【正文】 ............................. 29 1 第 1 章 緒 論 課題背景 隨著時代發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，自動化和信息化與人們的生活關(guān)系越來越密切。由于自動售貨機 不受時間、地點的限制，自動售貨機也越來越受商家的喜愛，這 也帶動了自動售貨機得蓬勃發(fā)展，各種類型的自動售貨機也是被相繼開發(fā)出來。 大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必 要 的機器便應(yīng)運而生了。通過組態(tài)的監(jiān)控 了解信息 ， 可以讓工作人員隨時了解自動售貨機的售貨信息， 及時為自動售貨機添加貨物。 17世紀，英國的小酒吧里出現(xiàn)了自動出售香煙的機械裝置，第一臺實用型的自動售貨機是 日本 于 1904年研制出來的 郵票明信片自動出售機 ， 隨后，美國在 1925 年也研制出了香煙自動售貨機。自動售貨機根據(jù)其結(jié)構(gòu)、功能及其售貨的種類不同，可以分為食品、飲料、香煙、郵票、車票等自動售貨機 。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致 2 力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。 1962 年以來，出現(xiàn)了以自動售貨機為主題的流通領(lǐng)域的大革命。 目前，自動售貨機作為一種新穎、移動、直接的商業(yè)形式，開始在全球各地迅速的發(fā)展起來。售賣的商品可以根據(jù)售貨的環(huán)境和各種因素量身定制，包括食品、冷熱飲料、電話卡以及各種進出口特色商品。此外，這種智能的售貨方式還支持多種交易支付方式，同時方便實現(xiàn)較大金額交易和支付結(jié)算，包括現(xiàn)金交易、信用卡交易等。具有這種功能的新一代自動售貨機除了方便販賣商品，還被認為是一種廣泛傳播的新型廣 告媒體 [1]。在日本，自動售貨機已經(jīng)具有2021 多種型號，可售賣 6000 余種商品。在美國，僅僅自動售貨機的運營商就多達 10800 余家，并且具有與大型的飲料公司和大型的食品公司的合作經(jīng)驗 [3]。 根據(jù)相關(guān)的資料 和文獻的顯示，系統(tǒng)內(nèi)部銷售的相關(guān)動作的實現(xiàn)方式的研究在國內(nèi)外已經(jīng)是一項基本成熟的技術(shù) [5]，現(xiàn)階段研究最多得就是后兩種技術(shù)的研究，即售貨資金的結(jié)算和售貨信息統(tǒng)計管理的實現(xiàn)方式和功耗節(jié)能模式這兩方面的研究?；痉绞蕉际窃?FPGA 或 ASIC 基礎(chǔ)上采用 VHDL 描述語言來實現(xiàn)自動售貨機的基本控制動作，并完成自動售貨機的其他的相關(guān)功能 [4]。 在不同的狀態(tài)下，自動售貨機對外界的反應(yīng)是不同的，可以進入到接受信號狀態(tài)（投幣狀態(tài)），也可以進入銷售狀態(tài)或者找零狀態(tài)。如果能很好的實現(xiàn)售貨資金的結(jié)算和售貨統(tǒng)計管理，不但會很好的降低制造售貨機系統(tǒng)的成本，而且能夠使企業(yè)工作人員及時準確的掌握 自動售貨機的銷售情況和市場的需求情況。 自動售貨機的開發(fā)應(yīng)該注重功耗節(jié)省問題。因而日本提出了一種節(jié)能方法：通過預(yù)測每天銷售的罐裝飲料的 的總數(shù)以及每罐飲料的平均功耗數(shù)，使每天提供的電力總數(shù)只能維持當天將被銷售的罐裝飲料處于低溫狀態(tài)，采用模糊邏輯和多重回歸模式修正預(yù)測值，已達到預(yù)測值得準確性。自動售貨機的節(jié)能 方式有以下兩種：一種是在自動售貨機前安裝一種感應(yīng)裝置，當感應(yīng)到有活動或動作需要自動售貨機啟動時，自動售貨機才啟動，反之自動售貨機關(guān)閉；另一種方式是采用一種能夠節(jié)省能量的場 致發(fā)光面板，安裝在傳統(tǒng)的熒光屏處， 僅 這部分功能 ，就比傳統(tǒng)自動售貨機節(jié)約將近一半的能量 [6]。 