張安莉，謝 檬，郭 月

（西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西西安 710018）

最早時(shí)期的自動(dòng)售貨機(jī)概念來(lái)自于古埃及，科學(xué)家HERON 在他的書(shū)中描述道：這種裝置只需要將錢幣投入，便可以有源源不斷的水流[1-3]。日本1904年問(wèn)世的“郵票明信片自動(dòng)出售機(jī)”是第一臺(tái)實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)[4-7]。自此以后，自動(dòng)售貨機(jī)作為一種商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備出現(xiàn)在人們生活的各個(gè)方面[8-9]。自動(dòng)售貨機(jī)不受時(shí)間和空間的限制，可以在日常生活中解決買東西需要排隊(duì)的問(wèn)題，更在某種程度上節(jié)省了人力，讓人們的交易變得更加方便快捷[10-12]。文獻(xiàn)[13-17]采用可編程序控制器(PLC)控制自動(dòng)售貨機(jī)，實(shí)現(xiàn)售貨機(jī)的基本功能，文獻(xiàn)[18-19]通過(guò)Multisim 和EDA 方法進(jìn)行自動(dòng)售貨機(jī)仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)售貨功能，文獻(xiàn)[20]采用LabVIEW 設(shè)計(jì)了

如何高效便捷地實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)售貨機(jī)是否正常工作，貨存量是否充足，能否自動(dòng)補(bǔ)貨存是自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題。該系統(tǒng)在LabVIEW平臺(tái)上，從錢幣處理，儲(chǔ)存商品，顯示信息等主要方面設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，包括語(yǔ)音提示模塊、錢幣投入模塊、商品種類及數(shù)量的選擇模塊、余額計(jì)算模塊、出貨模塊，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播報(bào)商品名稱和錢幣選擇、商品種類及數(shù)量選擇、找零、余額不足顯示等功能。

1 總體方案設(shè)計(jì)

文中在LabVIEW 平臺(tái)上設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括錢幣投入模塊，商品種類和數(shù)量選擇模塊，出貨和退幣模塊，出錯(cuò)警告模塊。

1.1 錢幣投入模塊

該系統(tǒng)選用模擬按鈕，表示錢幣的投入，即點(diǎn)擊一次貨幣按鈕代表一次錢幣的投入，多次點(diǎn)擊貨幣按鈕可增加投入貨幣量。例如；點(diǎn)擊“5 角”按鈕，表示投入5 角貨幣，連續(xù)點(diǎn)擊該按鈕，則依次累計(jì)5角。其余貨幣按鈕功能類似。

1.2 商品種類和數(shù)量選擇模塊

商品種類的選擇通過(guò)不同種類的商品按鍵，多次點(diǎn)擊同一類型按鍵表示購(gòu)買商品數(shù)量的增加，同時(shí)會(huì)在前面板設(shè)置顯示用戶的購(gòu)買信息。

1.3 出貨和退幣模塊

在用戶投入貨幣之后，開(kāi)始選擇商品，在確認(rèn)購(gòu)買商品之前，先進(jìn)行余額計(jì)算，若有剩余余額，則獲取商品和退幣，若沒(méi)有剩余余額，則只獲取商品。若投入錢幣無(wú)法購(gòu)買任何商品，可選擇直接退幣。

1.4 出錯(cuò)警告模塊

在用戶投入錢幣之后，先根據(jù)投入錢幣選擇商品，然后將所選的商品價(jià)格與投入錢幣進(jìn)行比較，若剩余錢幣不足，則無(wú)法購(gòu)買商品，這時(shí)前面板的商品按鈕不再閃爍，表示購(gòu)買失敗。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序的設(shè)計(jì)和商品種類選擇子程序的設(shè)計(jì)。

2.1 主程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的主程序流程圖如圖2 所示，首先，系統(tǒng)進(jìn)行初始參數(shù)的設(shè)定，即每種商品單價(jià)的確定和商品庫(kù)存數(shù)量的設(shè)定；然后，開(kāi)始判斷是否投幣，如果投幣成功則開(kāi)始判斷是否能選擇商品，如果投幣失敗則繼續(xù)判斷是否投幣；如果可以選擇商品，則計(jì)算出投入金額與商品價(jià)格的差價(jià)，先在取物口獲取商品，如果不能選擇商品，則余額不足；這時(shí)再?zèng)Q定是否退幣，如果不需要退幣，還需購(gòu)買其他商品，可選擇繼續(xù)投幣進(jìn)行購(gòu)買，如果需要直接退幣，可直接在取物口取出剩余貨幣。此時(shí)購(gòu)買過(guò)程結(jié)束，再次購(gòu)買時(shí)需重新開(kāi)始。

