自动售货机智能控制系统研究与设计

刘 湘

（深圳市捷视互联科技有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

自动售货机是一种商业自动化设备，提供自动售货操作，无须人工协助，具有操作更灵活的优点。自动售货机通过接受客户以硬币形式支付的款项来执行自动售货交易，现在使用借记卡和信用卡租赁选定的产品。该控制系统能够自动监控、制冷、产品交付、支付及报警等功能。

1 研究的目的

该文的目的是为自动售货机开发智能控制系统，对自动售货机的功能进行智能控制，使自动售货机能够支持硬币、手机支付和销售点终端支付选项。它还可以处理制冷、产品分配以及控制照明。机器还可以监视产品可用性状态和一般机器状态，并向所有者和用户报警。满足创新、高清、触摸屏、非现金支付方式、物联网和云服务的需求。大多数自动售货机都设计有自动售货机控制器，用于管理支付、制冷、灯光控制和产品处理等基本子系统。自动售货机控制器通常基于一个低端微控制器，它缺乏计算能力、连接性和可管理性，并且易于重新编程，以支持新的安装后服务。从简单的低端微控制器到可编程逻辑控制器，包括三菱PLCFX2N-32MR、西门子PLC和用于实现机器控制系统的基于处理器的控制器，都有了技术进步。控制系统提供了智能系统技术，如高清触摸屏和远程管理设备软件，远远超出了将食品和饮料分发到广告平台等服务中的范围[1]。高科技的自动售货机支持所有的支付方式，例如手机、硬币和银行卡。可同时购买多种产品，使机器高效、快速、可靠地提供服务。控制系统控制支付系统、温度系统和产品移动。

2 相关研究

互联网技术加快了行业创新步伐，改变了市场，而自动售货业也从这些进步中受益。自动售货机可以提供移动电话充电、免费Wi-Fi和从USB驱动器平台打印等服务。一些自动售货机在机器内部安装了Wi-Fi和GPRS，以便收集库存水平数据并将其发送到集中的数据库以制定补充计划。机器控制系统驱动所有这些系统，控制系统主要包括继电器控制、微机控制和PLC控制。机器支付系统有不同的形式，最常见的是硬币支付系统。该机器有一套完整的机械和电子概念系统，以完善产品交付流程。随着科技的飞速发展，企业的目标是通过新的创新商业模式和营销策略来提高消费者的消费水平。网络物理系统（CPS）和互联网为计算实体提供快速的连接，同时为过程访问、使用数据访问和管理互联网提供数据处理服务，以提高系统性能[2]。如今的支付平台可以选择非现金支付，对用户 更为友好，网络为移动设备提供个人账户信息，电话服务运营商提供的移动网络为无现金支付系统提供了支付渠道。将个人账户信息放入移动设备的过程，称为空中传送（OTA）供应。

3 控制系统的开发

本节重点介绍用于开发自动售货机控制系统（图1所示）的程序。根据筛选标准对各种概念进行筛选，并对概念进行进一步改进和组合，直到选出最终的概念进行开发。

图1 系统方框图

3.1 自动售货机控制系统质量功能配置

该节的目的是确定客户的需求，并将其转化为产品特性要求或技术数据。在解决方案生成过程中，确定了各种需求，并强调了它们之间的关系。客户和用户表示，他们希望控制系统能够满足他们的需求。然后将这些数据转换为技术工程数据，将其置入系统设置，满足客户需求[3]。

概念开发：概念是在筛选阶段产生的，目的是提出一种开发解决方案。

3.1.1 概念A：模糊逻辑控制器（基于物联网网关设备的控制器）

该概念包括以下组件。

物联网网关设备：该设备是控制系统的核心引擎。它基于Intel Atom E3825处理器，提供网络和嵌入式控制的集成技术和协议。它通过接口板接收输入信号，并通过同一接口板向各种机器外围设备发送输出信号。

自动售货机输入/输出扩展板：这是一个双板，提供了IoT 网关设备之间的交互能力，该设备也类似于自动售货机控制器和自动售货机外围设备。它支持多种电机配置和协议转换，使输入输出更加灵活。

自动售货机外围设备：这些是控制器监控的各种小型独立配置。这些外围设备包括触摸屏、无现金支付终端、产品交付系统和制冷。这些外围设备由各种执行器驱动。

3.1.2 概念B：PID控制器（Nuvoton W78052DDGMicro controller）

这个概念将PID用于8位Nuvoton W78E052DDG微控制器上的比例积分微分控制器。这一概念由以下部分组成。

Nuvoton W78052DDG微控制器：这是所有指令处理完成的核心概念。它通过接口板处理输入信号以控制各种机器外围设备。它是1个8位微控制器，功耗较低，可以支持较宽的频率。

