1、 成人高等教育本科毕业设计（论文） 自动柜员售货机 控制系统 设计 学 院 自动化学院 专 业 自动化 年级班别 2014级 学 号 141010131830017 学生姓名 梁杰锋 指导教师 钟映春老师 2016 年 4 月广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） I 摘 要 自动 柜员 售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点 、天气 的限制，能节省人力、方便交易 ，受到商 家和消费者的欢迎 。 自动柜员售货机已经广泛应用于各种公共场合。随着自动柜员售货机的功能越来越完善，智能化程度越来越高，它的应用将会越来越广泛，发展前景不可估量。 首先 自动 柜员 售货机 （ vendin
2、g machine） 是能 自动识别消费者 投入的钱币和选择的商品，并 自动付货的 零售 机器。 其次 一个完善的自动柜员售货机系统，需要对各个功能模块实现良好的控制并加以整合，使其能有序、稳定地运行。 再次自动柜员售货机系统具有可支持顾客投退币、找零功能的投币模块，供顾客选择 商品的选择模块 ，显示付费信息、存货信息、存币量、已选商品 和故障情况等的显示模块 ，检测存货、实现出货的出货模块 ，商品标签自动检测模块 和控制整合自动柜员售货机各项操作的控制模块等功能模块。 最后 作为系统的控制核心， PLC 对整个系统起着至关重要的作用，好比大脑对人的作用一样。 本文主要从自动柜员售货机的自动控
3、制系统和外围电路出发，也涉及部分机械结构，从整体概念设计到各个模块的具体设计，再到系统仿真调试，在文中将详细分析。 关键词： 自 动柜员售货机 PLC 标签自动检测 仿真 广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） II Abstract Vending machine is a kind of commercial automation equipment. It is welcomed by businessmen and consumers because of its cost-efficiency and high efficiency operation, with benef
4、its from less restricted by the weather, time and venue, even no extra personnel. Vending machine has been widely applied in public site. It is becoming more and more functional, intelligent. As a result, vending machines are more and more popular among the public. It is easy to be pointed out that
5、the vending machine owns its wide prospect of market. First of automatic teller machines (vending machine) is able to automatically identify coins and selected consumer goods into and automatically consignor retail machines. Secondly, a comprehensive automated teller machine system, the need to achi
6、eve good control of each module and be integrated to enable an orderly and stable operation. Automatic teller machine system is displayed again with a customer support cast coin, the coin change for functional modules, select the module for customers to choose items to display billing information, i
7、nventory information, the amount of deposit currency, commodities and selected fault conditions, etc. module, testing inventory, shipping modules achieve shipments, product label automatic detection module and a control module integrated automatic teller machine control function modules such as the
8、operation. Finally, as the control system, PLC for the whole system plays a vital role, such as the role of human brain. The discussion mainly concerns the automatic control system and peripheral circuit, also involve some mechanical structures, from overall conceptual design to each module and the
