自动售货系统摘要:提出并实现一套基于单片机控制步进电机的自动售货系统。
其主要目的是为当前的自动售货机系统提出一种可行的改进方案,扩展其功能,系统主要是由三部分组成:步进电机、51单片机、以及中间的接口电路,可以使自动售货机的功能更加完善,更加有利于自动售货机的多样化发展。
关键词:驱动电路,单片机,步进电机,OCSAbstract:Put forward and realize a set of auto selling machine system according to the single-chip microcomputer control stepper motors .Its main purpose is to put forward a kind of viable improvement project, expanding its function for current auto selling machine system .the system primarily is composed of three parts: stepper motors ,single-chip microcomputer, and connecting circuit in them which can make the function of auto selling machine more perfect, is benefit to have more diverse uses of auto selling machine.Keyword: the driving circuit, single-chip microcomputer , Office Coffee Servic e引言 (1)第一章设计题目概述 (3)1.1自动售货机产业的现状 (3)1.2我国自动售货机技术的现状 (3)1.3单片机控制步进电机的自动售货机系统 (4)第二章系统总体方案设计 (5)2.1系统方案总述 (5)2.2功能要求 (6)第三章系统硬件设计 (7)3.1单片机硬件设计 (7)3.11 复位电路 (8)3.12 74LS373 (8)3.13单片机引脚介绍 (9)3.2电机选择及介绍 (10)3.21电机方案比较 (10)3.22步进电机的工作原理 (10)3.3步进电机驱动电路设计 (12)3.4单片机与步进电机的接口电路设计 (15)第四章系统软件设计 (19)4.1程序流程图 (19)4.2程序设计 (20)致谢 (22)参考文献 (22)随着经济发展,传统的固定地点人员售货方式暴露出许多弊端:人力资源需求大;受所需服务地点,地理条件的限制;而且在服务时间上不能最大限度的服务于消费者。
自动售货机的出现解决了这些难题。
品种繁多,对生活的覆盖面广,自动售货,效率高,可24 小时不间断运营;选址容易,且方便改换场地;适合全职经营,也可兼职(副业)经营;作为广告载体,可赚高额外块。
投资风险低,收益高。
工作人员唯一所需要做的就是添加商品取走货币。
如此多的优点使得自动售货机在世界范围内得到广泛的应用。
本次设计我们小组做的是一种功能增强的自动售货机,同现在通用的自动售货机,它增加了一些找零,显示余额,报警等功能,使之功能更为强大,本文着重介绍的是用单片机控制步进电机,通过各种方案比较得出的一个较优方案。
第一章是设计题目概述关于本产业的介绍以及技术现状,第二章是系统总体方案介绍第三章是硬件设计,包括单片机,驱动电路,接口电路设计,第四章是软件设计.第一章设计题目概述1.1自动售货机产业的现状1. 发达国家现状日本:各种自动售货机保有量超过600 万台,平均20 人一台,世界普及率第一。
1990 年通过自动售货机实现的销售额即已达到5 兆日元(约3000 亿人民币)。
美国:总的机器保有量大致和日本相当,2000 年通过自动售货机实现的销售额达到250 亿美元,其中OCS(Office Coffee Service )的销售额排第六位。
韩国:自动售货机的使用历史要远短于其它发达国家,仅有25 年,但据2001 年的统计,总保有量已超过80 万台。
在2001 年韩国生产的自动售货机中OCS 占32.7% ,排第一位,咖啡自动售货机占18.1% ,排第三位,仅次于18.6% 的充电自动售货机。
瓶罐饮料自动售货机和复合型自动售货机(同机销售瓶罐饮料和热咖啡)都仅占8.6% ,并列第四位。
2. 国内现状保有量约2 万台,且品种单一,主要以瓶饮料售货机为主,技术质量还未完全过关,生产和运营成本较高,收益也不高。
导致此现状的主要原因是中国有关的自动售货机企业未能有效解决成本,质量,运营等诸多问题。
但由于随中国经济的快速发展和社会的巨大进步,自动售货机的实际需求已相当大。
1.2我国自动售货机技术的现状过去的步进电机控制系统组成如图一所示:其工作原理是:时钟脉冲产生电路给环形分配器提供输入脉冲,环形分配器将输入时钟脉冲信号转换A,B,C三相绕组所需的顺序控制信号,经各自的功率放大电路放大后,加到电机的三相绕组上,驱动电机转动,每输入一个时钟脉冲,步进电机就前进一步,时钟脉冲产生电路一般由多谐振荡器有“自动”和“手动”两种工作状态环形分配器一般选用中规模集成电路CH 250(步进电机专用的环形脉冲分配器),也可以用中,小规模数字集成电路组成,还可以用GAL器件组成。
