水果自动售货机的设计与实现

JOURNAL OF HUBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY Vol_34 No.2Apr. 2018

doi ： 10.3969/j. issn. 2095 - 4565.2018.02.001

水果自动售货机的设计与实现

杨秀芝\\俞敏\\李轩％华文林\\杨春杰\\董春法1

彳湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石435003;2武汉纺织大学机械工程与自动化学院，湖北武汉430200)

摘要:为满足人流量大地区自动售卖水果的市场需求，设计了一款基于PLC控制的水果自动售货 机。该设计包括电气控制系统设计和机械本体设计，实现了对售货机的智能化、自动化控制,可售卖

不同品种的水果和找零，具有一定的先进性和实用性。关键词:售货机;结构设计;程序设计中图分类号:TP202 文献标识码:A 文章编号:2095 - 4565(2018)02 - 0001 -03

Realization and Design of Fruit Vending Machine

Yang Xiuzhi1, Yu Min1, Li Xuan2 ,Hua Wenlin1, Yang Chunjie1, Dong Chunfa1

(1 School of Mechanical and Electronic Engineering, Hubei Polytechnic University, Huangshi Hubei 435003 ; 2School of Mechanical Engineering and Automation,Wuhan Textile University,Wuhan Hubei 430200)

Abstract ： In order to satisfy the market demand of the fruit in the area with large human flow, a fruit vending machine based on PLC control is designed. This vending design includes the design of electrical control sys­tem find mechanicfd design,which resizes the intellectualization and automatization of the vending machine. The vending machine can sell different types of fruit and deal with the different currency input and it is of some advancement and practicability.

Key words：vending machine;architecture design；programming

随着自动售货机所售卖商品的种类越来 越多，有更多的人开始投身于自动售货机的设 计开发工作中。目前，我国虽然在自动售货机 的生产技术上取得了很多突破，但是在研发自 动售货机的内部结构和核心技术上，以及自动 售货机的使用范围、使用数量等方面和国外的 水平相比仍有着很大差距[1]。因此，开展自动 售货机的设计与研究具有广阔的市场前景。 本文详细介绍了一种水果自动售货机的设计 与实现。

1 设计思路

水果自动售货机是一种将机械与电子相 结合的典型的机电一体化产品。其中，可编程

控制器（PLC)是核心部件，通过PLC可实现对 水果自动售货机的智能化、自动化控制。

水果自动售货机所售卖的每种商品下面 都对应有一个按钮，顾客可通过按下相应按钮 选择需要的商品。当顾客付款完成并按下按

收稿日期:2017 - 07 - 09基金项目：湖北理工学院校级教学研究项目（项目编号:2017C02)。作者简介:杨秀芝，副教授，博士，研究方向:焊接新材料新工艺、金属丝材3D

打印新材料和新工艺。

2

湖北理工学院学报2018 年

钮后，信号就会送达PLC，通过PLC的控制，X# 应的商品就会被送出，这样顾客就得到了想要 的商品。

1.1 基本组成

水果自动售货机的系统组成主要分为硬 件和软件两大块。系统硬件包括PLC、出货系

统、退币系统、找零系统、货币识别系统以及外 部结构，其中出货系统主要是由电机和传送带 组成。软件部分主要包括自动售货系统的运 行自动控制程序、货币的计数程序以及货币的 计算找零程序。

1.2状态程序流程

水果自动售货机可直接采用普通市电供 电。鉴于现在生产的PLC自身不带电源，本控 制系统PLC采用开关电源提供的24 V直流电 源供电。低电压供电的优点在于技术人员对 PLC进行接线、调试或维护等操作时安全可 靠[2_5]。本自动售货机主要有4种控制状态: 初始状态、投币状态、购买状态以及退币找零状 态。水果自动售货机控制状态图如图1所示。

初始状态

投

入硬帀

投帀状态

购买状态

是有否余

剩Y

-簡

— 退币状态

图1水果自动售货机控制状态图

2主要硬件选择

2.1 PLC的选择

PLC是整个自动售货机的控制中枢。考

虑到对输人输出端口的要求，本设计选用三菱 FS-3U系列中具有3路脉冲输出的PLC。此 种PLC带16点输人/16点继电器输出，满足 自动售货机对输人输出端口的需求[5_8]。输

人/输出接口也就是通常所说的I/O单元或者 I/O模块，是PLC与各个机械部件连接的纽

带。PLC的I/O分配见表1。本设计中输人 信号口总共有9个，其中有1元、5元和10元 货币的投人口，每当有货币投人就会将投币信 号传递给PLC，并通过内部程序完成对货币的 计数。只有当货币达到规定数值，再按下选择 水果类型的按钮，输出电机才会启动，同时打 开相应的指示灯。本水果自动售货机不设自 动找零，只有当顾客按下找零按钮后，自动售 货机才会启动找零程序，经过内部计算，启动 找零电机进行找零。

表1 PLC的I/O分配

输人端口功能分配输出端口功能分配X0011元硬币Y001苹果电机脉冲输出X0021元纸币Y002梨电机脉冲输出X0035元纸币Y003苹果电机方向输出X00410元纸币Y004苹果显示灯X005苹果按钮Y005梨电机方向输出X006梨按钮Y006梨显示灯X007找棚Y007退币电机X010苹果感应器Y010退币显示灯Ml