圖2 主程序流程圖

2.2 商品種類選擇子程序的設(shè)計(jì)

商品種類選擇子程序流程圖如圖3 所示。首先，系統(tǒng)進(jìn)行初始參數(shù)的設(shè)定，即分別對(duì)每種商品的單價(jià)和庫(kù)存數(shù)量進(jìn)行設(shè)定；然后，開(kāi)始判斷是否投幣，如果投幣成功則判斷是否購(gòu)買零食，如果投幣失敗則繼續(xù)判斷是否投幣；如果選擇零食，應(yīng)計(jì)算出投幣金額與所選零食的差價(jià)，并獲取所購(gòu)買的零食；如果不選擇零食，則判斷是否購(gòu)買飲料，購(gòu)買飲料應(yīng)計(jì)算出投幣金額與所選飲料的差價(jià)，并獲取所購(gòu)買的飲料；如果不購(gòu)買飲料，再判斷是否退幣，如果不需退幣，還需購(gòu)買其他商品，可選擇繼續(xù)投幣進(jìn)行購(gòu)買，如果需要直接退幣，可直接在取物口取出剩余貨幣。此時(shí)購(gòu)買過(guò)程結(jié)束，再次購(gòu)買時(shí)需重新開(kāi)始。

圖3 商品種類選擇子程序流程圖

3 系統(tǒng)的虛擬面板設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的虛擬面板設(shè)計(jì)分為兩個(gè)子面板：用戶操作子面板和后臺(tái)操作子面板。

3.1 用戶操作子面板

用戶操作子面板如圖4 所示，包括用戶操作指示燈、商品的圖標(biāo)和價(jià)格、狀態(tài)顯示、金額顯示、貨幣按鈕、商品確認(rèn)按鈕、退幣按鈕和出貨信息。

圖4 用戶操作子面板

1）用戶操作指示燈

自動(dòng)售貨機(jī)在用戶正常使用時(shí)，指示燈閃爍為黃色，關(guān)閉自動(dòng)售貨機(jī)后，指示燈關(guān)閉，不再閃爍，用戶操作指示燈主要用來(lái)顯示自動(dòng)售貨機(jī)是否正常工作。

2）商品圖標(biāo)與價(jià)格及確認(rèn)按鈕

6 個(gè)商品圖片表示6 種不同的商品，分別是：可樂(lè)、脈動(dòng)、怡寶、方便面、好吃點(diǎn)和鳳爪；設(shè)置6 種商品的出售價(jià)格：可樂(lè)3 元、脈動(dòng)4.5 元、怡寶2 元、方便面5 元、好吃點(diǎn)4 元、鳳爪6 元；6 個(gè)商品都有對(duì)應(yīng)的確認(rèn)按鈕，在點(diǎn)擊按鈕時(shí)會(huì)有商品名稱的語(yǔ)音提示，聽(tīng)到語(yǔ)音提示即為點(diǎn)擊成功。用戶根據(jù)所需選擇不同的商品，多次點(diǎn)擊，從而累計(jì)商品數(shù)量。

3）狀態(tài)與金額顯示

狀態(tài)顯示設(shè)置兩種不同的狀態(tài)：余額充足和余額不足無(wú)法購(gòu)買。用戶在操作時(shí)，狀態(tài)顯示也可判斷錢幣是否成功投入，若成功投入，則可根據(jù)投入錢幣繼續(xù)購(gòu)買商品；若投入失敗，則可選擇重新投入錢幣或直接購(gòu)買失敗獲取退幣。金額顯示處在用戶投入不同貨幣時(shí)會(huì)顯示投入的相應(yīng)貨幣金額，消費(fèi)后會(huì)顯示消費(fèi)后的剩余金額。

4）貨幣按鈕和退幣按鈕

系統(tǒng)設(shè)置4 種不同的貨幣按鈕：5 角、1 元、5 元和10 元。用戶通過(guò)點(diǎn)擊貨幣按鈕投入相應(yīng)金額，語(yǔ)音提示所選金額，即投入成功，多次點(diǎn)擊，會(huì)自動(dòng)累計(jì)投入貨幣金額。用戶經(jīng)過(guò)投入錢幣，選擇商品種類及數(shù)量，獲取商品，選擇是否退幣后，點(diǎn)擊退幣按鈕，可取出剩余貨幣。