所设计的环形分配器电路具备“自启动”功能,即当环形分配器输出在全“0”或全“1”。
1.3单片机控制步进电机的自动售货机系统采用单片机控制,主要取代脉冲分配器,而给步进电机提供电源的驱动电路必不可省,同时用单片机可以实现对步进电机的走步数,转向以及速度控制等。
步进电机控制,用单片机同时控制x轴和y轴两台三相步进电机,控制接口如图二所示。
此接口电路可选用可编程并行接口芯片8255,8255的PA口的PA0,PA1,PA2,控制x轴的三相步进电机,8255的PB0,PB1,PB2控制y轴三相步进电机。
只要确定了步进电机的工作方式,就可以控制各相绕组的通电顺序,实现步进电机正转或者反转。
图二,两台步进电机控制接口示意图第二章系统总体方案设计2.1系统方案总述自动售货机系统以8051单片机为中心,需要一系列如电源电路、复位电路、振荡电路保证其工作。
先通过键盘采集消费者所需商品信息,然后以电信号的形式传给单片机。
经过运算分析处理后单片机一边将数据传给数码管进行显示,一边通过8255控制电机的转动,从而推出顾客所需商品,达到售货目的。
另外,余额不足时可以通过LED报警。
当受到外界撞击时,由传感器接收信号转换为电信号,直接启动报警装置。
系统设计分为三部分:即单片机信息检测以及显示部分,步进电机控制部分,遇到外界撞击报警部分图三系统设计框图我做的是第二部分,是在接受到单片机传送来的商品信息后,通过控制A步进电机的转动的方向以及圈数来选择商品然后通过步进电机B来推动商品。
即A电机控制X方向选择B电机控制Y方向的推动。
如图四所示图四方案显示如:若要推动商品E需要先转动步进电机向右3个单位,然后步进电机A推动商品,推动结束后,步进电机A向左移动三个单位,返回原来的位置,等待下次的推动,则依次推动结束。
同样推动商品B需要先左移动一个单位,然后步进电机A工作。
其他都是同样的工作原理。
2.2 功能要求1、自动售货机能销售五种商品:A,B,C,D,E 假设每种商品数量无限。
2、自动售货机允许投入1元、2元、5元硬币:若总币值等于顾客需要的商品单价时,机器送出需要的商品;若总币值大于顾客需要的商品单价时,机器除提供所需商品外,显示余额等待继续输入或者找回余额;若总币值小于顾客需要的商品单价时,报警显示总额,机器提示“余额不足”等待继续输入或者取消交易。
机器内1元和2元的找零硬币无限。
3、如果投入的硬币达到或大于所要购买商品的价格,就不必再投入硬币了,自动售货机会发出一个指示信号使接受硬币的装置不再接收新的硬币。
4、每次投币时间有限制,设定每次投币时间不超过30秒,在时间到时,总币值不足顾客购买的商品单价时,自动售货机按钱数不足处理,退还全部硬币。
或者在设定时间内,总投币值不足顾客购买的商品单价时,若需要取消交易则可按取消键,售货机按不足钱数处理,退还全部硬币。
5、当顾客完成一次购买后或按错按钮后,显示余额等待继续输入或者找回余额;6、顾客一次只能购买一种商品的一个,若需要更多商品,需要重复操作。
第三章系统硬件设计3.1单片机硬件设计本次设计采用89C51单片机,其引脚如图所示图五 8051引脚图3.11 复位电路在每个用户使用单片机之前,我们都得使单片机复位,使中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态,以消除上一个用户的操作对本次用户操作运行的影响。
51的RST引脚是复位信号的输入端。
复位信号是高电平有效,持续时间要有24个时钟周期以上。
例如:若MCS-51单片机的时钟频率为12MHz,则复位脉冲宽度至少应为2us。
通常,8051的复位有自动上电复位和人工按纽复位两种,图六、图七分别显示出了它们的电路图六自动上电复位电路图七人工按钮复位电路自动上电复位电路的工作原理是:通电时,电容两端相当于是短路,于是RST引脚上为高电平,然后电源通过电阻对电容充电,RST端电压慢慢下降,降到一定程度,即为低电平,单片机开始正常工作。
人工按钮复位的工作原理是:按钮按下后,电容两端被短路,RST端电压上为高电平,单片机进入复位状态,按钮断开后,电源通过电阻R1对电容充电,RST端电压慢慢下降,降到一定程度,即为低电平,单片机开始正常工作。
本次单片机采用自动上电复位电路。
3.12 74LS37374LS373 是一种带输出三态门的8D锁存器。
1D~8D为8个输入端,1Q~8Q为8个输出端。
G为数据锁存控制端:当G为“1”时锁存器输出端同输入端:当G由“1”变“0”时,数据输入锁存器中OE为输出允许端:当OE为“0”时,三态门打开:当OE为“1”时,三态门关闭,输出呈高阻状态。
在51单片机系统中,常采用74LS373作为地址锁存器使用,其连接方法为:输出端1D~8D接至单片机的PO口,输出端提供的是低8位地址,G端接至单片机的地址锁存允许信ALE。
输出允许端OE接地,表示输出三态门一直打开。
图八 74LS373引脚图74LS373 的工作方式为:3.13 单片机引脚介绍8051单片机是40引脚双列直插式的芯片,由左到右按U字形依次编号,则20引脚接地,40引脚接Vcc高电频。
1~8引脚为单片机P1口的8根引脚,10~17引脚为单片机P3口的8根引脚,21~28引脚为单片机P2口的8根引脚,32~39引脚为单片机P3口的8根引脚,这三个口是单片机的基本输入输出口。