基于嵌入式单片机的智能自动售货机控制系统

基于嵌入式单片机的智能自动售货机控制系统
作者：李海
来源：《电子技术与软件工程》2015年第22期
摘要智能自动售货机是能实现自助购物功能的光机电一体化设备，其控制系统的开发技术并不十分成熟，因此，研究基于嵌入式单片机的智能自动售货机控制系统有重要意义。

【关键词】嵌入式单片机自动售货机控制系统
1 前言
随着我国商品经济的不断发展，商业经营模式在不断地发生变化，为了满足消费者越来越高的消费需求，出现了智能自动售货机并迅速得到了应用。

现代生活节奏越来越快，智能自动售货机有着方便、快捷、成本低的突出特点，其市场前景十分广阔。

但是，我国对智能自动售货机的研制起步较晚，尤其是其控制系统开发技术并不十分成熟。

针对这样的零售业服务需求和技术现状，本文将主要应用嵌入式单片机技术进行智能自动售货机控制系统开发。

2 智能自动售货机的结构组成及工作原理
智能自动售货机是能实现无人自动售货功能的光机电一体化设备，其产品大致分为饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机三种类型。

智能自助售货机主要由货物展示装置、售价显示装置、货物仓储装置、钱币识别及找零装置、商品输送装置等组成。

不同类型的智能自动售货机功能是不同的，其商品输送装置的结构组成有非常大的区别，比如饮料自动售货机必须在放置饮料容器后才能调制饮料，而食品自动售货机只需将货物由仓储装置传送到取货口。

下面介绍智能自助售货机的工作原理。

顾客把纸币或硬币放到投币口，控制系统检测到有信号输入，通过语音装置依次通知客户下一步的具体操作流程；钱币识别装置对纸币或硬币的真伪和面额进行识别，若所投钱币无法识别为真币，则提示无法识别并将钱币退回投币口，否则显示货币金额，经客户确认后提示请选择所需货物；控制系统不间断地进行按键扫描，当确认键盘有键按下时，判断客户所选货物是否还有库存，并判断所选货物价值是否在投币金额范围内，若是则发指令给商品输送装置将货物传输到取货口，否则语音提示库存不足或投币金额不足请继续投币；出货完成后，语音提示继续购物还是结束购物；若客户选择结束购物，则显示找零金额并进行语音提示，找零装置将剩余金额的货币送出，购物结束；控制系统将本次购物信息进行存储，系统初始化，不断检测下次购物信号的输入。

3 智能自动售货机控制系统的硬件设计
由上文所述的智能自动售货机的工作原理，智能自动售货机控制系统的硬件设计包括微控制器的选型、主控板的设计、驱动板的设计和通信接口的设计。

其中，主控板的设计主要用来实现用户的各种需求，包括钱币识别和找零模块、语音提示模块、LCD显示模块等的电路设计。

驱动板的设计主要指电机驱动模块的电路设计，对机械传动机构进行有效的控制。

通信接口设计的目的就是实现主控板和驱动板之间的通讯，使主控板和驱动板能相互合作。

从智能自动售货机所要实现的功能需求出发，结合微控制器的发展现状，选用意法半导体公司生产的STM32F107 VCT6单片机作为智能自动售货机的微控制器，该单片机是32位的单片机，有丰富的I/O口和集成在片内的外设，还有功能强大的固件库，方便了嵌入式软件的开发。

主控板上集成的外设主要有MDB外设、数据存储器、键盘与显式模块，集成了电源电路、外设驱动电路、键盘与显式电路，主控板需要5V和24V两种电压值，5V电压给单片机供电，24V电压给电机供电，为了保证控制系统的抗干扰能力，MDK模块电路采用了光电耦合的方式，键盘控制电路采用了矩阵控制法。

电机驱动模块主要完成商品的传送功能，通过单片机的I/O口控制电机，使用矩阵是电机控制技术来节省I/O口资源，电机驱动电路应该设计电流电压放大电路，因为I/O口提供的电压不足以驱动电机。

主控板和驱动板之间的通讯选用CAN总线的通信方式，CAN总线是嵌入式工业控制局域网的标准总线，数据传输速率高，抗干扰性好，传输距离远，非常适合用于智能自动售货机控制系统的开发。

4 智能自动售货机控制系统的软件设计
在智能自动售货机控制系统的工作原理和硬件设计的基础上，采用模块化的设计思想，进行控制系统的软件设计。

控制系统的软件设计主要包括主控板的程序设计和驱动板的程序设计。

主控板主要用来实现客户的各种需求，如钱币识别与找零、LCD显示、语音提示等，是控制系统软件设计的重中之重；驱动板不间断的查询主板的命令，并执行指令以控制电机的运动，最后将程序执行的结果反馈给主控板。

用嵌入式实时操作系统µCOS-Ⅱ实现主控板的程序设计，能同时进行多任务的管理，使控制系统的可靠性比较高。

软件以定时器作为系统时钟中断源，不间断地扫描键盘上是否有键按下，定时查询系统状态，定时激活钱币识别装置。

系统初始化主要分为端口初始化、变量初始化、定时器初始化、外部中断初始化、CAN总线初始化等。

初始化完成后，控制系统不断查询是否有信号输入。

一旦查询到有信号输入，控制系统就进入销售前处理状态，完成钱币的识别和接收客户的购物需求。

销售前处理完成之后，主控板发送销售指令给驱动板，驱动电机动作，将货物由存储仓送到取货口。

本次购物全部完成后，系统再次初始化，进入待机状态。

通讯程序设计是智能自动售货机控制系统的软件设计的重要组成部分。

作为现场总线的CAN总线的通信模型主要包括物理层、数据链路层和应用层，CAN总线协议没有对应用层进
行定义。

CAN控制器主要完成物理层和数据链路层的功能，应用层与用户的需要密切相关，用户可以自行定义智能自动售货机的CAN总线通信协议。

5 结论与展望
智能自动售货机是综合应用了光机电一体化技术的自动化装备，能为人们提供更加方便快捷的服务，应用前景十分广泛。

本文介绍了智能自动售货机的组成结构和工作原理，讨论了其控制系统的硬件设计和软件设计，对自助服务设备的开发有一定的参考价值。

参考文献
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