對(duì)于流體自動(dòng)售貨機(jī)，國(guó)內(nèi)外的研究并不成熟，尤其是對(duì)于流體液位體積的測(cè)量技術(shù)依然不夠完善，在測(cè)量精度方面不能滿足控制要求。另外，對(duì)于影響測(cè)量液體準(zhǔn)確度因素的研究不夠細(xì)致。環(huán)境因素變化導(dǎo)致溫度變化會(huì)導(dǎo)致液體的熱脹冷縮，會(huì)影響檢測(cè)的準(zhǔn)確度；若液體流量過小，則流量檢測(cè)出來的誤差值增大；輸送液體管道收縮體積變化直接會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。本文內(nèi)容是設(shè)計(jì)出一款集售賣、計(jì)量、現(xiàn)金支付、移動(dòng)支付技術(shù)于一身的，針對(duì)流體的自動(dòng)售賣機(jī)控制系統(tǒng)。

 

總體設(shè)計(jì)方案

       將 STM32 作為自助鮮啤售賣機(jī)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，控制自動(dòng)售賣機(jī)售賣動(dòng)作的整個(gè)流程。主控制器向功能驅(qū)動(dòng)板發(fā)出售賣命令，功能驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)泵開始運(yùn)作，啤酒從儲(chǔ)存的容器中向管道開始輸送。在管道盡頭設(shè)置裝設(shè)一個(gè)比例流量閥，控制流速。啤酒通過流量計(jì)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量流量。非常后，啤酒通過水槍注入到預(yù)設(shè)的容器中。觸摸屏上可以手動(dòng)輸入購買量、自主選擇結(jié)算方式、并且能夠循環(huán)播放廣告，吸引消費(fèi)者的注意。系統(tǒng)總體框圖如圖 1 所示。

核心控制元件

       在測(cè)量電路中安裝渦街流量計(jì)。每次鮮啤售賣的量需要精確計(jì)量，單位體積鮮啤的價(jià)格乘上測(cè)得的流量即是此次售賣的總價(jià)。流量計(jì)所起到的核心作用就是計(jì)量。渦街流量計(jì)非常大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便費(fèi)用較低，液體的密度、壓力、溫度不會(huì)影響流量的測(cè)量精度。渦街流量計(jì)將流量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號(hào)，電脈沖信號(hào)與液體流量的關(guān)系呈正比關(guān)系。通過捕捉電脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體流量的測(cè)量。本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將選擇應(yīng)力式渦街流量計(jì)，此款流量計(jì)的主要特點(diǎn)如圖 2 所示。

       電機(jī)由于慣性作用，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，因此管道中輸送的液體啤酒也不能立即停止流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為液壓系統(tǒng)的“沖轉(zhuǎn)現(xiàn)象”。沖轉(zhuǎn)現(xiàn)象導(dǎo)致啤酒實(shí)際售賣量大于預(yù)設(shè)購買量，造成一定誤差。電機(jī)慣性作用導(dǎo)致啤酒售賣過程產(chǎn)生誤差的量稱為“過充量”。過充量的大小與啤酒流速成正比關(guān)系，流速越大，過充量越大，流速越小，過充量越小。比例流量閥對(duì)啤酒流速控制的穩(wěn)定性的越高，啤酒計(jì)量的精確度就越高，產(chǎn)生的誤差就越小。為了更好的控制比例流量閥，將 PID 控制算法應(yīng)用在比例閥的控制器中，顯著提高閥芯位移控制的精確程度。當(dāng)要達(dá)到預(yù)設(shè)購買值時(shí)，控制閥芯位移，降低流速，以免產(chǎn)生較大“過沖量”，減小誤差，保證測(cè)量的精度。PID 控制算法原理如圖 3 所示。

 

       STM32 主控制器與功能驅(qū)動(dòng)板之間的通訊通過 RS485通信電路實(shí)現(xiàn)。因?yàn)?RS485 是差分電路，所以此通信電路具有很強(qiáng)的抗干擾性，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室材軡M足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。RS232 通信電路主要用于 STM32 與服務(wù)器之間的通訊工作，實(shí)現(xiàn)售賣數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)上傳，支付寶等移動(dòng)支付功能。

 

       渦街流量計(jì)輸出的電脈沖信號(hào)在傳輸過程中容易受到環(huán)境因素的干擾，為盡可能減少干擾誤差，在流量計(jì)的輸出端與 STM32 之間加裝光電耦合器。光電耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

支付方式的選擇 

       當(dāng)點(diǎn)擊觸摸屏，手動(dòng)輸入啤酒購買量后，可以自主選擇支付方式。既可以選擇傳統(tǒng)的現(xiàn)金支付方式，也可以選擇支付寶等移動(dòng)支付方式。如圖 5 所示。

 

       傳統(tǒng)的貨幣支付不僅包含硬幣支付、紙幣支付，硬幣找零功能也不可或缺。所以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)金支付功能既需要硬幣識(shí)別器，也需要紙幣識(shí)別器，識(shí)別硬幣紙幣的面值以及真?zhèn)�。�?shí)現(xiàn)支付寶、微信等移動(dòng)支付功能的前提是將自助鮮啤自動(dòng)售賣機(jī)聯(lián)網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)自助鮮啤售賣機(jī)聯(lián)網(wǎng)主要有兩種方式：以太網(wǎng)線連接與 STM32 單片機(jī)的 WIFI 模塊。自助鮮啤售賣機(jī)聯(lián)網(wǎng)后，可將售賣信息上傳到服務(wù)器，方便后臺(tái)管理售貨信息，了解每臺(tái)售賣機(jī)的運(yùn)行情況，不需要人力到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，大大提高運(yùn)營(yíng)的效率。現(xiàn)金支付與移動(dòng)支付的流程如圖 6 所示。

 

總結(jié)

       本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)售賣機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，可以通過以太網(wǎng)線或者 WIFI 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的聯(lián)網(wǎng)。流量測(cè)量電路的設(shè)計(jì)中，采用流量計(jì)對(duì)每次鮮啤售賣量進(jìn)行精確的的測(cè)量，比例閥控制流速，并將 PID 控制算法應(yīng)用到比例閥的控制器中，精確控制閥芯的位移精度。比例閥與流量計(jì)的應(yīng)用很大程度上減小了系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)測(cè)量精度。如果將設(shè)計(jì)的測(cè)量電路應(yīng)用到針對(duì)流體的自動(dòng)售賣機(jī)上，能豐富自動(dòng)售賣機(jī)的種類，擺脫自動(dòng)售賣機(jī)只能售賣瓶裝飲料弊端，避免日益增長(zhǎng)的人工成本，更是智能化社會(huì)發(fā)展的標(biāo)志，能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收入。