自動售貨機智能控制系統(tǒng)研究與設計

劉 湘

（深圳市捷視互聯(lián)科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

自動售貨機是一種商業(yè)自動化設備，提供自動售貨操作，無須人工協(xié)助，具有操作更靈活的優(yōu)點。自動售貨機通過接受客戶以硬幣形式支付的款項來執(zhí)行自動售貨交易，現(xiàn)在使用借記卡和信用卡租賃選定的產品。該控制系統(tǒng)能夠自動監(jiān)控、制冷、產品交付、支付及報警等功能。

1 研究的目的

該文的目的是為自動售貨機開發(fā)智能控制系統(tǒng)，對自動售貨機的功能進行智能控制，使自動售貨機能夠支持硬幣、手機支付和銷售點終端支付選項。它還可以處理制冷、產品分配以及控制照明。機器還可以監(jiān)視產品可用性狀態(tài)和一般機器狀態(tài)，并向所有者和用戶報警。滿足創(chuàng)新、高清、觸摸屏、非現(xiàn)金支付方式、物聯(lián)網和云服務的需求。大多數(shù)自動售貨機都設計有自動售貨機控制器，用于管理支付、制冷、燈光控制和產品處理等基本子系統(tǒng)。自動售貨機控制器通?；谝粋€低端微控制器，它缺乏計算能力、連接性和可管理性，并且易于重新編程，以支持新的安裝后服務。從簡單的低端微控制器到可編程邏輯控制器，包括三菱PLCFX2N-32MR、西門子PLC和用于實現(xiàn)機器控制系統(tǒng)的基于處理器的控制器，都有了技術進步?？刂葡到y(tǒng)提供了智能系統(tǒng)技術，如高清觸摸屏和遠程管理設備軟件，遠遠超出了將食品和飲料分發(fā)到廣告平臺等服務中的范圍[1]。高科技的自動售貨機支持所有的支付方式，例如手機、硬幣和銀行卡。可同時購買多種產品，使機器高效、快速、可靠地提供服務?？刂葡到y(tǒng)控制支付系統(tǒng)、溫度系統(tǒng)和產品移動。

2 相關研究

互聯(lián)網技術加快了行業(yè)創(chuàng)新步伐，改變了市場，而自動售貨業(yè)也從這些進步中受益。自動售貨機可以提供移動電話充電、免費Wi-Fi和從USB驅動器平臺打印等服務。一些自動售貨機在機器內部安裝了Wi-Fi和GPRS，以便收集庫存水平數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到集中的數(shù)據(jù)庫以制定補充計劃。機器控制系統(tǒng)驅動所有這些系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要包括繼電器控制、微機控制和PLC控制。機器支付系統(tǒng)有不同的形式，最常見的是硬幣支付系統(tǒng)。該機器有一套完整的機械和電子概念系統(tǒng)，以完善產品交付流程。隨著科技的飛速發(fā)展，企業(yè)的目標是通過新的創(chuàng)新商業(yè)模式和營銷策略來提高消費者的消費水平。網絡物理系統(tǒng)（CPS）和互聯(lián)網為計算實體提供快速的連接，同時為過程訪問、使用數(shù)據(jù)訪問和管理互聯(lián)網提供數(shù)據(jù)處理服務，以提高系統(tǒng)性能[2]。如今的支付平臺可以選擇非現(xiàn)金支付，對用戶 更為友好，網絡為移動設備提供個人賬戶信息，電話服務運營商提供的移動網絡為無現(xiàn)金支付系統(tǒng)提供了支付渠道。將個人賬戶信息放入移動設備的過程，稱為空中傳送（OTA）供應。

3 控制系統(tǒng)的開發(fā)

本節(jié)重點介紹用于開發(fā)自動售貨機控制系統(tǒng)（圖1所示）的程序。根據(jù)篩選標準對各種概念進行篩選，并對概念進行進一步改進和組合，直到選出最終的概念進行開發(fā)。

