智能泳裝售貨機(jī)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

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摘要：本文設(shè)計(jì)的智能泳衣售貨機(jī)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)與云端遠(yuǎn)程連接并保持在線，通過(guò)云端對(duì)銷(xiāo)售情況進(jìn)行管理及調(diào)度，電路設(shè)計(jì)包括貨物二維掃碼模塊、電源模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊，系統(tǒng)提出了螞蟻算法計(jì)算泳衣出貨的最優(yōu)路徑。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該電路運(yùn)行穩(wěn)定，解決泳衣產(chǎn)品在自動(dòng)售貨機(jī)上銷(xiāo)售時(shí)的智能識(shí)別、理貨出貨、人機(jī)交互以及銷(xiāo)售資金和信息管理等問(wèn)題，提高了用戶(hù)的購(gòu)買(mǎi)效率。

關(guān)鍵詞：整體結(jié)構(gòu)；電路系統(tǒng)；螞蟻算法；最優(yōu)路徑

引言

本泳衣售貨機(jī)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)與云端遠(yuǎn)程連接并保持在線，通過(guò)云端對(duì)銷(xiāo)售情況進(jìn)行管理及調(diào)度。售貨機(jī)內(nèi)部有140個(gè)倉(cāng)位，最多可容納140件商品，每件商品允許有各自的品類(lèi)、型號(hào)、價(jià)格及其他信息，每件商品通過(guò)獨(dú)立的二維碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)并由設(shè)備內(nèi)部和網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別。每次上貨后，設(shè)備對(duì)倉(cāng)位進(jìn)行建倉(cāng)掃描，掃描后的貨物類(lèi)型、數(shù)量等信息存儲(chǔ)在本地并上傳到云端。銷(xiāo)售產(chǎn)品單品價(jià)值較高，特別舍棄了傳統(tǒng)現(xiàn)金支付方式，僅保留在線支付方式，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，管理方便，提高了用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)效率，方便企業(yè)對(duì)銷(xiāo)售信息和資金的在線管理。每一臺(tái)泳衣售貨機(jī)都有全球唯一代碼，云端后臺(tái)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控每一臺(tái)設(shè)備的實(shí)時(shí)銷(xiāo)售情況，也可以統(tǒng)計(jì)已銷(xiāo)售的產(chǎn)品類(lèi)型和數(shù)量多少，并通知當(dāng)?shù)乩碡泦T及時(shí)維護(hù)和上貨。

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

如圖1所示，自動(dòng)售貨機(jī)由售貨機(jī)殼體，以及水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、掃碼推頂機(jī)構(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)構(gòu)和電氣控制模塊組成。如圖2所示，電氣系統(tǒng)由電源、計(jì)算機(jī)、控制器、二維碼掃描、伺服電機(jī)、觸摸屏等模塊組成[1]。泳衣商品由人工隨機(jī)上貨，掃碼推頂機(jī)構(gòu)掃碼槍對(duì)每個(gè)倉(cāng)位進(jìn)行掃碼，將二維碼信息通過(guò)串口通訊電路傳輸給PC機(jī)；客戶(hù)通過(guò)觸摸屏既可以看到模特的穿著效果，也可以按照提示選擇自己需要的商品，進(jìn)行在線支付?？蛻?hù)按下對(duì)應(yīng)的商品，系統(tǒng)把這個(gè)指令發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器。后臺(tái)服務(wù)器按照所選商品的定價(jià)生成收款二維碼并傳遞給售貨機(jī)，且在顯示屏上顯示出來(lái)，顧客掃碼付款，支付成功后，掃碼推頂機(jī)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的商品倉(cāng)位信息，運(yùn)動(dòng)到該倉(cāng)位將貨物推出。

2系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1電源電路

如圖3所示，售貨機(jī)輸入電源220V，經(jīng)過(guò)變壓器降到14V左右，整流電路把14V正弦交流電轉(zhuǎn)換為峰值為12V的電壓，經(jīng)過(guò)MC7812與MC7805輸出5V電壓，IC7805的1、2腳內(nèi)部電路可以等效為一個(gè)電阻，電容與IC內(nèi)部等效的反饋電路形成RC電路，使充放電時(shí)間常數(shù)變大，電壓波動(dòng)變小，又由于7805本身是穩(wěn)壓塊，對(duì)于波動(dòng)的電壓有穩(wěn)壓作用。系統(tǒng)3.3V電源，采用LM7805將12V轉(zhuǎn)為5V，然后再串聯(lián)LD1117轉(zhuǎn)為3.3V。輸入電壓和輸出電壓壓差越大，轉(zhuǎn)換效率越低，發(fā)熱越大。為了提高穩(wěn)壓芯片的工作效率，減少發(fā)熱量，在電路中需要多路電壓時(shí)經(jīng)常會(huì)使用這種方式，可以先用穩(wěn)壓芯片將12V穩(wěn)壓成5V，然后再將5V轉(zhuǎn)換成3.3V。

