【正文】 成為一個(gè)周期。很明顯，這時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距角。此后，開(kāi)關(guān)的 B 斷開(kāi)， 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(hào)齒和 C 相磁極相對(duì)齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的 1， 3 號(hào)齒和 A， B 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。初始狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān) A 接通，則 A 相磁極和轉(zhuǎn)子的 0， 2 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)轉(zhuǎn)子的 1， 3號(hào)齒和 B， C 相磁極形成錯(cuò)齒狀態(tài)。要使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，就必須對(duì)步進(jìn)電機(jī)的定子的各項(xiàng)繞組以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序進(jìn)行通電。 圖 三相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，指令脈沖可否被可靠的執(zhí)行，基本上取決于步進(jìn)電機(jī)的性能。步進(jìn)電機(jī)的控制電路接受計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)作 8 相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)又叫脈沖電機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的機(jī)電數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換器。 本設(shè)計(jì)是由單片機(jī)直接控制，步進(jìn)電機(jī)可以直接接受的數(shù)字信號(hào)不需要數(shù) /模轉(zhuǎn)換，具有快速起停功能，延時(shí)短、定位準(zhǔn)確、精度高和可操作性強(qiáng)。與驅(qū)動(dòng)控制器匹配使用時(shí)，控制起來(lái)也十分方便，很容易構(gòu)成數(shù)字位置控制系統(tǒng)。既一目了然，又在設(shè)計(jì)的過(guò)程中簡(jiǎn)單方便。 自動(dòng)售貨機(jī)前體的透明有機(jī)板窗相當(dāng)于商 7 店櫥窗或者柜臺(tái)，商品展示、明碼標(biāo)價(jià)以及商品有無(wú)都可以清晰明了的展示出來(lái)，無(wú)論是對(duì)管理人員還是消費(fèi)者都是簡(jiǎn)潔方便的，如圖 所示。 優(yōu)異的綜合性能：壓克力板品種繁多、色彩豐富，并具有極其優(yōu)異的綜合性能，為設(shè)計(jì)者提供了多樣化的選擇 ， 壓克力板可以染色，表面可以噴漆、絲印或真空鍍膜 。 方案三：眼觀法 售貨機(jī)的正面櫥窗采用有機(jī)板窗，機(jī)玻璃板有 極佳透明度：無(wú)色透明有機(jī)玻璃板材，透光率達(dá) 92%以上 ，有 優(yōu)良的耐候性：對(duì)自然環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)，即使長(zhǎng)時(shí)間在日光照射、風(fēng)吹雨淋也不會(huì)使其性能發(fā)生改變 ， 抗老化性能好，在室 外也能安心使用 。 方案二：紅外線對(duì)射 在自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)最后一個(gè)商品的兩側(cè)，放置紅外線。 5 圖 智能自動(dòng)售貨機(jī)的功能框圖 儲(chǔ)存貨物 投幣 出貨 儲(chǔ)存箱體 物品支架 推進(jìn)系統(tǒng) 硬幣存儲(chǔ)箱 檢測(cè)識(shí)別硬幣 自動(dòng)累加 自動(dòng)返還 投入 存儲(chǔ) 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(bào)警系統(tǒng)統(tǒng) 4統(tǒng) 外觀 自主設(shè)計(jì) 廣告植入 步進(jìn)裝置 自動(dòng)售貨 控制核心 供電系統(tǒng) 6 第二章 自動(dòng)售貨機(jī) 系統(tǒng)硬件裝置方案的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件裝置方案的設(shè)計(jì)包括儲(chǔ)存貨物模塊中的檢空裝置、推進(jìn)裝置和報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)。