圖1 系統(tǒng)方框圖

3.1 自動售貨機控制系統(tǒng)質量功能配置

該節(jié)的目的是確定客戶的需求，并將其轉化為產品特性要求或技術數(shù)據(jù)。在解決方案生成過程中，確定了各種需求，并強調了它們之間的關系。客戶和用戶表示，他們希望控制系統(tǒng)能夠滿足他們的需求。然后將這些數(shù)據(jù)轉換為技術工程數(shù)據(jù)，將其置入系統(tǒng)設置，滿足客戶需求[3]。

概念開發(fā)：概念是在篩選階段產生的，目的是提出一種開發(fā)解決方案。

3.1.1 概念A：模糊邏輯控制器（基于物聯(lián)網網關設備的控制器）

該概念包括以下組件。

物聯(lián)網網關設備：該設備是控制系統(tǒng)的核心引擎。它基于Intel Atom E3825處理器，提供網絡和嵌入式控制的集成技術和協(xié)議。它通過接口板接收輸入信號，并通過同一接口板向各種機器外圍設備發(fā)送輸出信號。

自動售貨機輸入/輸出擴展板：這是一個雙板，提供了IoT 網關設備之間的交互能力，該設備也類似于自動售貨機控制器和自動售貨機外圍設備。它支持多種電機配置和協(xié)議轉換，使輸入輸出更加靈活。

自動售貨機外圍設備：這些是控制器監(jiān)控的各種小型獨立配置。這些外圍設備包括觸摸屏、無現(xiàn)金支付終端、產品交付系統(tǒng)和制冷。這些外圍設備由各種執(zhí)行器驅動。

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

這個概念將PID用于8位Nuvoton W78E052DDG微控制器上的比例積分微分控制器。這一概念由以下部分組成。

Nuvoton W78052DDG微控制器：這是所有指令處理完成的核心概念。它通過接口板處理輸入信號以控制各種機器外圍設備。它是1個8位微控制器，功耗較低，可以支持較寬的頻率。

89V51RD2閃光器板接口RS232：該板通過輸入輸出端口連接微控制器和自動售貨機外圍設備。P89V51RD2允許串行編程，可以通過與PC的串行連接直接使用該板編程，無須額外的外部編程器。

自動售貨機外圍設備：這些是控制器監(jiān)控的各種小型獨立配置。這些外圍設備包括無現(xiàn)金支付終端、產品交付系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。這些外圍設備由各種執(zhí)行器驅動。

3.1.3 概念C：可編程邏輯控制器（PLC）

這個概念使用PLC上的梯形邏輯指令來監(jiān)視和控制自動售貨機。該概念包括以下組成部分。

可編程控制器：該裝置是控制系統(tǒng)的核心引擎。Ladderlogic指令存儲在從那里執(zhí)行的內存中。在需要高輸入/輸出靈活性的地方，可以在PLC中添加單獨的輸入和輸出模塊。

自動售貨機外圍設備是控制器監(jiān)視的各種小型獨立配置。這些外圍設備包括無現(xiàn)金支付終端、產品交付系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。這些外圍設備由各種執(zhí)行器驅動。在制冷系統(tǒng)中，通過連續(xù)控制壓縮機的速度來進行建模，該系統(tǒng)包括溫度傳感器和壓縮機（風扇）。溫度傳感器用于捕獲機器冷藏室的溫度并驅動壓縮機。選擇LM35傳感器。LM35是一種精密集成電路溫度裝置，輸出電壓與攝氏溫度成正比，無須外部校準。選擇接口板是獲得最佳性能的主要決定因素。接口板選擇標準如下。工作溫度：0℃~45℃。I/O端口：高I/O端口，接口端口：具有仲裁選項的多個端口。最大尺寸（長×寬）為400mm×120mm?？刂葡到y(tǒng)為用戶提供硬幣、銀行卡和手機的支付選項，非常適合當前和未來的客戶需求。它是基于人工智能開發(fā)的軟件，提供了交互式的控制功能。并且采用了1個雙板解決方案，具有自動售貨機控制器和自動售貨機輸入設備之間的交互能力。

3.2 概念評分

經過篩選的概念有1個評分標準。再次制定評分標準并用于評分。

3.3 輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)負責將所選項目交付到收集盤，客戶可以在那里訪問購買的產品或項目。傳送系統(tǒng)主要取決于產品類型和機器中物品的物理安排或存放。

