1、 毕业设计报告（论文） (2012 届 ) 题 目： 智能自动售货机系统电路设计 所 属 系： 自动化技术系 班 级： 电子 0911 学 生 姓 名： 殷聪聪 学 号： 2009238111 同 组 成 员： 戴晓琴、孟祥续 指 导 教 师： 李玮 2012届毕业设计（论文） 目录 摘要 . 1 关键词 . 1 0 引言 . 2 1 总体设计方案 . 2 1.1 设计要求 . 2 1.2 设计目标 . 2 1.3 分析结果 . 3 1.4 功能框图 . 3 2 硬件设计 . 5 2.1 检空装置 . 5 2.2 推进装置 . 6 2.3 报警装置 . 12 3 软件设计 . 19 3.1 主
2、程序 . 19 3.2 报警系统程序 . 19 4 硬件方案整合 . 20 4.1 其他单元电路 . 20 4.2 总原理图 . 21 4.3 元器件清单 . 21 4.4 PCB 板 . 21 5 软件方案整合 . 23 5.1 选择系统程序 . 23 5.2 投币系统程序 . 23 5.3 出货系统程序 . 32 5.4 找零系统程序 . 33 6 外观设计 . 34 7 生产工艺文件 . 34 8 总结 . 37 致谢 . 39 参考文献 . 40 附录 1 电路中主要集成芯片引脚图及引脚功能说明 . 40 附录 2 软件系统程序代码 . 43 1 报警系统 . 43 2 选择系统 .
3、44 3 投币系统 . 52 4 出货系统 . 53 5 找零系统 . 53 附录 3 总原理图 . 56 附录 4 元器件清单及封装形式 . 57 附录 5 工艺文件 . 59 2012届毕业设计（论文） - 1 - 摘要 本文设计了一种以 AT89C51 单片机为核心的自动售货机装置的控制系统。详细介绍了自动售货机系统的方案设计、硬件选择、软件编写，并重点描述了自动售货机系统的工作原理、系统设计、软件编程的原则和技巧。该系统以单片机 AT89C51 芯片为核心，采用集中控制方式实现了对自动售货机全过程的自动控制。系统程序采用汇编及 C 语言软件进行程序的编写和编译，该软件具有编程简单、查错
4、方便、阅读容易等特点。汇编语言是程序的基本语言，具有容易理解，便于记忆和使用等特点。 关键词 智能自动售货机 AT89C51 单片机 LCD 液晶 控制系统 2012届毕业设计（论文） - 2 - 0 引言 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
5、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。 智能自动售货机是以单片机为核心的自动化控制装置，它集按键选择技术、单片机技术和显示技术于一体，有功能强大、可靠性高、使用方便、维护简单等特点。因此，在商业 、 生活中得到了广泛的应用。有些智能 自动售货机不仅能够自动识别 1元、 5角硬币，而且能够自动识别 20 元、 10 元、 5 元纸币，还会自动找零，人机对话的应用性提高使自动售货机在国内大面积普及成为可能。 智能自动售货机越来越人性化的设计将会很快的占领中国市场。 1 总体设计方案 1.1 设计要求 设计一台销售袋装小零食的自动售货 机，具有硬币识别、币值累加
6、、自动售货等功能。基本要求： 可识别 5角、 1 元的硬币。并进行累加。 有货物选择按键，根据选择自动出售对应货物。 具有防盗报警功能。 1.2 设计目标 从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。从广 义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货
7、机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化， 24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。 （ 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
8、史要远短于其它发达国家，仅有 25 年，但据 2001 年的统2012届毕业设计（论文） - 3 - 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
9、。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。 1.3 课题 分析 从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加 上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，