如果外設(shè)應(yīng)答數(shù)據(jù)塊的話， VMC 將通過(guò)一個(gè)應(yīng)答字節(jié)、無(wú)應(yīng)答字節(jié)或重發(fā)字節(jié)應(yīng)答外設(shè)傳回的數(shù)據(jù)。 VMC 向外設(shè)發(fā)送的指令由一個(gè)字節(jié)、一些可選的數(shù)據(jù)字節(jié)一個(gè)校驗(yàn)和字節(jié)構(gòu)成。在 VMC 到外設(shè)的數(shù)據(jù)中，地址字節(jié)的方式位被置 1，數(shù)據(jù)字節(jié)的方式位被置 0，外設(shè)通過(guò)檢驗(yàn)接受到的方式位確定是地址指令還是數(shù)據(jù)。在MDB 總線上， VMC 通過(guò)廣播方式向外發(fā)送命令。 MDB 協(xié)議的串行位格式為： 1 個(gè)起始位， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位， 1 個(gè)方式位和 1個(gè)停止位，共 11 位。 MDB 接口實(shí)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(jī)控制器 —— VMP）的從機(jī)。該協(xié)議簡(jiǎn)潔明了，功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)并且對(duì)外掛設(shè)備數(shù)目沒(méi)有限制，是理想的自動(dòng)售賣系統(tǒng)內(nèi)部總線協(xié)議。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，采用簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的內(nèi)部通訊總線協(xié)議非常必要。此外，在按下自測(cè) 功能鍵后，出現(xiàn)自測(cè)功能信號(hào)，由外部按鍵操作，可檢測(cè)各商品存儲(chǔ)道的驅(qū)動(dòng)商品功能。 售完檢測(cè)系統(tǒng) 在自動(dòng) 售貨機(jī)商品存儲(chǔ)存道下方按照有接觸行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)存儲(chǔ)存道有商品時(shí)，壓下行程開(kāi)關(guān)，自動(dòng)售貨機(jī)正常工作；當(dāng)商品出售完畢時(shí)，行程開(kāi)關(guān)被釋放，向 CPU 發(fā)出無(wú)貨信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)通過(guò)串行擴(kuò)展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號(hào)，使機(jī)身“售完”指示燈亮，此種商品自動(dòng)停售，即使投幣金額達(dá)到該道商品預(yù)設(shè)價(jià)格數(shù)值，可售按鈕仍然無(wú)法啟動(dòng)信號(hào)，金額累計(jì)存儲(chǔ)器也不清零。 金額累計(jì)、可售指示和退幣系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的核心 CPU 對(duì)識(shí)幣、退幣、無(wú)貨檢驗(yàn)及購(gòu)貨信號(hào)進(jìn)行循環(huán)檢查，當(dāng)有識(shí)幣信號(hào)后，將金額數(shù)值送入金額累計(jì)存儲(chǔ)器中進(jìn)行累計(jì)，并通過(guò)串行接口使可售指示燈亮，提示購(gòu)貨。通過(guò)按鍵選擇被設(shè)價(jià)商品的種類及價(jià)格，并將價(jià)格寫(xiě)入存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器本身具有掉電保護(hù)功能，屬于軟件設(shè)置方式。 預(yù)設(shè)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng) 自動(dòng)售貨機(jī)售出的同類商品可分為若干品種，其售前設(shè)定價(jià)格須預(yù)先寄存在控制系統(tǒng)內(nèi)。其中控制子系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)。 （ 6）系統(tǒng)復(fù)零，完成售貨。 （ 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(jī)經(jīng)過(guò)延時(shí)予以退幣。 （ 3）通信模塊與售貨機(jī)的主控系統(tǒng)通信，主控系統(tǒng)顯示面值，啟動(dòng)售貨機(jī)的面板鍵，顯示出哪個(gè)貨道有貨，哪個(gè)貨道已經(jīng)售完，并等待顧客按鍵選擇商品。 1 第一章 自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 自動(dòng)售貨機(jī)是集光、機(jī)、電一體化的獨(dú)立機(jī)構(gòu)，它只需要顧客投幣和按購(gòu)物鍵選擇即可自動(dòng)售貨及退找零錢(qián)，其工作程序如下圖 ]1[ 售貨機(jī)的工作原理是： （ 1） 從投幣口送入貨幣，然后通過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)、識(shí)別器判斷貨幣的真?zhèn)尾⑴袆e面值。 （ 2）識(shí)別器把信息數(shù)據(jù)傳給通信模塊。 （ 4）顧客選擇商品后，售貨機(jī)自動(dòng)把商品送出，等待顧客取走。退幣分為兩種情況：一種是由貨幣識(shí)別器完成退紙幣，另一種是由硬幣的通信模塊完成退硬幣。 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件原理構(gòu)成如下圖 所示 2 綜合所述，售貨機(jī)系統(tǒng)可以分為三部分組成，即自動(dòng)售貨機(jī)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)。 自動(dòng)售貨過(guò)程的控制子系統(tǒng)簡(jiǎn)述 控制子系統(tǒng)由以下四個(gè)部分組成，分別是預(yù)設(shè)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)、金額累計(jì)、可售指示和退幣系統(tǒng)、售完檢測(cè)系統(tǒng)、售出累計(jì)及自測(cè)功能系統(tǒng)。售貨機(jī)的價(jià)格設(shè)置由按鍵和存儲(chǔ)器組成。此外，在簡(jiǎn)易售貨機(jī)中，由于出售商品的種類少，價(jià)格變化下，使用幣種單一，也可以用硬件設(shè)置價(jià)格，才用撥碼開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，操作方便。此時(shí)可以按下購(gòu)貨按鈕，由于 CPU檢測(cè)到有購(gòu)貨信號(hào)后，如金額累計(jì)器中的數(shù)值與預(yù)設(shè)價(jià)格相等，則通過(guò)并行擴(kuò)展接口驅(qū)動(dòng)電磁閥 3 或者微電機(jī)驅(qū)動(dòng)出商品，并將金額累計(jì)存儲(chǔ)器清零，完成一次售貨過(guò)程，如累計(jì)金額大于預(yù)設(shè)價(jià)格時(shí)，驅(qū)動(dòng)商品后，相減差額由信號(hào)驅(qū)動(dòng)退幣，實(shí)現(xiàn)退幣和找錢(qián)功能。 自動(dòng)售貨機(jī)售出累計(jì)及自測(cè)功能系統(tǒng) 該機(jī) CPU 在每次售出商品后，向售出累計(jì)存儲(chǔ)器中累計(jì)售出數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)部的按鍵可在金額顯示窗口中讀到累計(jì)結(jié)果。 自動(dòng)售貨過(guò)程的通訊子系統(tǒng)簡(jiǎn)述 自動(dòng)售貨系統(tǒng)的外圍設(shè)備較為復(fù)雜，導(dǎo)致對(duì)主控制器的要求越來(lái)越高。有些公司采用歐洲售貨機(jī)制造協(xié)會(huì)（ EVMMA）制定的 MDB/ICP 總線協(xié)議。 MDB/ICP 協(xié)議是歐洲售貨機(jī)制造協(xié)會(huì)制定的一套用于協(xié)調(diào)自動(dòng)售貨機(jī)的主控制器（ MMC）與多個(gè)設(shè)外之間通 訊的協(xié)議。所有外圍設(shè)備與主控制器之間的通訊方式都一致。其中方式位根據(jù)傳遞的方式的不同置 0 或置 1。第一字節(jié)為地址字節(jié)（實(shí)際上只有高 5 位尋址信息，低 3 位為對(duì)外設(shè)的指令），該字節(jié)被所有的外 4 設(shè)讀取，但只有符號(hào)地址字節(jié)所指定的外設(shè)才處 理其后的數(shù)據(jù)字節(jié)，并做出反應(yīng)。當(dāng)數(shù)據(jù)從外設(shè)發(fā)送到主機(jī)時(shí)，最后送出的字節(jié)方式位被置 1，標(biāo)志著數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。