89V51RD2闪光器板接口RS232：该板通过输入输出端口连接微控制器和自动售货机外围设备。P89V51RD2允许串行编程，可以通过与PC的串行连接直接使用该板编程，无须额外的外部编程器。

自动售货机外围设备：这些是控制器监控的各种小型独立配置。这些外围设备包括无现金支付终端、产品交付系统和制冷系统。这些外围设备由各种执行器驱动。

3.1.3 概念C：可编程逻辑控制器（PLC）

这个概念使用PLC上的梯形逻辑指令来监视和控制自动售货机。该概念包括以下组成部分。

可编程控制器：该装置是控制系统的核心引擎。Ladderlogic指令存储在从那里执行的内存中。在需要高输入/输出灵活性的地方，可以在PLC中添加单独的输入和输出模块。

自动售货机外围设备是控制器监视的各种小型独立配置。这些外围设备包括无现金支付终端、产品交付系统和制冷系统。这些外围设备由各种执行器驱动。在制冷系统中，通过连续控制压缩机的速度来进行建模，该系统包括温度传感器和压缩机（风扇）。温度传感器用于捕获机器冷藏室的温度并驱动压缩机。选择LM35传感器。LM35是一种精密集成电路温度装置，输出电压与摄氏温度成正比，无须外部校准。选择接口板是获得最佳性能的主要决定因素。接口板选择标准如下。工作温度：0℃~45℃。I/O端口：高I/O端口，接口端口：具有仲裁选项的多个端口。最大尺寸（长×宽）为400mm×120mm。控制系统为用户提供硬币、银行卡和手机的支付选项，非常适合当前和未来的客户需求。它是基于人工智能开发的软件，提供了交互式的控制功能。并且采用了1个双板解决方案，具有自动售货机控制器和自动售货机输入设备之间的交互能力。

3.2 概念评分

经过筛选的概念有1个评分标准。再次制定评分标准并用于评分。

3.3 输送系统

该系统负责将所选项目交付到收集盘，客户可以在那里访问购买的产品或项目。传送系统主要取决于产品类型和机器中物品的物理安排或存放。

3.3.1 概念1：输送机

输送机允许采购物品从其储存位置传送到分配盘，在那里它可以自由地落入收集盘。这一概念允许选定的产品通过杯式输送机系统输送到输送管。使用塑料输送机将采购的物品移动到机器的末端，在那里为客户放置收集盘。一旦它到达那里，当传送系统继续移动时，它会倾斜杯子系统，将购买的物品排到传送滑槽上。

3.3.2 概念2：Carousel

Carousel概念源于自动存储和检索系统的Carousel系统。在这个系统中，要购买的物品在重新评估之前被储存在储物箱中。系统有1个固定的点，被视为传送带上所有物品的卸料台。储物箱可以旋转，这样将物品一次一个地送到卸料箱。当箱子中选定的物品到达卸货区时，推杆推动箱子，使其围绕固定点旋转的角度不超过 1200°。

3.3.3 概念3：螺旋弹簧

螺旋弹簧使用螺旋机构将物品从一点输送到另一点。该系统采用螺旋机构，通过旋转运动将工件从A点传递到B点。

3.3.4 概念4：真空压缩

这个概念通过压缩空气在拣选机和物品表面之间形成真空来实现。在预定的时间过后，压力被释放出来，导致拾捡器上的物品掉落。吸油时产生真空，下降时压力降低。然后，物品在重力作用下自由落在收集盘上，顾客可以在那里取到它。

3.4 付款

下面讨论用于支付的概念，并采用最佳概念进行开发。支付流程图解决了自动售货机中选择支付选项（移动电话、ATMcard 和硬币）的问题。最初，机器处于基态，功率很低。当客户靠近机器触摸屏界面时，机器通电，触摸屏显示可用物品、数量和价格[4]。将显示一条弹出消息，提示客户选择要购买的项目和数量。客户选择购买项目及其数量。系统计算并显示总成本。客户从可用的付款选项中选择付款选项。

3.4.1 硬币支付逻辑

硬币支付系统允许将多种类型的硬币输入自动售货机进行购买交易。选择货物和数量后，系统计算总成本并显示在屏幕上。当客户选择硬币支付选项时，系统会提示他将硬币插入硬币兑换机系统。该系统利用硬币的内置编程特性来验证硬币，并根据特定标准检查其完整性。如果硬币通过验证，系统将计算硬币的总价值，并将其与所选商品的价格进行比较。如果价值等于价格，则交易完成，产品通过机械交付系统交付。

