智能泳装售货机的电路系统设计*

戴亦宗， 张友宏

（扬州市职业大学，江苏 扬州 225001）

0 引言

本泳衣售货机通过有线网络与云端远程连接并保持在线，通过云端对销售情况进行管理及调度。 售货机内部有140 个仓位，最多可容纳140 件商品，每件商品允许有各自的品类、型号、价格及其他信息，每件商品通过独立的二维码进行标识并由设备内部和网络后台通信， 实现自动识别。 每次上货后，设备对仓位进行建仓扫描，扫描后的货物类型、数量等信息存储在本地并上传到云端。

销售产品单品价值较高， 特别舍弃了传统现金支付方式，仅保留在线支付方式，系统维护简单，管理方便，提高了用户购买效率， 方便企业对销售信息和资金的在线管理。

每一台泳衣售货机都有全球唯一代码， 云端后台可以通过网络监控每一台设备的实时销售情况， 也可以统计已销售的产品类型和数量多少， 并通知当地理货员及时维护和上货。

1 系统整体设计

如图1 所示，自动售货机由售货机壳体，以及水平运动机构、垂直运动机构、扫码推顶机构、仓储机构和电气控制模块组成。

图1 系统整体结构

如图2 所示，电气系统由电源、计算机、控制器、二维码扫描、伺服电机、触摸屏等模块组成[1]。 泳衣商品由人工随机上货， 扫码推顶机构扫码枪对每个仓位进行扫码，将二维码信息通过串口通讯电路传输给PC 机；客户通过触摸屏既可以看到模特的穿着效果，也可以按照提示选择自己需要的商品，进行在线支付。

图2 系统电气系统框图

客户按下对应的商品， 系统把这个指令发送到后台服务器。 后台服务器按照所选商品的定价生成收款二维码并传递给售货机，且在显示屏上显示出来，顾客扫码付款，支付成功后，扫码推顶机构根据系统数据库中的商品仓位信息，运动到该仓位将货物推出。

2 系统电路设计

2.1 电源电路

如图3 所示，售货机输入电源220V，经过变压器降到14V 左右，整流电路把14V 正弦交流电转换为峰值为12V的电压， 经过MC7812 与MC7805 输出5V 电压， IC7805的1、2 脚内部电路可以等效为一个电阻， 电容与IC 内部等效的反馈电路形成RC 电路， 使充放电时间常数变大，电压波动变小，又由于7805 本身是稳压块，对于波动的电压有稳压作用。

图3 电源电路

系统3.3V 电源，采用LM7805 将12V 转为5V，然后再串联LD1117 转为3.3V。 输入电压和输出电压压差越大，转换效率越低，发热越大。 为了提高稳压芯片的工作效率，减少发热量，在电路中需要多路电压时经常会使用这种方式，可以先用稳压芯片将12V 稳压成5V，然后再将5V 转换成3.3V。

2.2 单片机电路

系统采用以STM32 为控制核心的最小系统， 利用该芯片与上位PC 机进行串口通信、伺服电机控制、电磁阀的控制[2]。

如图4 所示，通过MAX232 转换芯片与计算机通信。MAX232 芯片不仅可以实现RS－232C 的技术指标， 而且芯片的供电电源只需要＋5V，这样不仅使串行通信的性能更加可靠， 而且价格低廉， 单片机的TD （发射）与MCU＿TXD1 连接，单片机的RD（接收）与MCU＿TXD1 连接；PC 机的接收与T1OUT 相连，发射与R1in 相连，接口J1 与芯片MAX232 的连接。 通信协议如下：1）串行通信的波特率设为15200B／S；2）帧格式为1 位起始位，8 位数据位，2 位停止位；3） 无奇偶校验位；4）PC 机采用COM1 口进行通信。

图4 串口通信模块

2.3 执行机构电路

推顶机构的运动由两台小功率伺服电机作为主要动力源，配有1︰50 的行星齿轮伺服电机专用减速器，驱动轻便，运动平稳，节能环保，支持超低功耗待机和远程软件管理，最低待机功耗仅60W，常规工作能耗小于120W。

如图5 所示，AM26LS31 四差动线路驱动器开关速率32MHz；输出电流±30mA；具有输出短路保护功能；断电时输出呈高阻状态；兼容TTL 电平，与单片机连接使用，后级连接控制伺服放大器，将脉冲信号转换成差动输出。

图5 伺服驱动电路

机构门锁与推顶由电磁阀驱动， 通过ULN2002 达林顿驱动电路，可用于驱动电磁阀、步进电机等感性负载。

3 系统算法

售货机有140 个仓位，既有140 地址目标点，货物推顶机构通过两台伺服电机驱动运行， 当客户选择多个泳衣商品时，控制器要根据各个仓位位置计算出最优路径。

3.1 蚁群算法

蚁群可以在不同的环境下， 寻找最短到达食物源的路径。 这是因为蚁群内的蚂蚁可以通过某种信息机制实现信息的传递。 后又经进一步研究发现， 蚂蚁会在其经过的路径上释放一种可以称之为“信息素”的物质，蚁群内的蚂蚁对“信息素”具有感知能力，它们会沿着“信息素”浓度较高路径行走，而每只路过的蚂蚁都会在路上留下“信息素”，这就形成一种类似正反馈的机制，这样经过一段时间后，整个蚁群就会沿着最短路径到达食物源了[3]。

3.2 路径计算

应用蚁群算法求解路径优化问题， 每个仓位坐标输入由0 和1 组成的矩阵表示货物推顶机构需要寻找最优路径的地图， 其中0 表示此处可以通过，1 表示此处为障碍物，应无障碍，矩阵全为0，输入初始的信息素矩阵，选择初始点和终止点并且设置各种参数。 选择从初始点下一步可以到达的节点， 根据每个节点的信息素求出前往每个节点的概率，并利用轮盘算法选取下一步的初始点。计算公式，其中τij(t)为每个位置的信息素的浓度，ηij为相关联的启发式的信息，α、β 为权重参数，更新路径以及路径长度，重复以上过程，直到蚂蚁到达终点或者无路可走，取M=10 只蚂蚁迭代结束，更新信息素，，，0 表示蚂蚁不经过该位置，ρ 为信息素挥发系数，Q 为信息量增加强度，LK(t)为路径长度，N=3 取三代蚂蚁迭代结束[4]。

4 结语

本文设计的智能泳装自动售货机电路，给出了以单片机为控制器的硬件电路设计，对售货机的仓位货物的目标寻址提出了蚂蚁算法。 经过测试，该电路运行稳定，能够实现泳衣自动售货机的售货功能，又能实现销售数据的监控和管理。