3.3.1 概念1：輸送機

輸送機允許采購物品從其儲存位置傳送到分配盤，在那里它可以自由地落入收集盤。這一概念允許選定的產品通過杯式輸送機系統(tǒng)輸送到輸送管。使用塑料輸送機將采購的物品移動到機器的末端，在那里為客戶放置收集盤。一旦它到達那里，當傳送系統(tǒng)繼續(xù)移動時，它會傾斜杯子系統(tǒng)，將購買的物品排到傳送滑槽上。

3.3.2 概念2：Carousel

Carousel概念源于自動存儲和檢索系統(tǒng)的Carousel系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，要購買的物品在重新評估之前被儲存在儲物箱中。系統(tǒng)有1個固定的點，被視為傳送帶上所有物品的卸料臺。儲物箱可以旋轉，這樣將物品一次一個地送到卸料箱。當箱子中選定的物品到達卸貨區(qū)時，推桿推動箱子，使其圍繞固定點旋轉的角度不超過 1200°。

3.3.3 概念3：螺旋彈簧

螺旋彈簧使用螺旋機構將物品從一點輸送到另一點。該系統(tǒng)采用螺旋機構，通過旋轉運動將工件從A點傳遞到B點。

3.3.4 概念4：真空壓縮

這個概念通過壓縮空氣在揀選機和物品表面之間形成真空來實現(xiàn)。在預定的時間過后，壓力被釋放出來，導致拾撿器上的物品掉落。吸油時產生真空，下降時壓力降低。然后，物品在重力作用下自由落在收集盤上，顧客可以在那里取到它。

3.4 付款

下面討論用于支付的概念，并采用最佳概念進行開發(fā)。支付流程圖解決了自動售貨機中選擇支付選項（移動電話、ATMcard 和硬幣）的問題。最初，機器處于基態(tài)，功率很低。當客戶靠近機器觸摸屏界面時，機器通電，觸摸屏顯示可用物品、數(shù)量和價格[4]。將顯示一條彈出消息，提示客戶選擇要購買的項目和數(shù)量。客戶選擇購買項目及其數(shù)量。系統(tǒng)計算并顯示總成本。客戶從可用的付款選項中選擇付款選項。

3.4.1 硬幣支付邏輯

硬幣支付系統(tǒng)允許將多種類型的硬幣輸入自動售貨機進行購買交易。選擇貨物和數(shù)量后，系統(tǒng)計算總成本并顯示在屏幕上。當客戶選擇硬幣支付選項時，系統(tǒng)會提示他將硬幣插入硬幣兌換機系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用硬幣的內置編程特性來驗證硬幣，并根據(jù)特定標準檢查其完整性。如果硬幣通過驗證，系統(tǒng)將計算硬幣的總價值，并將其與所選商品的價格進行比較。如果價值等于價格，則交易完成，產品通過機械交付系統(tǒng)交付。

3.4.2 刷卡支付流程

信用卡系統(tǒng)允許客戶使用信用卡和借記卡從自動售貨機購買商品。交易通過客戶開證行和客戶收單行進行。這2種交易允許將資金從客戶開證行轉移到商品開證行以交換貨物。選擇商品和數(shù)量后，系統(tǒng)計算總成本并顯示在屏幕上。當客戶選擇刷卡付款選項時，屏幕顯示刷卡提示。

該系統(tǒng)使用磁條讀卡器，提取并編碼卡上的磁性數(shù)據(jù)，并用它來驗證卡的有效性和訪問用戶賬戶。系統(tǒng)還讀取客戶賬戶中的可用資金量。如果卡片有效并被系統(tǒng)識別，系統(tǒng)會提示客戶輸入PIN。系統(tǒng)會驗證輸入的PIN是否正確，并將可用資金與價格進行比較。如果資金超過所選商品的價格，則通過分配系統(tǒng)交付產品，否則交易終止。

3.4.3 移動支付流程

移動支付允許客戶使用手機支付商品或服務。交易通過客戶移動運營商和商戶收單銀行之間的內部通信完成。控制系統(tǒng)應確保系統(tǒng)可顯示多個支付選項。

選擇貨物和數(shù)量后，系統(tǒng)計算總成本并在屏幕上顯示。當客戶選擇移動支付選項時，系統(tǒng)會提示他輸入短代碼*151*2*2*商戶代碼，并按照提示完成交易。一旦交易通過POS移動設備成功完成，就會向分配系統(tǒng)發(fā)送一個信號以交付所選產品。