3.4.2 刷卡支付流程

信用卡系统允许客户使用信用卡和借记卡从自动售货机购买商品。交易通过客户开证行和客户收单行进行。这2种交易允许将资金从客户开证行转移到商品开证行以交换货物。选择商品和数量后，系统计算总成本并显示在屏幕上。当客户选择刷卡付款选项时，屏幕显示刷卡提示。

该系统使用磁条读卡器，提取并编码卡上的磁性数据，并用它来验证卡的有效性和访问用户账户。系统还读取客户账户中的可用资金量。如果卡片有效并被系统识别，系统会提示客户输入PIN。系统会验证输入的PIN是否正确，并将可用资金与价格进行比较。如果资金超过所选商品的价格，则通过分配系统交付产品，否则交易终止。

3.4.3 移动支付流程

移动支付允许客户使用手机支付商品或服务。交易通过客户移动运营商和商户收单银行之间的内部通信完成。控制系统应确保系统可显示多个支付选项。

选择货物和数量后，系统计算总成本并在屏幕上显示。当客户选择移动支付选项时，系统会提示他输入短代码*151*2*2*商户代码，并按照提示完成交易。一旦交易通过POS移动设备成功完成，就会向分配系统发送一个信号以交付所选产品。

3.4.4 支付系统原理

系统组件是用于硬币兑换机和通过移动网络提供商进行卡和移动支付的POS终端，它们都通过接口板和连接电缆与控制器相连。该控制系统为用户提供了硬币、银行卡和手机的支付选择，非常适合当前和未来的客户需求。

3.4.4.1 硬币兑换机

硬币兑换商验证所有硬币，并确定哪些是真的，哪些是假的，因此可以直接接受或拒绝硬币，拒绝后返还硬币。硬币兑换机要求，选择使用DG600F硬币兑换机。

3.4.4.2 POS设备

POS 设备有磁条阅读器和从控制器，可以读取和处理借记卡和信用卡。它也接受通过移动网络运营商使用商户号码进行移动支付。

3.5 报警系统

报警系统负责监控产品可用性状态和机器状态。

系统有电容传感器和LED。传感器监控产品可用性，并根据产品可用性状态激活LED。操作方法如下。当传感器（S1）在传送带中的最后一个产品被释放后被激活时，黄色LED被激活以指示机器中的产品处于低位。当产品在最终传送带2上继续分配时，在分配最后一个项目或产品时，传感器（S2）被激活，红色LED被激活以指示产品为空。当系统检测到一枚假币时，它被拒绝，蜂鸣器响起。如果自动售货机序列中断或未能完成，蜂鸣器也会响起。报警系统基本上有以下组件：接近传感器、红色和橙色LED、蜂鸣器。

3.5.1 接近传感器

接近传感器用于监控产品可用性，输出用于确定LED状态。

3.5.2 LED指示灯

需要2个LED，红色和橙色，以指示自动售货机的状态。该项目选用的LED为OC451-01超亮橙色和RC451-06超亮红色。

3.5.3 蜂鸣器

蜂鸣器需要根据机器状态发出声音。该文选用的蜂鸣器为HPE-30P压电蜂鸣器。HPE-3OP压电缓冲器工作电压范围宽，功耗低。它产生的声音脉冲音调非常清晰，穿透力强。

4 讨论

自动售货机的可用性是很重要的，因为许多人依赖它们来方便地获取产品。这些机器用于分配各种产品，不需要销售人员在场。互联网和新技术使市场动态不断变化，自动售货机的设计随着计算技术的进步不断完善。通过LCD/触摸屏显示、图像传感、无现金（移动和卡系统）支付等一系列技术，遥测平台和物联网系统为消费者提供了一个新的用户友好的环境。位于各个竞争优势中心的自动售货机可以通过广域网（WAN）和局域网（LAN）技术连接起来。使用手机应用程序可以控制和调节机器，并在需要时获得必要的信息。

5 结语

该设计利用网关设备实现自动售货过程。实现了系统支付灵活、移动和具有刷卡功能的目标，使其成为与所有手机类型高度兼容的多支付系统设备。该控制系统建立在自动售货机设备的基础上，能够结合未来技术变化，为消费者提供可靠，并且快速相应的销售系统。从系统设计和系统总体配置来看，系统有效运行需要注意一些方面，例如需要一个能够在故障发生之前检测故障的自动故障检测系统。避免由于故障而导致的机器出现致命错误。这有助于提高机器的安全性和可靠性。