5）出貨信息

出貨信息用來(lái)顯示用戶使用時(shí)所投入的金額、商品種類及數(shù)量的選擇、退幣金額及交易是否成功的信息。

3.2 后臺(tái)操作子面板

后臺(tái)操作子面板如圖5 所示，包括：上貨按鈕、銷售金額顯示、關(guān)閉售貨機(jī)按鈕、商品單價(jià)及數(shù)量顯示。用戶是否能夠正常使用自動(dòng)售貨機(jī)，取決于商家是否上貨與關(guān)閉售貨機(jī)，該操作是在后臺(tái)操作子面板完成的。

圖5 后臺(tái)操作子面板

1）上貨按鈕

用戶在操作子面板完成若干購(gòu)買過(guò)程后，商品數(shù)量會(huì)減少。商家可在后臺(tái)操作子面板上點(diǎn)擊上貨按鈕，使所選商品的庫(kù)存恢復(fù)到初始設(shè)定的20 件，商品單價(jià)不變。

2）交易金額顯示

交易金額顯示是指用戶結(jié)束一次操作后，在該處顯示此次操作的總銷售金額，用戶再次操作時(shí)銷售金額初始化，恢復(fù)為0 元；關(guān)閉售貨機(jī)按鈕是將銷售單價(jià)，銷售數(shù)量，銷售金額初始化，在下次使用時(shí)即是用戶重新開(kāi)始購(gòu)買操作。

4 系統(tǒng)的功能測(cè)試

系統(tǒng)的功能測(cè)試包括：商品購(gòu)買成功和商品購(gòu)買失敗的功能測(cè)試，以及對(duì)購(gòu)買的歷史數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行了分析。

4.1 商品購(gòu)買成功的功能測(cè)試

在金額充足的情況下成功購(gòu)買脈動(dòng)的用戶操作子面板和后臺(tái)操作子面板分別如圖6、圖7 所示。

圖6 成功購(gòu)買商品時(shí)的用戶操作子面板

圖7 成功購(gòu)買商品時(shí)的后臺(tái)操作子面板

用戶投入11 元貨幣，聽(tīng)到語(yǔ)音提示“1 元”“10元”，狀態(tài)顯示欄顯示金額充足，所有商品的按鈕閃爍，即表示所有商品都可購(gòu)買。此時(shí)用戶選擇兩罐脈動(dòng)，語(yǔ)音提示“脈動(dòng)”，并通過(guò)兩次點(diǎn)擊脈動(dòng)的確認(rèn)按鈕進(jìn)行購(gòu)買，消費(fèi)金額9 元，剩余2 元，此時(shí)狀態(tài)顯示金額為2 元，整個(gè)購(gòu)買過(guò)程結(jié)束，該用戶成功購(gòu)買。成功購(gòu)買商品的過(guò)程都會(huì)在出貨信息欄顯示，包括實(shí)時(shí)投入金額11 元，消費(fèi)金額9 元，和成功購(gòu)買脈動(dòng)兩罐。后臺(tái)顯示消費(fèi)金額9 元，以及剩余脈動(dòng)數(shù)量為18 罐。

4.2 商品購(gòu)買失敗的功能測(cè)試

用戶投入7 元貨幣，語(yǔ)音提示“7 元”，狀態(tài)顯示欄顯示金額充足，所有商品的按鈕閃爍，此時(shí)用戶選擇一包鳳爪，語(yǔ)音提示“鳳爪”，通過(guò)點(diǎn)擊鳳爪的確認(rèn)按鈕進(jìn)行購(gòu)買，消費(fèi)金額6 元，剩余金額1 元，此時(shí)商品按鈕全都停止閃爍，即余額不足，無(wú)法繼續(xù)選擇用戶欲購(gòu)買的商品，此次交易失敗。整個(gè)購(gòu)買過(guò)程都會(huì)在出貨信息欄顯示，包括實(shí)時(shí)投入金額7 元，消費(fèi)金額6 元。后臺(tái)顯示消費(fèi)金額為6 元，鳳爪剩余數(shù)量為19 包。用戶購(gòu)買失敗的用戶操作子面板和后臺(tái)操作子面板如圖8、圖9 所示。