9、specific design debugging of system simulation. A detailed breakdown analysis is described in this paper. Keywords: vending machine PLC automatic tag identification system simulation 广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） III 目 录 1 绪论 . 1 1.1 背景 简介 . 1 1.2 自动柜员机的发展状况 . 2 1.3 前景与展望 . 3 2 总体方案确定 及理论分析 . 3 2.1 设计依据 .
10、 3 2.2 设计内容 . 4 2.3 方案比较 . 5 2.4 方案选择 . 5 2.5 理论分析 . 6 3 系统 硬件设计 . 7 3.1 系统整体设计 . 7 3.2 商品标签自动识别系统设计 . 8 3.3 配件设计 . 14 3.4 元器件 设计 . 14 4 系统软件设计 . 25 4.1 程序设计 . 25 4.2 PLC 运行转 态设计 . 25 4.3 PLC 程序流程设计 . 26 4.4 PLC 编程软元件分配设计设计 . 28 4.5 界面 设计 . 30 5 系统仿真与调试 .30 5.1 调试工具 . 30 广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） IV 5
11、.2 建立工程 . 31 5.3 程序调试 . 31 5.4 结果分析 . 33 结 论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 37 附件： PLC 梯形图 . 38广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1 背景 简介 自动 柜员 售货机 （ vending machine） 是能 自动识别消费者 投入的钱币 和选择的商品，并 自动付货的 零售 机器。自动 柜员 售货机 的工作 不受时间、地点 、天气 的限制，能节省人力、方便交易。 它因为全天候工的特点，所以 被称为 24 小时营业的微型超市。 可编程控制器 PLC（ Programmable Control
12、ler）是专为在工业环境应用而设计的数字运算操作的电子系统。长期以来， PLC 始终处于工业自动化控制领域的重要地位，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放 式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有 PLC（张斯珩 ， 等， 2011）。 PLC 已经成为现代工业控制的三大支柱之一。 相对于单片机来说， PLC 具有高可靠性，易于开发，扩展性好，通讯简单的优点。这些优点使控制单元为 PLC
13、的自动柜员售货机拥有更稳定的性能、更完善的功能和更迅速的升级速度。 无线射频识别技术 RFID（ Radio Frequency Identification）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和电感耦合或电磁耦合传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 RFID 是一种提高识别效率和准确性的工具 , 该技术将完全替代条形码。 RFID 替代条形码的最大优势就是磁条所带来的无线识别 , 以及信息的可网络化（乔强， 2005）。利用 RFID 技术可以实现标签自动检测，具有比现在的人工条形码识别更强大的功能，它将会带领自动柜员售货机进入物联网时代。商品标签自动识别技术大大提高了商
14、品信息追踪的实时性，为商品供应方式和销售策略的制定提供及时的支持。 自动售货机是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变 而出现的 。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 商品 流通渠道 。在技术密集型社会中， 超市、百货购物中心等 商品 流通渠道的人工费用不断上升 ， 再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的 影响 ，自动 柜员 售货机作为一种 新的商品零售方式 应运而生了。 自动柜员售货机提供了一种节约成本广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） 2 的商品零售方式，而且自动柜员售货机还有不受时间、场地、天气限制等特点，可以为消费者提供便捷的服务。集
15、合了 PLC 及商品标签自动识别的优点后，自动柜员售货机可以为商家提供更加节约成本和易于管理的零售途径，为消费者提供更加便捷和更加可靠的消费方式。随着我国人力、地租等成本价格的不断上升，自动柜员售货机的优势进 一步体现，将会拥有越来越广阔的市场空间。而一款功能齐备、运行成本低、自动化程度高的自动柜员售货机，必将在市场上拥有强大的竞争力，因此，分析自动柜员售货机的设计具有重大意义。 1.2 对 自 动柜员机的发展状况 1.2.1 发展历程 自动柜员售货机的历史可一直追溯到远古时代埃及圣水机。大约在公元前215 年左右，埃及寺院出现了一种用来销售圣水的自动售货机。最早的普及型自动售货机是 1924
16、 年由日本中山小一郎制作的袋装零食自动售货机（卢振， 2006）。现代的自动柜员售货机出现在 1920 年 代的 美国 ，当时其贩卖的货品为 香烟。逐渐地，用于贩卖饮料、食品、车票、报纸的自动柜员售货机也被制造出来了。而真正将自动柜员售货机发扬光大的是日本。 自动柜员售货机在日本的鼎盛时期是上世纪 70 年代中期后，有些大型自动柜员售货机，其营业额相当于一间小型商店。 截止上世纪末，全日本共有 550 万台自动柜员售货机， 销售额达 6 兆 8969亿 4887 万日元。日本 平均每 23 人占有一台 自动柜员售货机。这两项数据都排名世界第一。 我国第一台无人自动售货机诞生于后晋末年（约 96
