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        自動售貨機智能控制系統(tǒng)研究與設計

        2021-10-27 07:00:52
        中國新技術新產品 2021年15期
        關鍵詞:硬幣物品機器

        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、非現金支付方式、物聯(lián)網和云服務的需求。大多數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常基于一個低端微控制器,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和用于實現機器控制系統(tǒng)的基于處理器的控制器,都有了技術進步。控制系統(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??赏瑫r購買多種產品,使機器高效、快速、可靠地提供服務。控制系統(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據并將其發(fā)送到集中的數據庫以制定補充計劃。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、使用數據訪問和管理互聯(lián)網提供數據處理服務,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據。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??蛻艉陀脩舯硎?,他們希望控制系統(tǒng)能夠滿足他們的需求。然后將這些數據轉換為技術工程數據,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。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量??蛻暨x擇購買項目及其數量。系統(tǒng)計算并顯示總成本??蛻魪目捎玫母犊钸x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據,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??刂葡到y(tǒng)應確保系統(tǒng)可顯示多個支付選項。

        選擇貨物和數量后,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自動售貨過程。實現了系統(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致命錯誤。這有助于提高機器的安全性和可靠性。

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