蔬菜自动售货机的控制系统设计

陶佳鑫

摘 要：针对上班族和老年人在选购蔬菜时存在耗时和不便的现象，设计出一台使用既方便又能节约购买时间的蔬菜自动售货机显得尤为必要。通过调查研究多种类型的自动售货机，分析用户操作习惯，确定机器的结构及组成，在此基础上，确定该控制系统的总体方案，以工控机作为上位机，PLC 为主控制器，工业无线路由器为物联网设备，通过投币等方式，对不同种类的蔬菜进行售卖。本设计主要对蔬菜自动售货机的硬件与软件进行设计，硬件设计包括对 PLC设备的选型、控制系统的总体设计、输入输出接口设计以及一些设备元器件的选型;软件设计主要是PLC 程序设计，包括系统初始化程序设计、缺货提示的程序设计、可购买商品程序的设计、货币不足的程序设计、货币感应及累加的程序设计以及退币找零的程序设计。

关键词：蔬菜自动售货机;PLC;电气原理图

1 研究背景及意义

自动售货机在如今现代化的生活中比较常见，由于它自身具有很多的好处，所以已经在全球的主要发达国家得到了较为普遍的发展，随着现代化科学技术的不断的进步发展，从而使自动售货机的研究与使用范围越来越广泛，人们可以在售货机上买到食品、香烟、饮料、报纸等物品。

作为当今社会的主要新零售方式出现，它伴随着现代化城市的进步与发展，工作繁忙，交通堵塞，给人们的生活带来了很多不方便，人们因为忙碌不方便去挑选蔬菜做饭。

1.1 蔬菜自动售货机的优势

（1）24小时售货，能够保障不间断地给顾客提供蔬菜。

（2）不需像传统的商店需要要人员看守，这样节省了很大的人力，相对应的开支也会下降。

（3）蔬菜自动售货机的最根本设计是进行蔬菜的自动售货贩卖，当无人购卖时触摸屏可以插播广告。

综上所述，设计出一种简洁便民的蔬菜自动售货机具有一定的发展和研究意义。

1.2 主要研究内容

（1）本设计主要调查研究了国内蔬菜自动售货机这一领域的发展状况，根据目前已存在的自动售货机功能以及结构，来设计出符合国内现状的蔬菜自动售货机控制总体方案。

（2）硬件设计包括对 PLC设备的选型、控制系统的总体设计、输入输出接口设计以及一些设备元器件的选型。

（3）软件设计主要是通过PLC 来编写程序，包括系统初始化程序设计、缺货提示的程序设计、可购买商品程序的设计、货币不足的程序设计、货币感应及累加的程序设计以及退币找零的程序设计。

2 蔬菜自动售货机的总体结构

2.1 主机和辅机的结构及组成

疏菜自动售货机售卖商品时，顾客只需通过按键进行操作，就能完成对蔬菜的购买。顾客对所需的蔬菜进行选择，在选择完成后通过现金投币进行付款，当蔬菜自动售货机的支付系统收到付款完成的信息后，就会将所选择的商品送出来。

主机箱体的顶端装备有网络摄像头，网络摄像头主要是为了保障蔬菜自动售货机的安全，防止被损坏;主体正面的上方是蔬菜商品的展示窗，在价格标签的下面有商品可选择按键;右侧区域为支付系统，设有投币口、退币按钮等元素。正下面为顾客取货口，用来取商品和包装袋。辅机是整个蔬菜自动售货机系统的执行部分制冷制热系统，根据外部环境来确定蔬菜内部环境是需要制冷或者制热，实现蔬菜恒温储存保证蔬菜的新鲜[3]。

2.2 蔬菜自动售货机的工作原理

蔬菜自动售货机的商品下面都有一个与之对应的按钮，当顾客按下按钮且蔬菜自动售货机的支付系统能感受到货币已输入的前提下，与之相对应的仓库就会打开，将货物输出。

（1）顾客把现金投入到投币口，支付系统里面的货币感应识别器会对所投进的货币进行识别。

（2）控制器根据投入现金的金额来将商品是否可售卖的信息通过选货按钮的指示灯展示给顾客，以便于顾客选择所需的商品。

（3）顾客按下所选择商品所对应的按钮，控制器接收到按钮传递过来的信息，使顾客所选择的商品到达取货口。

（4）如果还有余额则可以继续购买，否则在一分钟之内，自动售货机将自动找零或顾客通過退币按钮直接退出零钱。

（5）从退币口取出找回的零钱完成此次交易。

3 控制系统的硬件设计

3.1 PLC输入输出接口的设计

PLC厂家主要分布在美国、日本和欧洲，美国主要有Allen-Bradley、GE;日本主要有三菱、松下、欧姆龙;欧洲主要有西门子、ABB。近年来在科技生产力的提高下，国产PLC的发展也越来越好，逐渐追赶上世界先进水平[5]。面对当前市场上多种品牌的PLC产品，本设计主要根据控制系统设计的需要来选择所需的产品。首先根据蔬菜自动售货机控制系统的设计要求来确定所需的CPU运算性能、I/O借口数量等，在满足此要求的基础上，再考虑其他因素，诸如产品质量、性价比等。综合PLC性能、产品服务、成本因素等，决定采用西门子公司S7-200ST60 CPU+EM DT08 35DI/28DO，采用24V DC供电，此款PLC程序及数据寄存器的容量大而且程序执行速度快。