17、4 年），它是汝州（今河南临汝县）一位不愿透露姓名的高士发明的，人们尊他为“笔仙”（粟新 华， 2004），因为他自己生产毛笔并用竹筒制作出自动售笔机。 1999 年，现代的自动柜员售货机作为一种新型商业形态和广告媒体进入中国市场，由当时纯属的代理销售国外产品，发展到现在主要由自主开发生产及代理销售国外自动柜员售货机两类并存的状况。 1.2.2 发展历程 目前，日本 70%以上的罐装饮料是通过自动售货机出售的， 日本可口可乐公广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） 3 司的 2/3 的产品，都是由公司所属的近 70万台自动售货机销售出去的。除饮料外，自动售货机还出售其它各种商品。在日本
18、，出售香烟的自动售货机共有 60万台。还有一些自动柜员售货机专营从大米、汉 堡包、服装到电池及酒类的各类商品。 进入本世纪以来，自动柜员售货机在我国得到不断推广，目前在一线城市已形成比较成熟的市场，而在二三线城市的发展势头也非常迅猛。 据粗略统计，目前自动柜员售货机市场已经吸引了国内开发生产商 10 家，市场运营商 40 多家。南开戈德（自 2000 年）和青岛澳柯玛（自 2001 年）分别投入了 1.6 亿元和6000 多万元，进行自主生产、销售和经营自动售卖机业务。海尔等企业也在盯着这块市场。但是，目前大部分市场份额都被南开戈德和青岛澳柯玛这两家所占据（白丽， 2005）。 自动售货机在当
19、代零售领域发挥着 越来越巨大的作用。 1.3 前景与展望 由于自动柜员售货机具有全天候提供服务，运营成本低，受天气、场地等制约因素少等优点，为消费者提供一种创新、时尚、方便的购物方式，可预见在趋于产业信息化、生活智能化的未来将受到越来越多人的欢迎，发展前景难以估量。展望将来，随着科技的发展与进步，自动柜员售货机的功能将会得到多角度的扩展。很多自动化技术已经在其他领域有较成熟的应用。例如广州市公交车电子钱包 羊城通已实现从公共交通领域到小额消费领域的成功突破，在原便利店的基础上再发展到超市、饼屋、餐饮、菜市场等都可使用羊城通刷 卡支付 。只要在现有的普通自动柜员售货机上装上羊城通读卡机，就可以实
20、现用羊城通进行电子支付的功能了。随着电子钱包、手机支付、无线通信、电子标签、人工智能和物联网等技术的发展进步，以及人们对现代生活提出的新要求，自动柜员售货机必将出现一种更低碳节能、更方便可靠、更节约成本的面貌。 2 总 体方案确定及理论分析 2.1 设计依据 自动柜员售货机的核心功能就是通过机器实现商品的交易。在使用自动柜员售货机的过程中，商家关心如何获取货款、降低成本及安全防盗；而消费者则关心如何取得商品、商品的价格和质量。据此，可知所设计的 自动柜员售货机要求有足够的贮存空间、友好的用户界面、安全稳定的交易系统和合理的生产成本。 下面用一种市面上较为常见的自动柜员售货机 澳柯玛 AVM-A
21、E20CH 饮料广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） 4 综合自动售货机为例，加以说明。澳柯玛 AVM-AE20CH 饮料综合自动售货机 如图1.1 所示。 图 1 .1 澳柯玛 AVM-AE20CH 饮料综合自动售货机 如图所示，自动柜员售货机正面左上方是大面积的矩形商品展示橱窗，可同时展示多种商品 ，每种商品下方是对应的选择按钮和缺货指示灯。商品展示橱窗既 起到广告的作用，同时 又 方便消费者选择商品。商品展示 橱窗右边是 投币器 、数字显示屏等用户界面。最下方是 取物 口，把它设计在较低的位置是为了在出货的过程中可以利用商品自身的重力。 取物口右侧是退闭口。 以上部件都嵌在正面
22、可打开的柜门上，而打开柜门后可见 PLC、控制面板 、货道和储币器等部件，商家可以通过打开柜门直接向货道补充 商品，这样的设计不但方便消费者的购买操作，同时也方便了商家运营维护。 2.2 设计内容 本文将分析以 PLC 为核心进行自动柜员售货机系统的设计。所设计的自动柜员售货机系统具有投币模块、选择模块、显示模块、控制模块等功能模块。基本功能包括投币退币、显示 投币金额、选择商品种类、判断投币是否足额、送出货物等，并且能实现商品标签自动检测的附加功能。在分析设计过程中，先进行系统的整体功能和工作原理的分析，再给出具体各个模块的分析与设计、 PLC 的主商品展示橱窗 商品选择按钮 商品缺货指示
23、取物口 退币口 硬 币 投币器 数字显示屏 纸币投币器 广东工业大学 成人高等教育本科毕业设计（论文） 5 要程序流程图和程序设计，最后还会进行 PLC 梯形图的仿真调试，并得出最终的结果。 2.3 方案比较 根据各个模块或者零部件的不同，自动柜员售货机的设计有多个可选的方案。以下分别对各个模块或者零部件进行方案比较。 （ 1）投币模块的方案比较。投币模块可以选择只能投硬币、退硬币找零的硬币投币方案。这种设计可以使投币模块的硬件 选择和控制程序的设计都很简单，方便开发者的设计过程，但是对消费者使用的局限性很大，因为在日常生活中身上常备硬币的人不多；投币模块的第二个方案是选择既可以投纸币又可以退
24、纸币找零的高级纸币投币器。该方案同样可以简化开发者的工作，而且消费者使用起来也方便，但是对投币器硬件和所投纸币新旧程度要求较高，会增加自动柜员机售货机的生产成本；投币模块还可以选择既能投硬币又能投纸币、只退硬币找零的综合方案。这种方案虽然增加了开发者的工作量和开发难度，但是消费者使用起来较便捷，对硬件要求比第二种方案低，可以节约生产成本。目前市 场上应用最多的是第三种方案。 （ 2） 货物感应的方案比较。货物感应包括存货感应和取物口出货感应，可选用行程开关和红外探测开关电路两种方案。行程开关在自动控制领域中应用非常广泛。在自动柜员售货机货道中安装行程开关，可能会对货物流动造成阻碍甚至把货物卡在
25、货道中。安装在取物口的行程开关频繁地受到出货的撞击，容易受到损坏；红外探测是新兴的物品感应技术。无论安装在货道里还是安装在取物口里，红外探测开关电路都不影响货物的正常流动，红外探测开关电路自身也不会受到货物的损坏。 （ 3）货物收容方式的方案比较。目前使用较多的货物 收容方式是 弹簧托盘抽屉式货 道 和蛇形堆积式货 道 两种。弹簧托盘抽屉式货道适用于收容袋装、盒装商品；蛇形堆积式货道适用于听装或者瓶装商品。 2.4 方案选择 投币模块的方案、货物感应的方案和货物收容方式的方案组合在一起可产生十几种整体方案。综合考虑方便消费者使用、节约生产成本和自动柜员售货机运行稳定可靠等要求，决定本设计中的自动柜员售货机选择既能投硬币又能投纸
