕动泵的转速和读取称重传感器来控制每一种配料的比重，通过搅拌机构和工位控制进行不同工艺的加工，制作一杯现调酒。该系统具有10种配料且可以任意更换，从而调制出不同口味的饮品，大大满足了消费者庞大的口味需求。

1    系统原理设计

现调酒机控制系统主要由ARM控制器STM32F103单片机、蠕动泵控制电路、称重电路、数据传输电路、传感器读取电路和搅拌电路、电源电路组成。STM32单片机作为控制系统的核心部分，通过控制蠕动泵电路来抽取配料，读取称重传感器数据进一步测量配料的比重，然后通过搅拌机构将配料进行充分的融合。数据传输电路将饮品的相关数据信息反馈给点单系统，系统总体设计如图1所示。

2    硬件电路设计

2.1  ARM控制器介绍

ARM控制器采用STM32F103系列的32位微控制器STM32F103VE，采用ARM32位Cortex TM-M3的CPU，主頻可达72 MHz，内置高达512 kB的闪存和64 kB的SRAM，具备丰富的外设资源，主要包括ADC，UART，I2C及SPI等接口。可提供睡眠、停机和待机3种省电模式，有效保证系统的低功耗性，而且Thumb-2指令集可有效提高系统运行的效率与实时性[1]。

2.2  蠕动泵控制电路

蠕动泵主要由步进电机和蠕动泵头和驱动器组成，蠕动泵驱动器采用基于RS485总线通信的总线控制方式。现调酒机控制系统蠕动泵控制电路主要是基于MAX487EPA芯片设计的，采用“单一电源+工作”，额定电流为300 μA，采用半双工通信方式，完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能，而且MAX487的驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5 Mbps的传输速率。电路设计如图2所示。

2.3  称重电路

称重电路主要为TI公司推出针对称重传感器应用的模数转换器ADS1232，用于低电平高精度测量特别是应用于衡器上面，其提供了最高23.5位的无噪声精度，非常适合用于高速、高精度数据采集，内部集成有输入多路复用器、输入缓冲器、可编程增益放大器[2]，称重电路如图3所示。

ADS1232采用3.3 V供电，外部参考电压为+5 V，A+和A-为称重传感器接口，该系统称重传感器采用量程为3 kg的传感器。

2.4  数据传输电路

数据传输电路采用的是MAX3232CSE芯片设计，系统通过RS232串口将数据反馈给点单系统，同时也负责接收点单系统发送的订单信息和执行命令，电路如图4所示。

2.5  传感器读取和搅拌电路

传感器读取电路主要采用TLP185光耦进行隔离设计，保证系统核心部分不受外界信号的干扰，电路如图5所示。搅拌电路主要通过开光量控制直流电机工作和停止以及TLP185光耦控制MOS管导通和截止实现，采用MOS管设计主要因为该部分会频繁的启动和停止，电路如图6所示。

2.6  电源电路

电源电路采用的是LM2576S5.0芯片将24 V转为系统所需的+5 V。通过AMS1117-3.3将+5 V转换成+3.3 V给控制系统供电，电路如图7所示。

3    软件设计

现调酒机控制系统通过控制器分别协调各个子功能模块，完成对点单系统的指令接收和数据反馈，读取称重传感器数据、控制蠕动泵转速、控制搅拌头旋转工作。系统软件部分主要由称重数据读取、蠕动泵转速控制、点单系统数据传输3大部分组成。点单系统数据传输部分点单系统主要通过RS232和现调酒机系统进行数据传输，现调酒机系统数据传输主要是由控制器UART外设接口和MAX3232芯片共同完成，MAX3232芯片主要负责TTL电平和CMOS电平的转换工作。控制器上电首先会对UART外设接口进行管脚的初始化和一些通信参数的配置。数据交互主要通过UART外设触发中断来完成，数据处理在中断的子函数中进行，中断流程如图8所示。

4    测试结果

数据测量主要是称重传感器数据的测量，测量办法是通过现调酒机其中的一个配料选择定量10 g，并连续测量10次，记录数据进行分析，判定系统称重部分是否稳定。测量数据表1所示，安装实物如图9所示。

5    结语

本文完成了基于STM32F103为控制器设计的现调酒机控制系统，现调酒机系统通过RS232接收点单系统下发的订单指令，然后设备开始制作饮品，通过控制蠕动泵的转速和读取称重传感器的读数来控制每一种配料的下放重量，通过搅拌机构进行原料的充分搅拌和混合，经过试验数据测量单种配料的精度可以控制在0.05 g以内。

[参考文献]

[1]王晨辉，吴悦，杨凯.基于STM32的多通道数据采集系统设计[J].电子技术应用，2016（1）：51-53，57.

[2]陈红远，郭天太，吴俊杰，等.多通道微弱电压信号同步采集系统开发[J].电子技术应用，2014（40）：79-84.

Abstract：At present， the development of new retail equipment is hot. This paper mainly uses STM32F103 controller to design a control system of the current blender， the main function of the system is to accurately control the ingredients of each drink through the peristaltic pump control circuit and weighing circuit， the beverage is modulated by the mixing mechanism and the working position moving mechanism. The design of the reclaiming port has the function of anti pinch， through the order system to select drinks without the intervention of the staff， the equipment is in the state of no sales.

Key words：STM32F103; precise control; anti pinch function