【正文】 8255 是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛被采用的可編程外部 I/O 擴展芯片。各點的波型如圖 所示。當 St 端為高電平“ 1”（大于 ）時，不論 Vi 端的電平為多少 其輸出級的達林頓管總是截至。 選定由 PA口的 PA0， PA1， PA2，控制 x 軸的三相步進電機， PB0， PB1， PB2通過驅(qū)動電路控制 y 軸三相步進電機，并假設(shè)數(shù)據(jù)輸出為“ 1” 時，相應(yīng)的繞組通電 。在圖 中，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為 4，故齒距角為 90 度，轉(zhuǎn)動了一個齒距就是轉(zhuǎn)動了 90 度 ． 本次設(shè)計采用的是三相步進電機型號是 36BF003（屬于三相步進電機），工作電壓的標稱值是 27V，相電流的標稱值是 ，保持轉(zhuǎn)矩是 （豪牛頓。如果對一相繞組的操作稱為一拍，那么對 A， B， C三相繞組的輪流通電需要三拍。 當開關(guān) A 斷開， B 接通，由于 B 相繞組和轉(zhuǎn)子的 1， 3 號齒之間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子的 1， 3號齒和 B 相磁極對齊，則轉(zhuǎn)子的 0， 2號齒就和 A， C相繞組形成錯齒狀態(tài)。在一般的步進電機工作中，其電源都是單極性的直流電源。很明顯脈沖的總數(shù)決定了移動量，指令的頻率 決定了移動的速度。與驅(qū)動控制器匹配使用時控制起來方便，在銷售移動距離較小的商品的時候不會產(chǎn)生誤差。 推進裝置 方案一：步進電機推進 采用步進電動機控制，步進電動機的精度很高，可實現(xiàn)精確的步距角運動，由其組成的位置控制系統(tǒng)定位準確，穩(wěn)定時間短，采用單片機控制步進電動機，控制信號為熟悉信號，不再需要數(shù) /模轉(zhuǎn)換，具有快速起停功能，延時短、定位準確、精度高和可操作性強。 無毒 ， 即使與人長期接觸也無害，還有燃燒時產(chǎn)生的氣體不產(chǎn)生有毒氣體 。當有商品時，商品 擋住紅外線使其無法對射，自動售貨機正常工作；當商品出售完畢時，紅外線對射，向 CPU 發(fā)出無貨信號，經(jīng)過檢測通過串行擴展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號，使機身“售完”指示燈亮，此種商品自動停售，即使投幣金額達到該道商品預(yù)設(shè)價格數(shù)值，可售按鈕仍然無法啟動信號，金額累計存儲器也不清零。 自動售 貨機的功能框圖 智能自動售貨機的功能框圖，如圖 所示，該框完整的表現(xiàn)出智能自動售貨機的每一個功能模塊，有儲存貨物模塊的制作與設(shè)計，其中包括了儲存箱體、物品支架、推進系統(tǒng)、檢空裝置以及報警系統(tǒng)，和出貨模塊與外觀的設(shè)計以及控制核心的編程與設(shè)計。當數(shù)據(jù)從外設(shè)發(fā)送到主機時，最后送出的字節(jié)方式位被置 1，標志著數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。其中方式位根據(jù)傳遞的方式的不同置 0 或置 1。 MDB/ICP 協(xié)議是歐洲售貨機制造協(xié)會制定的一套用于協(xié)調(diào)自動售貨機的主控制器（ MMC）與多個設(shè)外之間通 訊的協(xié)議。 自動售貨過程的通訊子系統(tǒng)簡述 自動售貨系統(tǒng)的外圍設(shè)備較為復(fù)雜，導致對主控制器的要求越來越高。此時可以按下購貨按鈕，由于 CPU檢測到有購貨信號后，如金額累計器中的數(shù)值與預(yù)設(shè)價格相等，則通過并行擴展接口驅(qū)動電磁閥 3 或者微電機驅(qū)動出商品，并將金額累計存儲器清零，完成一次售貨過程，如累計金額大于預(yù)設(shè)價格時，驅(qū)動商品后，相減差額由信號驅(qū)動退幣，實現(xiàn)退幣和找錢功能。售貨機的價格設(shè)置由按鍵和存儲器組成。 自動售貨機的硬件原理構(gòu)成如下圖 所示 2 綜合所述，售貨機系統(tǒng)可以分為三部分組成，即自動售貨機的控制子系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)、硬幣器子系統(tǒng)以及紙幣器子系統(tǒng)。 （ 4）顧客選擇商品后，售貨機自動把商品送出，等待顧客取走。 