智能泳裝售貨機電路系統設計研究范文

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摘要：本文設計的智能泳衣售貨機通過有線網絡與云端遠程連接并保持在線，通過云端對銷售情況進行管理及調度，電路設計包括貨物二維掃碼模塊、電源模塊、伺服驅動模塊、通信模塊，系統提出了螞蟻算法計算泳衣出貨的最優路徑。經過測試，該電路運行穩定，解決泳衣產品在自動售貨機上銷售時的智能識別、理貨出貨、人機交互以及銷售資金和信息管理等問題，提高了用戶的購買效率。

關鍵詞：整體結構；電路系統；螞蟻算法；最優路徑

本泳衣售貨機通過有線網絡與云端遠程連接并保持在線，通過云端對銷售情況進行管理及調度。售貨機內部有140個倉位，最多可容納140件商品，每件商品允許有各自的品類、型號、價格及其他信息，每件商品通過獨立的二維碼進行標識并由設備內部和網絡后臺通信，實現自動識別。每次上貨后，設備對倉位進行建倉掃描，掃描后的貨物類型、數量等信息存儲在本地并上傳到云端。銷售產品單品價值較高，特別舍棄了傳統現金支付方式，僅保留在線支付方式，系統維護簡單，管理方便，提高了用戶購買效率，方便企業對銷售信息和資金的在線管理。每一臺泳衣售貨機都有全球唯一代碼，云端后臺可以通過網絡監控每一臺設備的實時銷售情況，也可以統計已銷售的產品類型和數量多少，并通知當地理貨員及時維護和上貨。

1系統整體設計

如圖1所示，自動售貨機由售貨機殼體，以及水平運動機構、垂直運動機構、掃碼推頂機構、倉儲機構和電氣控制模塊組成。如圖2所示，電氣系統由電源、計算機、控制器、二維碼掃描、伺服電機、觸摸屏等模塊組成[1]。泳衣商品由人工隨機上貨，掃碼推頂機構掃碼槍對每個倉位進行掃碼，將二維碼信息通過串口通訊電路傳輸給PC機；客戶通過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，進行在線支付。客戶按下對應的商品，系統把這個指令發送到后臺服務器。后臺服務器按照所選商品的定價生成收款二維碼并傳遞給售貨機，且在顯示屏上顯示出來，顧客掃碼付款，支付成功后，掃碼推頂機構根據系統數據庫中的商品倉位信息，運動到該倉位將貨物推出。

2系統電路設計

2.1電源電路

如圖3所示，售貨機輸入電源220V，經過變壓器降到14V左右，整流電路把14V正弦交流電轉換為峰值為12V的電壓，經過MC7812與MC7805輸出5V電壓，IC7805的1、2腳內部電路可以等效為一個電阻，電容與IC內部等效的反饋電路形成RC電路，使充放電時間常數變大，電壓波動變小，又由于7805本身是穩壓塊，對于波動的電壓有穩壓作用。系統3.3V電源，采用LM7805將12V轉為5V，然后再串聯LD1117轉為3.3V。輸入電壓和輸出電壓壓差越大，轉換效率越低，發熱越大。為了提高穩壓芯片的工作效率，減少發熱量，在電路中需要多路電壓時經常會使用這種方式，可以先用穩壓芯片將12V穩壓成5V，然后再將5V轉換成3.3V。

2.2單片機電路

系統采用以STM32為控制核心的最小系統，利用該芯片與上位PC機進行串口通信、伺服電機控制、電磁閥的控制[2]。如圖4所示，通過MAX232轉換芯片與計算機通信。MAX232芯片不僅可以實現RS－232C的技術指標，而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，而且價格低廉，單片機的TD（發射）與MCU＿TXD1連接，單片機的RD（接收）與MCU＿TXD1連接；PC機的接收與T1OUT相連，發射與R1in相連，接口J1與芯片MAX232的連接。通信協議如下：1）串行通信的波特率設為15200B／S；2）幀格式為1位起始位，8位數據位，2位停止位；3）無奇偶校驗位；4）PC機采用COM1口進行通信。

2.3執行機構電路

推頂機構的運動由兩臺小功率伺服電機作為主要動力源，配有1︰50的行星齒輪伺服電機專用減速器，驅動輕便，運動平穩，節能環保，支持超低功耗待機和遠程軟件管理，最低待機功耗僅60W，常規工作能耗小于120W。如圖5所示，AM26LS31四差動線路驅動器開關速率32MHz；輸出電流±30mA；具有輸出短路保護功能；斷電時輸出呈高阻狀態；兼容TTL電平，與單片機連接使用，后級連接控制伺服放大器，將脈沖信號轉換成差動輸出。機構門鎖與推頂由電磁閥驅動，通過ULN2002達林頓驅動電路，可用于驅動電磁閥、步進電機等感性負載。

3系統算法

售貨機有140個倉位，既有140地址目標點，貨物推頂機構通過兩臺伺服電機驅動運行，當客戶選擇多個泳衣商品時，控制器要根據各個倉位位置計算出最優路徑。

3.1蟻群算法

蟻群可以在不同的環境下，尋找最短到達食物源的路徑。這是因為蟻群內的螞蟻可以通過某種信息機制實現信息的傳遞。后又經進一步研究發現，螞蟻會在其經過的路徑上釋放一種可以稱之為“信息素”的物質，蟻群內的螞蟻對“信息素”具有感知能力，它們會沿著“信息素”濃度較高路徑行走，而每只路過的螞蟻都會在路上留下“信息素”，這就形成一種類似正反饋的機制，這樣經過一段時間后，整個蟻群就會沿著最短路徑到達食物源了[3]。

3.2路徑計算

應用蟻群算法求解路徑優化問題，每個倉位坐標輸入由0和1組成的矩陣表示貨物推頂機構需要尋找最優路徑的地圖，其中0表示此處可以通過，1表示此處為障礙物，應無障礙，矩陣全為0，輸入初始的信息素矩陣，選擇初始點和終止點并且設置各種參數。選擇從初始點下一步可以到達的節點，根據每個節點的信息素求出前往每個節點的概率，并利用輪盤算法選取下一步的初始點。4結語本文設計的智能泳裝自動售貨機電路，給出了以單片機為控制器的硬件電路設計，對售貨機的倉位貨物的目標尋址提出了螞蟻算法。經過測試，該電路運行穩定，能夠實現泳衣自動售貨機的售貨功能，又能實現銷售數據的監控和管理。

參考文獻：

[1]肖鵬飛，陳公興，岑智中，等.一種基于互聯網+的新型自動售貨機的設計與實現[J].科技與創新，2019(23)：103+106.

[2]王永虹.STM32系列ARMCortex-M3微機控制器原理與實踐［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[3]肖艷秋，焦建強，喬東平，等.蟻群算法的基本原理及應用綜述[J].輕工科技，2018，34（3）：69-72.

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

作者：戴亦宗 張友宏 單位：揚州市職業大學