10、 24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。 1.4 功能框图 智能自动售货机的功能框图，如图 1 所示，该框完整的表现出智能自动售货机的每一个功能模块， 从框图中也可以看出我们的整体思路，在此思路中，我主要负责储存货物模块的制作与设计，其中包括了储存箱体、物品支架、推进系统、检空装置以及报警系统。同时也和同组人员一起负责出货模块与外观的设计以及控制核心的编程与设计。 在我负责储存货物模块的同时，也和同组人员积极配合，及时反馈各自的信息与进度，保证我们各模块之间的衔接，使我们的项目顺利完成。 20
11、12届毕业设计（论文） - 4 - 储存货物 投币 出货 储存箱体 物品支架 推进系统 硬币存储箱 检测识别硬币 自动累加 自动返还 投入 存储 硬币找零 假币返还 选择装置 显示装置 选择按钮 出货口 出货箱 显示币值 显示余额 检空装置 报警系统 外观 自主设计 广告植入 步进装置 自动售货 控制核心 供电系统 图 1 智能自动售货机的功能框图 2012届毕业设计（论文） - 5 - 2 硬件设计 在此次设计中，我主要负责储存货物模块中的检空装置、推进装置和报警装置的设计 。 2.1 检空装置 2.1.1 方案一：安装接触行程开关 售完检测系统，在自动售货机商品存储存道下方安装有接触行程开
12、关，当存储存道有商品时，压下行程开关，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU 发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。 2.1.2 方案二：红外线对射 在自动售货机内最后一个商品的两侧，放置红外线。当有商品时，商品挡 住红外线使其无法对射，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，红外线对射，向 CPU 发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金
13、额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。 2.1.3 方案三：眼观法 售货机的正面橱窗采用有机板窗，机玻璃板有 极佳透明度：无色透明有机玻璃板材，透光率达 92%以上 ，有 优良的耐候性：对自然环境适应性很强，即使长时间在日光照射、风吹雨淋也不会使其性能发生改变 ， 抗老化性能好，在室外 也能安心使用 。 加工性能良好 ：既适合机械加工又易热成型，压克力板可以染色，表面可以喷漆、丝印或真空镀膜 。 优异的综合性能：压克力板品种繁多、色彩丰富，并具有极其优异的综合性能，为设计者提供了多样化的选择 ， 压克力板可以染色，表面可以喷漆、丝印或真空镀膜 。 无毒
14、， 即使与人长期接触也无害，还有燃烧时产生的气体不产生有毒气体 。 自动售货机前体的透明有机板窗相当于商店橱窗或者柜台，商品展示、明码标价以及商品有无都可以清晰明了的展示出来，无论是对管理人员还是消费者都是简洁方便的，如图 2 所示。 图 2 自动售货机正面橱窗 2012届毕业设计（论文） - 6 - 2.1.4 检空装置方案选择 三种方案放在一起比较，综合考虑，选用方案三作为检空装置。既一目了然，又在设计的过程中简单方便。 2.2 推进装置 2.2.1 方案一：步进电机推进 采用步进电动机控制，步进电动机的精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控制系统定位准确，稳定时间短，采用单片
15、机控制步进电动机，控制信号为熟悉信号，不再需要数 /摸转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时，控制起来也十分方便，很容易构成数字位置控制系统。但步进电动机的控制系统相对复 杂，价格比直流电动机高。 本设计是由单片机直接控制，步进电机可以直接接受的数字信号不需要数 /模转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时控制起来方便，在销售移动距离较小的商品的时候不会产生误差。 步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电数模（ D/A）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常用步进电机作为驱动