2.2單片機(jī)電路

系統(tǒng)采用以STM32為控制核心的最小系統(tǒng)，利用該芯片與上位PC機(jī)進(jìn)行串口通信、伺服電機(jī)控制、電磁閥的控制[2]。如圖4所示，通過(guò)MAX232轉(zhuǎn)換芯片與計(jì)算機(jī)通信。MAX232芯片不僅可以實(shí)現(xiàn)RS－232C的技術(shù)指標(biāo)，而且芯片的供電電源只需要＋5V，這樣不僅使串行通信的性能更加可靠，而且價(jià)格低廉，單片機(jī)的TD（發(fā)射）與MCU＿TXD1連接，單片機(jī)的RD（接收）與MCU＿TXD1連接；PC機(jī)的接收與T1OUT相連，發(fā)射與R1in相連，接口J1與芯片MAX232的連接。通信協(xié)議如下：1）串行通信的波特率設(shè)為15200B／S；2）幀格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，2位停止位；3）無(wú)奇偶校驗(yàn)位；4）PC機(jī)采用COM1口進(jìn)行通信。

2.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路

推頂機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由兩臺(tái)小功率伺服電機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ?，配?︰50的行星齒輪伺服電機(jī)專(zhuān)用減速器，驅(qū)動(dòng)輕便，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，節(jié)能環(huán)保，支持超低功耗待機(jī)和遠(yuǎn)程軟件管理，最低待機(jī)功耗僅60W，常規(guī)工作能耗小于120W。如圖5所示，AM26LS31四差動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)速率32MHz；輸出電流±30mA；具有輸出短路保護(hù)功能；斷電時(shí)輸出呈高阻狀態(tài)；兼容TTL電平，與單片機(jī)連接使用，后級(jí)連接控制伺服放大器，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成差動(dòng)輸出。機(jī)構(gòu)門(mén)鎖與推頂由電磁閥驅(qū)動(dòng)，通過(guò)ULN2002達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路，可用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、步進(jìn)電機(jī)等感性負(fù)載。

3系統(tǒng)算法

售貨機(jī)有140個(gè)倉(cāng)位，既有140地址目標(biāo)點(diǎn)，貨物推頂機(jī)構(gòu)通過(guò)兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)客戶(hù)選擇多個(gè)泳衣商品時(shí)，控制器要根據(jù)各個(gè)倉(cāng)位位置計(jì)算出最優(yōu)路徑。

3.1蟻群算法

蟻群可以在不同的環(huán)境下，尋找最短到達(dá)食物源的路徑。這是因?yàn)橄伻簝?nèi)的螞蟻可以通過(guò)某種信息機(jī)制實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。后又經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻會(huì)在其經(jīng)過(guò)的路徑上釋放一種可以稱(chēng)之為“信息素”的物質(zhì)，蟻群內(nèi)的螞蟻對(duì)“信息素”具有感知能力，它們會(huì)沿著“信息素”濃度較高路徑行走，而每只路過(guò)的螞蟻都會(huì)在路上留下“信息素”，這就形成一種類(lèi)似正反饋的機(jī)制，這樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，整個(gè)蟻群就會(huì)沿著最短路徑到達(dá)食物源了[3]。

3.2路徑計(jì)算

應(yīng)用蟻群算法求解路徑優(yōu)化問(wèn)題，每個(gè)倉(cāng)位坐標(biāo)輸入由0和1組成的矩陣表示貨物推頂機(jī)構(gòu)需要尋找最優(yōu)路徑的地圖，其中0表示此處可以通過(guò)，1表示此處為障礙物，應(yīng)無(wú)障礙，矩陣全為0，輸入初始的信息素矩陣，選擇初始點(diǎn)和終止點(diǎn)并且設(shè)置各種參數(shù)。選擇從初始點(diǎn)下一步可以到達(dá)的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息素求出前往每個(gè)節(jié)點(diǎn)的概率，并利用輪盤(pán)算法選取下一步的初始點(diǎn)。計(jì)算公式：

4結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能泳裝自動(dòng)售貨機(jī)電路，給出了以單片機(jī)為控制器的硬件電路設(shè)計(jì)，對(duì)售貨機(jī)的倉(cāng)位貨物的目標(biāo)尋址提出了螞蟻算法。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該電路運(yùn)行穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)泳衣自動(dòng)售貨機(jī)的售貨功能，又能實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售數(shù)據(jù)的監(jiān)控和管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖鵬飛，陳公興，岑智中，等.一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的新型自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技與創(chuàng)新，2019(23)：103+106.

[2]王永虹.STM32系列ARMCortex-M3微機(jī)控制器原理與實(shí)踐［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]肖艷秋，焦建強(qiáng)，喬?hào)|平，等.蟻群算法的基本原理及應(yīng)用綜述[J].輕工科技，2018，34（3）：69-72.

[4]李夢(mèng)丹.基于蟻群算法西安旅游路線的優(yōu)化研究[J].價(jià)值工程，2017(12)：136-137.

作者：戴亦宗 張友宏 單位：揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)