1 第一章 自動售貨機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 自動售貨機是集光、機、電一體化的獨立機構(gòu)，它只需要顧客投幣和按購物鍵選擇即可自動售貨及退找零錢，其工作程序如下圖 ]1[ 售貨機的工作原理是： （ 1） 從投幣口送入貨幣，然后通過傳感器采集數(shù)據(jù)、識別器判斷貨幣的真?zhèn)尾⑴袆e面值。 （ 5）顯示余額，如果金額足夠多，顧客可以選擇找?guī)呕蛘呃^續(xù)買商品；如果款額不夠，售貨機經(jīng)過延時予以退幣。其中控制子系統(tǒng)是本設(shè)計研究重點。通過按鍵選擇被設(shè)價商品的種類及價格，并將價格寫入存儲器中，該存儲器本身具有掉電保護功能，屬于軟件設(shè)置方式。 售完檢測系統(tǒng) 在自動 售貨機商品存儲存道下方按照有接觸行程開關(guān)，當存儲存道有商品時，壓下行程開關(guān)，自動售貨機正常工作；當商品出售完畢時，行程開關(guān)被釋放，向 CPU 發(fā)出無貨信號，經(jīng)過檢測通過串行擴展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號，使機身“售完”指示燈亮，此種商品自動停售，即使投幣金額達到該道商品預(yù)設(shè)價格數(shù)值，可售按鈕仍然無法啟動信號，金額累計存儲器也不清零。為了簡化設(shè)計，采用簡單、穩(wěn)定的內(nèi)部通訊總線協(xié)議非常必要。 MDB 接口實際上是工作于波特率 9600 的主從型串行總線接口，所以外圍設(shè)備（例如硬幣器、紙幣器等）均為主控制器（傳統(tǒng)上稱為售貨機控制器 —— VMP）的從機。在MDB 總線上， VMC 通過廣播方式向外發(fā)送命令。 VMC 向外設(shè)發(fā)送的指令由一個字節(jié)、一些可選的數(shù)據(jù)字節(jié)一個校驗和字節(jié)構(gòu)成。 5 圖 智能自動售貨機的功能框圖 儲存貨物 投幣 出貨 儲存箱體 物品支架 推進系統(tǒng) 硬幣存儲箱 檢測識別硬幣 自動累加 自動返還 投入 存儲 硬幣找零 假幣返還 選擇裝置 顯示裝置 選擇按鈕 出貨口 出貨箱 顯示幣值 顯示余額 檢空裝置 報警系統(tǒng)統(tǒng) 4統(tǒng) 外觀 自主設(shè)計 廣告植入 步進裝置 自動售貨 控制核心 供電系統(tǒng) 6 第二章 自動售貨機 系統(tǒng)硬件裝置方案的設(shè)計 系統(tǒng)硬件裝置方案的設(shè)計包括儲存貨物模塊中的檢空裝置、推進裝置和報警裝置的設(shè)計。 方案三：眼觀法 售貨機的正面櫥窗采用有機板窗，機玻璃板有 極佳透明度：無色透明有機玻璃板材，透光率達 92%以上 ，有 優(yōu)良的耐候性：對自然環(huán)境適應(yīng)性很強，即使長時間在日光照射、風吹雨淋也不會使其性能發(fā)生改變 ， 抗老化性能好，在室 外也能安心使用 。 自動售貨機前體的透明有機板窗相當于商 7 店櫥窗或者柜臺，商品展示、明碼標價以及商品有無都可以清晰明了的展示出來，無論是對管理人員還是消費者都是簡潔方便的，如圖 所示。與驅(qū)動控制器匹配使用時，控制起來也十分方便，很容易構(gòu)成數(shù)字位置控制系統(tǒng)。 步進電機又叫脈沖電機，它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的機電數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換器。因此，指令脈沖可否被可靠的執(zhí)行，基本上取決于步進電機的性能。要使步進電機轉(zhuǎn)動，就必須對步進電機的定子的各項繞組以適當?shù)臅r序進行通電。此后，開關(guān)的 B 斷開， C 接通，由于 C 相繞組和轉(zhuǎn)子的 0， 2之間的磁力線的作用，使得轉(zhuǎn)子 0， 2號齒和 C 相磁極相對齊，這時轉(zhuǎn)子的 1， 3 號齒和 A， B 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。對 A， B， C，三相輪流通電一次成為一個周期。米），步距角為 度 /3 度。當“ 0”時，相應(yīng)的繞組斷電。當 St 端為低電平（不超過 ）時，輸出 V0 受 Vi 的控制，當 Vi 為高電平輸出級的達林頓管截止：當 Vi 為高電平“ 1”時應(yīng)加限流電阻 Rs，因片內(nèi)電源與地之間設(shè)有一個 的穩(wěn)壓管， Rs 的值可以按照 ()/10mA 進行估算。 11 圖 斬 波型功放電路 圖 A 相波型 繞組中電流 il 的大小與電流 Vcc 和高頻脈沖序列的脈寬 Ton 有關(guān)，當 Vcc較大的時候， I 較大，當 Ton 較寬的時候 i 會增大。它有 3 個 8位并行 I/O 口，每個口有三種工作方式。近年來，直流電動機的機構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。 ，運轉(zhuǎn)速度與設(shè)定速度之差小于177。 本設(shè) 計在硬件電路上共分 3 個部分，單片機部分、調(diào)速驅(qū)動電路、檢測電路。當 RESET 鍵按下時， +5V通過按鍵加到 RST 腳上，單片機復(fù)位， RESET 鍵彈起之后， RST 腳 重新被電阻拉為低，單片機開始正常工作。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。單極性工作制是單片機控制口一端置低 電平，另一端輸出PWM 信號，兩口的輸出切換和對 PWM 的占空比調(diào)節(jié)決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 ③ PWM 軟件實現(xiàn)方式： 采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。 15 圖 檢測電路電路圖 采用直流電動機控制，直流電動機精度較低，不易實現(xiàn)精確的位置控制。但使用方便，價格便宜市場價格約為 500 元，直流電機外觀圖，如圖 所示。由于這里P0 口作通用的 I/O 口輸出，所以必須接上拉電阻。 振動報警框圖，如圖 所示。 遭到破壞 振動 聲音報警 手動復(fù)位 17 圖 振動報警 原理圖 該電路由電阻、 PNP 三極管和一個揚聲器組成。 如圖 振動報警器外觀圖 該報警器的 使用特性：無源分布、電纜形狀。 當紅外探測器檢測到前方人體輻射的紅外信號后，探測器將輸出微弱的電信號，然后經(jīng)過放大、比較、延時，發(fā)出報警聲音。此方案具有立即響應(yīng)的功能，設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)。 該方案的原理框圖如圖 所示。 電壓比較模塊電路圖，如圖 所示。 VD21N400147uF/16VC6100KR13470KR14100KR15300KR1610KR1723418IC3ALM393ADVinGND+5VVout 圖 報警延時模塊電路圖 (4).開機延時模塊 ： 由 VT R C8 組成開機延時電路，時間也約為 1分鐘，它的設(shè)置主要是防止使用者開機后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。 紅外 21 探測報警器的市場價格約為： 75 元。由于該芯片由 ISO2CMOS 技術(shù)制造 ,具有低功耗、高 可靠性的特點 ,又能將其他同類芯片的單一功能集成 ,因此而節(jié)約了成本 ,提高了整體穩(wěn)定性。當沒有警情時 ,可以通過另一部話機撥打本機 ,振鈴檢測電路將振鈴音信號轉(zhuǎn)換成 TTL 信號傳送給單片機 ,由單片機計數(shù) 。當 ,T01截止 ,電流比較小 ,處于掛機狀態(tài) 。為減少干擾 ,在 IN2端接入 100pF 電容可改善 MT8880 對 DTMF 中高頻分量的接收。 23 圖 音頻放大電路 電話報警模塊：電話報警模塊主要通過中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)。如遇回鈴音就等待三秒再檢測 ,若等待三次后線路仍然不通 ,就撥叫下一個號碼 。智能無線報警器的市場價格約為： 150 元，其外觀圖如圖 所示。其中， 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 MCS51 的引腳說明如圖 ： 圖 8051 引腳圖 硬幣驗鈔系統(tǒng)設(shè)計 總體結(jié)構(gòu)介紹 硬幣驗鈔機構(gòu)用于檢測所投入的硬幣的真?zhèn)巍? 圖 是硬幣驗鈔機構(gòu)原理簡圖，由硬幣檢測部分、運算控制部分、找零機構(gòu)裝置、自動售貨機主體和接口部分組成。在實際過程中因為其它因素會使得得到的振蕩頻率在 f1 左右波動，對此設(shè)定一個允許誤差范圍△ f,如果f1△ f≤ f≤ f1+△ f,則認為測得是真幣，如果不在此范圍之內(nèi)則當成是偽幣。對空心線圈， R1為線圈的電阻， L1為線圈電感， R2為短路環(huán)的電阻， L2為短路環(huán)電感， M 為線圈與短路環(huán)間的互感。由于本設(shè)計采用互補型算法，所以只 需測量振蕩頻率就可以精確鑒別不同幣值的硬幣，從而識別偽幣。圖 所示振蕩電路所得到的 5 角的振蕩頻率為 2050KHz,1 元的振蕩頻率為 KHz；相對應(yīng)的振蕩周期為 2050μ S、 1016μ S；其脈沖寬度為 1025μ S、 58μ S。 圖 振蕩線圈結(jié)構(gòu) ： 如圖 所示中， M0 為高靈敏度 ，低功耗的快速電磁鐵。選用直流電動機： 36SZ01。 圖 紙幣傳送示意圖 說明：八個磁頭和八個光敏二級管縱向排成一列