3.4.4 支付系統(tǒng)原理

系統(tǒng)組件是用于硬幣兌換機和通過移動網絡提供商進行卡和移動支付的POS終端，它們都通過接口板和連接電纜與控制器相連。該控制系統(tǒng)為用戶提供了硬幣、銀行卡和手機的支付選擇，非常適合當前和未來的客戶需求。

3.4.4.1 硬幣兌換機

硬幣兌換商驗證所有硬幣，并確定哪些是真的，哪些是假的，因此可以直接接受或拒絕硬幣，拒絕后返還硬幣。硬幣兌換機要求，選擇使用DG600F硬幣兌換機。

3.4.4.2 POS設備

POS 設備有磁條閱讀器和從控制器，可以讀取和處理借記卡和信用卡。它也接受通過移動網絡運營商使用商戶號碼進行移動支付。

3.5 報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)負責監(jiān)控產品可用性狀態(tài)和機器狀態(tài)。

系統(tǒng)有電容傳感器和LED。傳感器監(jiān)控產品可用性，并根據(jù)產品可用性狀態(tài)激活LED。操作方法如下。當傳感器（S1）在傳送帶中的最后一個產品被釋放后被激活時，黃色LED被激活以指示機器中的產品處于低位。當產品在最終傳送帶2上繼續(xù)分配時，在分配最后一個項目或產品時，傳感器（S2）被激活，紅色LED被激活以指示產品為空。當系統(tǒng)檢測到一枚假幣時，它被拒絕，蜂鳴器響起。如果自動售貨機序列中斷或未能完成，蜂鳴器也會響起。報警系統(tǒng)基本上有以下組件：接近傳感器、紅色和橙色LED、蜂鳴器。

3.5.1 接近傳感器

接近傳感器用于監(jiān)控產品可用性，輸出用于確定LED狀態(tài)。

3.5.2 LED指示燈

需要2個LED，紅色和橙色，以指示自動售貨機的狀態(tài)。該項目選用的LED為OC451-01超亮橙色和RC451-06超亮紅色。

3.5.3 蜂鳴器

蜂鳴器需要根據(jù)機器狀態(tài)發(fā)出聲音。該文選用的蜂鳴器為HPE-30P壓電蜂鳴器。HPE-3OP壓電緩沖器工作電壓范圍寬，功耗低。它產生的聲音脈沖音調非常清晰，穿透力強。

4 討論

自動售貨機的可用性是很重要的，因為許多人依賴它們來方便地獲取產品。這些機器用于分配各種產品，不需要銷售人員在場?；ヂ?lián)網和新技術使市場動態(tài)不斷變化，自動售貨機的設計隨著計算技術的進步不斷完善。通過LCD/觸摸屏顯示、圖像傳感、無現(xiàn)金（移動和卡系統(tǒng)）支付等一系列技術，遙測平臺和物聯(lián)網系統(tǒng)為消費者提供了一個新的用戶友好的環(huán)境。位于各個競爭優(yōu)勢中心的自動售貨機可以通過廣域網（WAN）和局域網（LAN）技術連接起來。使用手機應用程序可以控制和調節(jié)機器，并在需要時獲得必要的信息。

5 結語

該設計利用網關設備實現(xiàn)自動售貨過程。實現(xiàn)了系統(tǒng)支付靈活、移動和具有刷卡功能的目標，使其成為與所有手機類型高度兼容的多支付系統(tǒng)設備。該控制系統(tǒng)建立在自動售貨機設備的基礎上，能夠結合未來技術變化，為消費者提供可靠，并且快速相應的銷售系統(tǒng)。從系統(tǒng)設計和系統(tǒng)總體配置來看，系統(tǒng)有效運行需要注意一些方面，例如需要一個能夠在故障發(fā)生之前檢測故障的自動故障檢測系統(tǒng)。避免由于故障而導致的機器出現(xiàn)致命錯誤。這有助于提高機器的安全性和可靠性。