發(fā)送指令后，外設(shè)應(yīng)答 VMC的通信塊可以由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和一個(gè)字節(jié)組成，或者一個(gè)應(yīng)答字節(jié)，或者一個(gè)無(wú)應(yīng)答字節(jié)。 自動(dòng)售 貨機(jī)的功能框圖 智能自動(dòng)售貨機(jī)的功能框圖，如圖 所示，該框完整的表現(xiàn)出智能自動(dòng)售貨機(jī)的每一個(gè)功能模塊，有儲(chǔ)存貨物模塊的制作與設(shè)計(jì)，其中包括了儲(chǔ)存箱體、物品支架、推進(jìn)系統(tǒng)、檢空裝置以及報(bào)警系統(tǒng)，和出貨模塊與外觀的設(shè)計(jì)以及控制核心的編程與設(shè)計(jì)。 檢空裝置 方案一：安裝接觸行程開(kāi)關(guān) 售完檢測(cè)系統(tǒng)，在自動(dòng)售貨機(jī)商品存儲(chǔ)存道下方安裝有接觸行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)存儲(chǔ)存道有商品時(shí)，壓下行程開(kāi)關(guān)，自動(dòng)售貨機(jī)正常工作；當(dāng)商品出售完畢時(shí)，行程開(kāi)關(guān)被釋放，向 CPU 發(fā)出無(wú)貨信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)通過(guò)串行擴(kuò)展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號(hào)，使機(jī)身“售完”指示燈亮，此種商品自動(dòng)停售，即使投幣金額達(dá)到該道商品預(yù)設(shè)價(jià)格數(shù)值，可售按鈕仍然無(wú)法啟動(dòng)信號(hào)，金額累計(jì)存儲(chǔ)器也不清零。當(dāng)有商品時(shí)，商品 擋住紅外線使其無(wú)法對(duì)射，自動(dòng)售貨機(jī)正常工作；當(dāng)商品出售完畢時(shí)，紅外線對(duì)射，向 CPU 發(fā)出無(wú)貨信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)通過(guò)串行擴(kuò)展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號(hào)，使機(jī)身“售完”指示燈亮，此種商品自動(dòng)停售，即使投幣金額達(dá)到該道商品預(yù)設(shè)價(jià)格數(shù)值，可售按鈕仍然無(wú)法啟動(dòng)信號(hào)，金額累計(jì)存儲(chǔ)器也不清零。 加工性能良好 ： 既適合機(jī)械加工又易熱成型，壓克力板可以染色，表面可以噴漆、絲印或真空鍍膜 。 無(wú)毒 ， 即使與人長(zhǎng)期接觸也無(wú)害，還有燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體不產(chǎn)生有毒氣體 。 圖 自動(dòng)售貨機(jī) 正面櫥窗 檢空裝置方案選擇 三種方案放在一起比較，綜合考慮，選用方案三作為檢空裝置。 推進(jìn)裝置 方案一：步進(jìn)電機(jī)推進(jìn) 采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度很高，可實(shí)現(xiàn)精確的步距角運(yùn)動(dòng)，由其組成的位置控制系統(tǒng)定位準(zhǔn)確，穩(wěn)定時(shí)間短，采用單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制信號(hào)為熟悉信號(hào)，不再需要數(shù) /模轉(zhuǎn)換，具有快速起停功能，延時(shí)短、定位準(zhǔn)確、精度高和可操作性強(qiáng)。但步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格比直流電動(dòng)機(jī)高。與驅(qū)動(dòng)控制器匹配使用時(shí)控制起來(lái)方便，在銷售移動(dòng)距離較小的商品的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生誤差。在開(kāi)環(huán)數(shù)字程序控制系統(tǒng)中，輸出控制部分常用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元器件。很明顯脈沖的總數(shù)決定了移動(dòng)量，指令的頻率 決定了移動(dòng)的速度。三相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，如圖 所示。在一般的步進(jìn)電機(jī)工作中，其電源都是單極性的直流電源。