首先统计蔬菜自动售货机输入输出点数量。PLC的输入点28个，包括：1个退币按钮、12个商品选择按钮、12个商品感应开关、3 个货币感应输入口;PLC的输出点27个，包括：1个退币电机、12个商品出货电机、12个可购买指示灯、1个缺料提示灯、1个现金不足提示灯。

3.2 出货控制回路的设计

根据设计要求，蔬菜自动售货机在选购商品或退币时，需要通过外部按钮来给定一个输入信号。考虑到使用寿命和经济情况最终选用西门子3SB3206-0AA71发光按钮。

当顾客选购完商品后，蔬菜自动售货机的出货口需要检测顾客选购的商品是否正常出货。对射光电开关非常适用于电气控制电路。通过对光电开关灵敏度、响应快慢、使用寿命等比较和选择，最终选择E3JK-5DM1光电开关。根据蔬菜所对应的价格，当投币完成后当金额大于等于蔬菜价格时，可购买商品指示灯点亮，按下可购买商品所对应的按钮便可购买商品。由于开关选择的是发光按钮，所以具备可购买指示灯亮灯的功能。

3.3 电气设备主控制回路设计

（1）工控机

在蔬菜自动售货机中使用工控機的主要作用是对PLC下达动作指令，因此在考虑工控机的选型时，主要考虑计算性能、I/O接口、空间大小、产品品牌等方面因素，综合上述情况选用IPC-610MB-L研华AIMB-763系列工控机。

（2）网络摄像机

目前市场上有较多种类和品牌的摄像机，摄像机不仅具备监控功能也应当具备一定的存储功能[7]。综合考虑最后选择九安360°全景网络高清摄像机。

（3）无线路由器

无线路由器主要用于交通监控设备等方面上，由于路由器性能可靠稳定而且使用简单，所以在工业产品设备中有较多的应用。在本设计中为了不影响传输界面的图片清晰程度，需要一台抗干扰能力强的路由器，经过比对多种品牌型号路由器的使用性能、经济因素等条件，最终选择购买的设备为华为公司生产的AR111-S工业无线路由器。

（4）触摸显示屏

触摸屏要是根据触摸原理划分主要可以分为三大类，分为电阻式、电容式、红外式[8]。触摸屏所具备的基本功能，应该能够正常显示且触摸功能良好，满足触摸与显示的功能。综合考虑厂家口碑、产品质量和经济性等方面因素选择上海滔泽智能科技有限公司的IPM-150八线电阻式触摸显示屏。

4 控制系统的软件设计

4.1 控制系统软件设计结构

控制系统的软件是蔬菜自动售货机能否正常显示缺货、退币找零等功能的实现和蔬菜自动售货机的出货运行功能顺利可行的关键，因此，软件部分的设计需要实现货币不足提示、货币感应及累加的程序、退币找零功能等程序的设计。

4.2 PLC程序设计

梯形图在PLC编程的应用中使用最广泛，所以本程序采用梯形图编写[9]。

PLC 程序主要包括以下程序段：

（1）初始化程序：主要是 PLC 刚开始运行时对继电器、寄存器的初始化操作;

（2）缺货提示程序：当机器缺货时，能及时得到反馈;

（3）现金识别程序：具备现金感应及累加，确定投入的货币是否能够购买商品;

（4）退币找零程序：当投币后一段时间内无人操作或按下退币按钮时，能够退出余额且显示清零恢复初始状态。

5 总结

通过这次设计，让我了解了PLC 控制设计、电气设计的基本原理以及步骤，也让我明白了蔬菜自动售货机的原理和设计理念。本设计结合我国社会生活的需求，针对上班族和老年人，在选购蔬菜时的耗时和不便，产生了蔬菜自动售货机的需求。本设计主要完成了蔬菜自动售货机控制系统的PLC回路设计和软件程序的设计。硬件设计包括对PLC设备的选型、控制系统的总体设计、输入输出接口设计以及一些设备元器件的选型;软件设计主要是PLC程序设计，包括系统初始化程序设计、缺货提示的程序设计、可购买商品程序的设计、货币不足的程序设计、货币感应及累加的程序设计以及退币找零的程序设计。

本设计主要调查研究了国内蔬菜自动售货机这一领域的发展状况。目前已存在的自动售货机中，蔬菜自动售货机机器尚未得到普及，特别是在县级地区以及农村并未得到大范围推广，在中国具有较大的市场潜力[10]。

参考文献：

[1]文国军， 基于手机二维码支付的售货机物联网平台的设计与实现[D]. 中南大学， 2013：2-3.

[2]张雨辰， 杨坚争， 王林. 移动支付的现状和发展趋势研究[J]. 电子商务， 2015，（6）：47-48.

[3]兰哲. 软件人机界面设计的认知基础[J]. 山西科技， 1998，（03）：41-42.

[4]赵红梅， 张军.自动售货机PLC控制系统的设计[J]. 科技资讯， 2009，（03）：37-39.

[5]李梦楠. PLC在自动售货机控制系统中的应用[J]. 电脑迷， 2017，（07）：55-57.

[6]王克站. 自动售餐机控制系统设计与研究[D]. 合肥工业大学， 2017：32-34.

[7]肖明. 物联网与视频监控的融合发展[D]. 南京邮电大学， 2014：11-13.

[8]郑寿云.电容触摸屏的研究[D]. 汕头大学，2009：8-9.

[9]赵远. PLC程序模块化的设计方法[D]. 太原科技大学， 2013：6-7.

[10]郝惠泽. 移动的支付的发展与探究[J]. 中国信用卡， 2013，（3）：50-53.