多功能茶叶自动售卖机的设计＊

2021-03-09周露琴陈德坤罗森艳

中文信息 2021年12期

焦超周露琴陈德坤单运罗森艳

（贵州民族大学机械电子工程学院，贵州贵阳 550003）

随着时代的发展和技术的革新，自动售卖机类型日益增多，本设计在传统售卖机基础上新增了手机扫描二维码了解茶叶信息的功能，可解决自动售卖销售模式带来的对茶叶品种与功效难以了解和抉择的局限性，可实现多人同时查阅茶叶信息，消除了排队等待的弊端。出货机构在履带式出货装置的基础上增加了自动升降货架辅助出货，结构设计简单，空间利用率高，避免了茶叶从高处掉落对茶叶品质和包装带来的损伤。

一、总体方案设计

本设计主要由电源模块、STM32最小系统板、按键模块、网络信息查询模块、支付模块、出货机构、温湿度监测模块和报警模块组成。

1．STM32最小系统板

本设计采用的控制器是STM32，计算速度快，性能稳定，具有8个16位定时器，两个电机控制定时器，可以更好地控制多个电机，保证出货的顺利进行。

2．网络信息查询模块设计

该模块实现的功能是消费者可以通过手机扫描茶叶对应的二维码查询茶叶的详细信息，如茶叶的产地、生长情况、功效等；网页与下位机通信获取下位机库存信息，方便售卖机维护人员通过网页查询茶叶的销量和库存。网页总体框架如图1所示。

图1 网页总体框架

茶叶信息网页需要进行茶叶信息采集并获取下位机库存并生成二维码，方便顾客进行扫描查询信息。

3．支付模块设计

支付模块有投币支付和二维码支付两种支付方式，投币支付流程见图2。二维码支付是调用微信和支付宝平台完成订单的创建，然后支付服务器将支付结果反馈给本设备。

图2 投币支付流程

压力检测模块通过对1元硬币、5角硬币和1角硬币的重量检测实现硬币的识别。TCS230颜色检测模块主要完成纸币的面值识别，通过TCS230模块识别纸币的颜色，根据组成颜色的三原色不同从而分辨不同颜色（面值）的纸币。红外检测模块由红外发射管和红外接收管组成，该模块实现纸币的真伪鉴别。

4．出货机构设计

出货机构主要包括红外检测传感器、测距传感器、履带货道和自动升降货架。

出货机构采用的传感器有两种。一是红外光电对射管，用来检测货物是否从货道落入自动升降货架和是否进入取货窗口，并通过红外光电对射管检测到信号的次数进行货物储量与销量的数据采集。二是GY-53 VL53L0X激光测距传感器，用来检测自动升降货架实时高度，实现自动升降货架准确停在某一高度的功能。通过L298N电机驱动芯片对货道电机和自动升降货架电机进行正反转、停止的驱动。

5．温湿度模块设计

该模块设计如图3，通过温湿度检测传感器检测售卖机内部环境的温度和湿度。如果温度或湿度偏离预设值（茶叶储存所需的温度和湿度），STM32最小系统板便会控制制冷器或除湿器工作，使内部环境的温湿度稳定在预设值。

图3 温湿度检测模块框图

6．报警模块设计

报警模块主要由压力传感器和蜂鸣器组成，当箱体受到外力破坏时，压力传感器检测到的压力大于设定值，便会发送信号给控制器，控制器控制蜂鸣器报警。

二、硬件设计

1．机械结构设计

利用CATLA三维软件对装置主体机构建模设计，设计内容包括装置的外观和出货机构。如图4所示。

图4 多功能茶叶自动售卖机外观

2．电源模块设计

本设计采用了一块电压转换模块和一个DC12V的电源适配器将220V的交流电转换成12V和5V的直流电，12V的直流电用于电机驱动的电源，5V的直流电用于主控芯片、红外光电管以及测距模块的供电。

3．按键设计

按键模块是一个3X4的矩阵，消费者通过按键模块对茶叶种类进行选择，按键模块将选择结果通过高电平的形式发送给控制器。

4．电机驱动设计

选用L298N为电机驱动模块，该模块主要用来驱动本设计的6个电机。驱动芯片是L298N双H桥直流步进电机驱动芯片，可驱动2路直流电机，使能端ENA、ENB为高电平时有效，当使能信号为0时，电机处于自由停止状态；当使能信号为1，且IN1和IN2为00或11时，电机处于制动状态，阻止电机转动。该模块使用大容量滤波电容，续流保护二极管，提高了该模块的可靠性。

5．测距模块设计

本设计用的测距模块是GY-53 VL53L0X激光测距传感器，该模块通过红外LED光发射出去到反射回来的飞行时间来计算距离，最后直接输出距离。GY-53 VL53L0X激光测距传感器的体积较小，测量距离长达2m，每秒可以测量50次，并且测量的速度和精度又快又高。本设计对于测距模块与主芯片之间的通讯方式采用的是串口通信。

三、软件设计

1．网络信息查询模块的软件设计

该模块基于Flask框架，通过Python编程语言设计网页，首先搭建Flask网页框架，建立前端HTML，在前端函数中录入茶叶基本信息，Flask框架与前端HTML交互，完成茶叶信息网页的建立。

在茶叶库存数据模块，需要网页获取下位机库存信息并显示在茶叶库存页面。在该设计中，下位机与网页通信主要通过STM32串口传输将库存数据发送到ESP8266，ESP8266设置AP模式，令其成为服务器，利用TCP客户端将服务器中的数据接收并连接数据库将数据写入，然后通过Python中调用函数读取数据库中的数据并显示到HTML网页上。