梨感应器

YOU找零电机脉冲输出Y012

找零电机方向输出

2.2 电机的选择

在自动售货机系统中，电机是最主要的执 行元件。本自动售货机只售卖苹果和梨2种

水果，共装有4个电动机，其中水果的输送主 要靠2个电机控制，即苹果和梨各1个（如果 扩展到售卖更多种水果则需要选择更多电 机）。水果自动售货机通过PLC控制电动机 转动一定角度送出水果。输送水果所需要的 电机功率不用太大。为得到适合运送水果的 扭矩，以保证水果的正常送出，可以选择额定 功率为3W、额定电压为12 ~24 V的步进电机 作为自动售货机的执行单元。2.3货币识别器的选型

货币识别系统是整个自动售货机信息来 源的初始单元，是设备开始运转的前提。货币 识别器识别顾客投人的货币，并将信号送人 PLC以对货币进行计数处理和完成交易。货 币识别通常是对硬币和纸币各个特征进行藤: 别比较，从而分辨出真假货币。

第2期

杨秀芝，俞敏，李轩，等:水果自动售货机的设计与实现

3

3电气控制系统设计

本自动售货机的硬件设计主要包括对自动

售货机的机械本体和电路进行设计。其中电路

设计主要是针对PLC输人和输出端口的功能分 配设计出本售货机控制系统的接线方式。

由于本自动售货机只出售苹果和梨2种水 果，同时币种也只识别3种类型，所以用到的 PLC端口并不多，电路设计并不复杂。水果自 动售货机电气控制原理图如图2所示。

辛I丽

电机I

1元硬币 y

pw

^1元纸币 X

o o 1 X2yoo25元纸币 Xo o yoo310元纸币 X3o o 4

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苹果显示灯

yoo4

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丨电机

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机

1L

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找琴按钮 Cr,ND AABiRI

oo苹果感应器

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|=u--=u-_〇ii-〇y梨感应器

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图2水果自动售货机电气控制原理图

4机械本体设计

本自动售货机的机械本体设计包括内部

出货机构设计、电气元件整体布局以及外观构

造。

4.1内部结构设计

内部结构设计的重点包括补货方式设计、 电气元件布置以及传送方式设计。自动售货 机内部结构的主视图和左视图分别如图3和 图4所示。

本自动售货机卖苹果和梨2种水果，因此 在其内部结构中设定有2条货道，苹果和梨各 占用1条货道，这样能使控制更准确和更方 便。如需加售其他水果，可以直接增加货道。 水果放在传送带上，各水果之间用隔板隔开， 以保证2个隔板之间只有1个水果。这样能

使水果按顺序摆放，也能防止水果相互碰撞。 电机每转动90°，就能将1个水果送出售货 机。此种货物送出方式虽然简单稳定，但为了 防止水果的碰撞，同时由于售货机货道很少， 所存货量有限，因此需要及时补货。

传送带

图3

自动售货机内部结构的主视图

传送带

图4自动售货机内部结构的左视图

补货方式：从图3和图4中可以看出，需 要补货时可以从两侧打开自动售货机，直接把

水果放在传送带上即可。

电机安装:在出货机构中，可以直接在自动 售货机的底部安装电机支座，将电机放在支座上 即可。电机的位置和高度可以直接通过支座调 节。直接在自动售货机上部左右两侧打孔以确 定传送带上部随动轴的位置，固定传动轴。传送带设计：出货机构中所需的带隔板的 传送带，也称挡板输送带，可直接在市场上购 买。传送带的挡板大小和挡板距离都可以根 据自身需求设置。在本设计中，选择传送带的 类型时要考虑2点，即保证水果输送时安全环 保和根据水果类型设定距离。

4.2外部结构设计

本自动售货机的外部结构和大多数市场

上的自动售货机类似。自动售货机外观示意 图如图5所示。其整体为长方体，上层为商品 展示区，下层为按钮控制区和出货区。外观整 体简洁明了，操作方便。为了保证水果出货完 整无损，在出货区和商品储存区的这段距离 中，应采用软管将水果送出。（下转第37页）

第2期潘世斌，周宝玉，王芸芸，等:夏热冬冷地区图书馆建筑外围护结构改造策略分析

37

进行改造时，也无需过分追求低传热系数，由

此可知，屋面对建筑能耗的影响最小，几乎可 以忽略不计。3 结论与展望

通过建立图书馆基准模型，利用eQUEST

建筑能耗模拟软件分析对比了不同外围护结 构改造方案对其建筑能耗的影响。外窗、外墙 相较于屋面的节能改造潜力巨大，屋面对建筑 总能耗和空调制冷制热消耗几乎没有影响。 对于夏热冬暖地区而言，应以满足《夏热冬冷 地区公共建筑节能设计标准》最低要求为宜。 窗体应在选择低传热系数的同时追求低遮阳 系数，当采用遮阳型Low -E双层中空玻璃时 建筑总能耗和空调制冷制热能耗节能率分别 可达7.64%和14. 77%。虽然制热负荷会随 外墙的保温性能的提高而降低，但较好的保温 性能也可能阻碍热量从室内扩散至室外，增加 制冷负荷。外墙宜采用在现有多孔烧结砖的 基础上添加20 mm厚膨胀聚苯乙烯外保温层 的改造方案。此时，建筑总能耗和空调制冷制 热能耗节能率分别可达9. 09%和20. 34%。

本文仅从外围护结构改造上对图书馆能

(上接第3页)

5结论

本售货机具有操作方便、控制程序简洁、 外形美观等特点。所售卖的商品虽只有2种， 但可以根据需求适当对设备进行改进，以满足 多种产品的销售需求。另外，由于系统采用电 机旋转带动传送带上的商品，占用了售货机的 内部空间，对精准控制会有影响。

耗进行了理论分析，接下来还可以继续优化照明、空调系统等，以期为该地区图书馆类建筑 节能改造方案提供更详细的数据支持。

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(责任编辑张银凤）

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(责任编辑吴鸿霞）