16、元器件。步进电机的控制电路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动。很明显脉冲的总数决定了移动量，指令的频率决定了移动的速度 。因此，指令脉冲可否被可靠的执行，基本上取决于步进电机的性能 。 三相步进电机结构图 ，如图 3所示 。 图 3 三相步进电机结构示意图 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是单极性的直流电源。要使步进电机转动，就必须对步进电机的定子的各项绕组以适当的时序进行通电。步进电机的步进过程表示为，其定子的每相都有一对磁极，每个磁极都只有一个齿，即磁极本身，故三相步进电机有三对磁极一共是 6 个齿；其转子有 4 个齿，分别称为 0.1.2.3齿
17、直流电源 U 通过开关 A， B， C，分别对步进电机的 A， B， C，相绕组 通电。初始状态时，开关 A 接通，则 A 相磁极和转子的 0， 2 号齿对齐，同时转子的 1， 3号齿和 B， C 相磁极形成错齿状态。 2012届毕业设计（论文） - 7 - 当开关 A 断开， B 接通，由于 B 相绕组和转子的 1， 3号齿之间的磁力线作用，使得转子的 1， 3 号齿和 B相磁极对齐，则转子的 0， 2 号齿就和 A， C， 相绕组形成错齿状态。此后，开关的 B 断开， C 接通，由于 C 相绕组和转子的 0， 2之间的磁力线的作用，使得转子0， 2号齿和 C 相磁极相对齐，这时转子的 1，
18、 3 号齿和 A， B相绕组磁极产生错齿。 当开关 C断开， A接通后，由于 A 相绕组磁极和转子 1， 3号之间的磁力线的专用使转 子 1， 3号齿和 A 相绕组磁极对齐，这时转子的 0， 2号齿和 B， C 相绕组磁极产生错齿。很明显，这时转子转动了一个齿距角。如果对一相绕组的操作称为一拍，那么对 A， B， C 三相绕组的轮流通电需要三拍。对 A， B， C，三相轮流通电一次成为一个周期。从上面分析看出，该三相步进电机转子转动一个齿距需要三拍操作。由于按 A B C A相轮流通电，则磁场沿 A，B， C方向转动了 360 度空间角，而这时转子沿 ABC 方向转动了一个齿距的位置。在图一中
19、，转子的齿数为 4，故齿距角为 90 度，转动了一个齿距就是转动了 90 度 本次设计采用的是三相 步进电机型号是 36BF003（属于三相步进电机），工作电压的标称值是 27V，相电流的标称值是 1.5A，保持转矩是 78Mn.m（豪牛顿。米），步距角为 1.5 度/3 度 。 36bf003 矩频特性 ，如图 4所示 。 图 4 36bf003 矩频特性 步进电机与单片机接口 ，如 图 5 所示。 8051 PA0 PA1 PA2PA0 PB2 PB0 PB1 驱动电路 驱动电路 X 轴步进电机 Y 轴步进电机 图 5 步进电机与单片机接口 2012届毕业设计（论文） - 8 - 选定由
20、PA 口的 PA0， PA1， PA2，控制 x 轴的三相步进电机， PB0， PB1， PB2 通过驱动电路控制 y轴三相步进电机，并假设数据输出为“ 1”时，相应的绕组通电 ;当“ 0”时，相应的绕组断电。 使用集成功率放大开关器件构成的斩波型功放电路 :集成功率电子开关 TWH8751 可直接由 TTL， CMOS 等数字电路直接驱动，该器件开关速度快，工作频率高（可以达到 1.5MHZ），控制功率比较大，内部开关管反向击穿电压为 100v，加上散热器后，通过的灌电流可以达到 3A，其输出管采用集电极开路方式，可以根据负载的要求选择合适的电源电压，片内还没有热减流保护电路。 TWH875
21、1 的引脚 及外观 如图 6 所示， Vi,Vo 分别为信号的输入端和输出端， V+为正电源的输入端， GND 为接地端， St 为 选通控制端，该 器件为数字逻辑开关，不是模拟开关。当Sr 为高电平“ 1”（大于 1.6V）时，不论 Vi 端的电平为多少 其输出级的达林顿管总是截至。当 St端为低电平（不超过 1.2V）时，输出 V0 受 Vi 的控制，当 Vi 为高电平输出级的达林顿管截止：当 Vi为高电平“ 1”时应加限流电阻 Rs，因片内电源与地之间设有一个 6.8V 的稳压管， Rs 的值可以按照 (VCC-6.8V)/10mA 进行估算。由于输出级的达林顿管的反向击穿电压可以达到 100V，所以输出级可以不与 V+共电源，而是根据需要加 80V 100V 的高压于负载上。 图 6 TWH8751 引脚 及外观 图 图中只给出了驱动 A 相绕组的功放电路， B， C 相的驱动电路与之相同，该电路的工作原理是 ：环形分配器的输出信号 A 送到 TWH8751 的输入端 Vi ， NE555 振荡器产生频率较高的载频脉冲信号 ，送到选通控制端 St ，因此， TWH8751 处于高频开关斩波工作状态，其输出端 Vo为间歇脉冲序列，故称为斩波型驱动电路 ， 如图 7 所示 。 各点的波型如图 8所示。