圖8 購(gòu)買失敗時(shí)的用戶操作子面板

圖9 購(gòu)買失敗時(shí)的后臺(tái)操作子面板

4.3 購(gòu)買歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢

測(cè)試商品的銷售歷史數(shù)據(jù)分為日銷售交易和月銷售交易兩種情況。

1）日銷售交易情況表

①飲料記錄銷售表

2019 年5 月10 日自動(dòng)售貨機(jī)所記錄的飲料銷售量記錄見(jiàn)表1。包括購(gòu)買飲料的時(shí)間、種類、數(shù)量、單價(jià)、用戶投幣、消費(fèi)總額以及剩余余額。從用戶選擇飲料種類來(lái)看，可樂(lè)是最優(yōu)選擇；從用戶選擇飲料數(shù)量來(lái)看，怡寶是最優(yōu)選擇；因此，可在上貨時(shí)適當(dāng)增加怡寶和可樂(lè)的數(shù)量。同時(shí)可以看出脈動(dòng)的銷量很低，因此，在上貨時(shí)適當(dāng)減少脈動(dòng)的數(shù)量。

表1 飲料的日銷售表

②零食銷售記錄表

2019 年5 月10 日自動(dòng)售貨機(jī)所記錄的零食銷售量的記錄見(jiàn)表2。包括購(gòu)買零食的時(shí)間、種類、數(shù)量、單價(jià)、用戶投幣、消費(fèi)總額以及剩余余額。從用戶選擇零食種類來(lái)看，泡面是最優(yōu)選擇；從用戶選擇零食數(shù)量來(lái)看，好吃點(diǎn)是最優(yōu)選擇；因此，可在上貨時(shí)適當(dāng)增加泡面和好吃點(diǎn)的數(shù)量。同時(shí)可以看出鳳爪的銷量很低，因此，在上貨時(shí)適當(dāng)減少鳳爪的數(shù)量。

表2 零食的日銷售表

2）月銷售交易情況表

在2019 年5 月份抽取了11 天的時(shí)間，對(duì)所售賣商品進(jìn)行了銷售數(shù)據(jù)記錄分析。

①飲料銷售記錄表

11 天內(nèi)對(duì)飲料銷售量最高的記錄見(jiàn)表3。包括購(gòu)買飲料的時(shí)間、種類、數(shù)量、單價(jià)以及消費(fèi)總額?？煽闯觯涸?1 天內(nèi)，可樂(lè)在飲料中銷售量最高，脈動(dòng)在飲料中銷售量最低；因此，在下半月上貨時(shí)需適當(dāng)增加可樂(lè)數(shù)量和減少脈動(dòng)數(shù)量。

表3 飲料的月銷售表

②零食銷售記錄表

11 天內(nèi)對(duì)零食銷售量最高的記錄見(jiàn)表4，包括購(gòu)買零食的時(shí)間、種類、數(shù)量、單價(jià)以及消費(fèi)總額?？煽闯觯涸? 月份的上半月，泡面在零食中銷售量最高，鳳爪在零食中銷售量最低；因此，在下半月上貨時(shí)需適當(dāng)增加泡面數(shù)量和減少鳳爪數(shù)量。

表4 零食的月銷售表

3）系統(tǒng)測(cè)試小結(jié)

通過(guò)5 月10 日對(duì)零食和飲料進(jìn)行的日銷售量記錄，以及從5 月1 日到5 月11 日十一天里對(duì)零食和飲料進(jìn)行的月銷售量記錄，詳細(xì)展示了每類商品的銷售數(shù)量、消費(fèi)金額，并在飲料和零食的分別對(duì)比之后，得出銷量最高的零食和飲料分別是泡面和可樂(lè)，銷量最低的零食和飲料分別是鳳爪和脈動(dòng)。因此，可在之后上貨時(shí)參考該結(jié)論，適當(dāng)增加銷量較高的泡面和可樂(lè)的數(shù)量，適當(dāng)減少銷量較少的鳳爪和脈動(dòng)的數(shù)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)的基于LabVIEW 的虛擬自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)能夠完成自動(dòng)售貨機(jī)所擁有的基本功能，用戶在開(kāi)始操作售貨機(jī)的過(guò)程中，有錢幣的投入，商品種類及數(shù)量的選擇，購(gòu)買完成后剩余金額的計(jì)算，獲取商品和剩余錢幣4 個(gè)模塊，在商品選擇和錢幣投入模塊，還添加了語(yǔ)音播報(bào)，該功能可根據(jù)用戶的操作實(shí)時(shí)播報(bào)投入的錢幣名稱和所選擇的商品名稱。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)售貨機(jī)是否正常工作，貨存量是否充足，實(shí)現(xiàn)了高效便捷的自動(dòng)補(bǔ)貨存等關(guān)鍵功能，滿足了實(shí)際需要。