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)過(guò)程表示為，其定子的每相都有一對(duì)磁極，每個(gè)磁極都只有一個(gè)齒，即磁極本身，故三相步進(jìn)電機(jī)有三對(duì)磁極一共是 6 個(gè)齒；其轉(zhuǎn)子有 4個(gè)齒，分別稱為 齒直流電源 U 通過(guò)開(kāi)關(guān) A， B， C，分別對(duì)步進(jìn) 電機(jī)的 A， B， C，相繞組通電。 當(dāng)開(kāi)關(guān) A 斷開(kāi)， B 接通，由于 B 相繞組和轉(zhuǎn)子的 1， 3 號(hào)齒之間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子的 1， 3號(hào)齒和 B 相磁極對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子的 0， 2號(hào)齒就和 A， C相繞組形成錯(cuò)齒狀態(tài)。 當(dāng)開(kāi)關(guān) C斷開(kāi)， A 接通后，由于 A 相繞組磁極和轉(zhuǎn)子 1， 3號(hào)之 間的磁力線的專用使轉(zhuǎn)子 1， 3 號(hào)齒和 A 相繞組磁極對(duì)齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的 0， 2 號(hào)齒和 B， C 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。如果對(duì)一相繞組的操作稱為一拍，那么對(duì) A， B， C三相繞組的輪流通電需要三拍。從上面分析看出，該三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距需要三拍操作。在圖 中，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為 4，故齒距角為 90 度，轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距就是轉(zhuǎn)動(dòng)了 90 度 ． 本次設(shè)計(jì)采用的是三相步進(jìn)電機(jī)型號(hào)是 36BF003（屬于三相步進(jìn)電機(jī)），工作電壓的標(biāo)稱值是 27V，相電流的標(biāo)稱值是 ，保持轉(zhuǎn)矩是 （豪牛頓。 36bf003 矩頻特性，如圖 所示。 選定由 PA口的 PA0， PA1， PA2，控制 x 軸的三相步進(jìn)電機(jī)， PB0， PB1， PB2通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制 y 軸三相步進(jìn)電機(jī)，并假設(shè)數(shù)據(jù)輸出為“ 1” 時(shí)，相應(yīng)的繞組通電 。 使用集成功率放大開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的斬波型功放電路 :集成功率電子開(kāi)關(guān)TWH8751 可直接由 TTL， CMOS 等數(shù)字電路直接驅(qū)動(dòng)，該器件開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高（可以達(dá)到 ），控制功率比較大，內(nèi)部開(kāi)關(guān)管反向擊穿電壓為 100v，8051 PA0 PA1 PA2 PA0 PB2 PB0 PB1 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路 X 軸步進(jìn)電機(jī) Y 軸步進(jìn)電機(jī) 圖 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)接口 10 加上散熱器后，通過(guò)的灌電流可以達(dá)到 3A，其輸出管采用集電極開(kāi)路方式，可以根據(jù)負(fù)載的要求選擇合適的電源電壓，片內(nèi)還設(shè)有熱減流保護(hù)電路。當(dāng) St 端為高電平“ 1”（大于 ）時(shí)，不論 Vi 端的電平為多少 其輸出級(jí)的達(dá)林頓管總是截至。由于輸出級(jí)的達(dá)林頓管的反向擊穿電壓可以達(dá)到 100V，所以輸出級(jí)可以不與 V+共電源，而是根據(jù)需要加 80V— 100V的高壓于負(fù)載上。各點(diǎn)的波型如圖 所示。載頻脈沖頻率 fc 的選取是比較重要的。 單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)： 8255 是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛被采用的可編程外部 I/O 擴(kuò)展芯片。三個(gè)并行 I/O 端口： A口可編程為 8 位輸入 ，或者 8 位輸出，或者雙向輸出： B 口可編程為 8位輸入，或者 8