自動售貨機得 PLC控制 本課 題采用西門子 S7200 作為主控制器來控制自動售貨機得動作， 其中主要包括溫度控制系統(tǒng)，貨物驅(qū)動系統(tǒng)，投幣模塊，人機交換界面。溫度檢測采用熱電阻 Cu（ 50） 進行測量，經(jīng)溫度變送器后轉(zhuǎn)化成 4~20mA 的表準信號，然后經(jīng)過模擬量輸入口進入 PLC。 貨物驅(qū)動部分采用電機驅(qū)動， 由直流電機帶動螺旋結(jié)構(gòu)，將貨物送至出貨口。 投幣模塊采用宏笙投幣器，與 PLC 通過 CPU 224 上的 RS485 接口相連進行串行通信。 人機交換系統(tǒng)由按鍵和 LED 顯示燈組成，用來顯示顧客貨物選擇機退幣等功能。 登錄 界面可以由管理員設(shè)置不同級別的用戶和密碼，當用戶名和密碼正確時，可登錄系統(tǒng)進行觀看售貨機存貨 信息。 報警界面用來進行報警顯示 ，在該界面可以查詢報警記錄 。 5 第 2 章 總體控制方案 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本課題采用西門子系列 PLC S7200 作為主控制器來控制自動售貨機的內(nèi)部動作，同時進行售貨信息的處理以及與上位機進行通信。如圖 21 所 示 。同時，投幣器還會將客戶投入的金額自動加到自己的內(nèi)部計數(shù)器上。當客戶要購買這種產(chǎn)品時，客戶可以按下該產(chǎn)品所對應(yīng)的按鈕，這時如果產(chǎn)品的數(shù)量不為零時， PLC 將給該種產(chǎn)品對應(yīng)的繼電器通上位機 投幣器 人機 交互 界面 P L C 貨物 驅(qū)動 模塊 溫度 檢測 溫度 調(diào)節(jié) 6 電， 該繼電器的常開開關(guān)閉合，電機通電將該種產(chǎn)品移出機箱 。此外， PLC還控制著自動售貨機的溫度，銅電阻將溫度的測量值傳給 PLC， PLC 對得到的信號進行邏輯計算，通過計算結(jié)果來控制溫度調(diào)節(jié)機構(gòu)的動作，以達到溫度調(diào)節(jié)的目的。 本課題的自動售貨機的組態(tài)監(jiān)控是通過力控（ force control）編寫的。 圖 22 自動售貨機組態(tài)結(jié)構(gòu)圖 不同地方的自動售貨機通過通信設(shè)備與上位機通信，將自己內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息傳送給組態(tài)軟件，組態(tài)軟件將這些數(shù)據(jù)在組態(tài)界面上顯示出來。從而大大減少工作人員的工作人員的工作量，減少勞動力投入，增加運營商效益。現(xiàn)階段的通信方式有兩種方案：基于有線通信方式和基于無線通信方式。 在自動售貨機系統(tǒng)中，大多數(shù)型號的自動售貨機都是采用一種網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2021 與以太網(wǎng)進行連接。自動售貨機通過計算機上的網(wǎng)管軟件進入以太網(wǎng)。 PS2021 芯片由中心控制單元、 SPI 接口、 UART、 modem 接口模塊、 RS485控制單元、 DS2401 接口等 組成。通過 17 條控制指令可以與 MCU 進行信息交換。系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計完成后，只需要用一臺裝有 Gateway 網(wǎng)關(guān)、后臺數(shù)據(jù)庫和TCP/IP 協(xié)議的計算機，通過 RS232/485 通信協(xié)議連接到自動售貨機上，然后就可以對自動售貨機進行遠程通信，通過網(wǎng)絡(luò)就可以 對自動售貨機進行遠程監(jiān)控，讀取自動售貨機的庫存數(shù)據(jù)、銷售金額的統(tǒng)計和商品的銷售信息等。 圖 23 運用 EM2021 芯片的有線通信 將需要入網(wǎng)的自動售貨機的 RS232/485 串口與網(wǎng)關(guān)芯片 EM2021 連接，通過自動售貨機 自動售貨機 RS232 RS232 EM2021A EM2021G 以 太 網(wǎng) PC機 8 AT 指令對每臺 EM2021 設(shè)定 IP 地址和子網(wǎng)掩碼以及網(wǎng)關(guān)芯片所在的網(wǎng)關(guān)，例如如圖 23 所示，要將七臺自動售貨機通過網(wǎng)關(guān)芯片入網(wǎng)，假定它們的 IP 地址的范圍為 ~，如圖中有七臺網(wǎng)關(guān) A 至 G，則可以通過 如下命令格式進行設(shè)置： AT+SET： IPA=。 無線通信方式 由于無線技術(shù)的發(fā)展較為迅速，所以這種 通信方式具有較所得方法。 在 利用 GSM/GPRS 無線網(wǎng)路進行無線通信時，一般采用 SMS或者 USSD 的方式。而 USSD 方式的自動售貨機則是一種基于 GSM 移動通信無線網(wǎng)路的新型交互會話數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是繼短信息業(yè)務(wù)之后 GSM 推出的又一項新型增值業(yè)務(wù)。與短信方式相比， USSD 方式具有交互性和實時性的優(yōu)勢。 在利用 Bluetooth 和 Infraed 技術(shù)來進行自動售貨機的無線通信時，具有紅外或藍牙功能的手機可以納入到自動售貨機的售貨流程之中 [8]。請求包是自動售貨機產(chǎn)生的并發(fā)送給 上位機服務(wù)器的，包括交易信息、產(chǎn)品類型、證明信息、銷售金額等信息。其工作過程如下：上位機接受到請求包信息時，先對請求包進行解碼，請求包中的相關(guān)信息首先證明 有沒有交易存在。 設(shè)計采用的通信方式 設(shè)計采用有線通信方式， 考慮到自動售貨機的分散性，不可能為每臺自動售貨機 配置一臺計算機，所以本設(shè)計采用 EM2021 芯片來進行數(shù)據(jù)通信，通過給每臺自 9 動售貨機配備固定的 IP 地址，用一臺計算機采集所有的自動售貨機的數(shù)據(jù)，以組態(tài)界面的形式在計算機上顯示出來，并且通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布傳送到以 太網(wǎng)上去，只要服務(wù)器運行，管理人員可以在其它的計算機上觀看自動售貨機的數(shù)據(jù)信息。 S7200 具有五種 CPU 模塊：CPU 22 CPU 222 CN、 CPU 224 CN、 CPU 224 XP CN、 CPU 226 CN。 CPU 222 具有擴展功能。 CPU 224 XP CN 集成有兩路模擬量輸入（ 10bit,177。這種 新型的 CPU 增強了了 S7200 的運動控制、位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視和采集（遠程終端應(yīng)用）以及通信方面的功能。五種 CPU 的部分規(guī)范見表 31. 表 31 S7200 CPU 部分規(guī)范 考慮到本課題需要測量溫度，有兩個模擬量測量點，需要兩個模擬量輸入口，而在上述五種 CPU 中只有 CPU 224 XP CN 的本機具有 2 入 /1 出的模擬量 I/O 口，所以在本設(shè)計中采用的 CPU 為 CPU 224 XP CN。 S7200的數(shù)字量擴展模塊具有多種模式， EM221系列只具有輸入點， EM222 只具有 輸出點， EM223 既具有輸入點又具有輸出點，并且每種型號的數(shù)字量擴展模塊還具有不同的款式。這樣既可以滿足系統(tǒng)的需求又可以為系統(tǒng)提高部分備用控制點 [10]。 銅電阻采用 Cu50 來測量溫度， Cu50 的測量誤差為 177。 銅電阻的測溫范圍為： 50~150℃， 自動售貨機的工作溫度一般為 20~+40℃。因為自動售貨機對于溫度的要求不是很高，所以用銅電阻來測溫完全能夠滿足測量 精度。 當外界 溫度 大于設(shè)定溫度值時，則表示 出售商品需要制冷，則打開制冷機的電源，關(guān)閉加熱器的電源；當外界的溫度小于設(shè)定溫度時，則表示出售的商品需要加熱，此時打開加熱器的電源，關(guān)閉制冷機的電源。同理，當關(guān)閉制冷劑的電源開啟加熱器的電源時，也是根據(jù)自動售貨機內(nèi)部的溫度來決 定加熱機的開啟與否，當自