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石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 題的研究目的和意義 自動(dòng)售貨機(jī)（ 源于公元前 215 年的古埃及，當(dāng)時(shí)用于人們在神廟里用金幣購買圣水。 19 世紀(jì) 70 年代，自動(dòng)售貨機(jī)在美國、日本迅猛發(fā)展，如今已成為世界上最大的現(xiàn)金交易市場。作為一種前衛(wèi)的零售方式，自動(dòng)售貨機(jī)已在45 個(gè)國家廣泛普及。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本平均每 23 人就擁有一臺自動(dòng)售貨機(jī)，美國平均每40 人擁有一臺自動(dòng)售貨機(jī)，美國自動(dòng)售貨機(jī)的零售營業(yè)額高達(dá) 293 億美元，日本每個(gè)消費(fèi)者每年在自動(dòng)售貨機(jī)上的消費(fèi)金額達(dá) 日元。全世界每年通過自動(dòng)售貨機(jī)銷售商品的總額已達(dá) 2000 億美元。 在中國，自動(dòng)售貨機(jī)具有廣泛的發(fā)展前途。由于我國目前的經(jīng)濟(jì)與美國、日本和歐洲發(fā)達(dá)國家相比還有很大距離，我國現(xiàn)有城市人口約 4 億多人，如果按平均 500人擁有一臺自動(dòng)售貨機(jī)的話，那么，中國的自動(dòng)售貨機(jī)潛在市場需要量就要 80 萬臺。據(jù)有關(guān)資料介紹，在天津，一臺自動(dòng)售貨機(jī)每天銷售額平均為 200 元，在大連平均為280 元。如以每臺自動(dòng)售貨機(jī)每天銷售額為 200 元計(jì)，全年通過自動(dòng)售貨機(jī)的銷售額就可達(dá)到 600 億元。自動(dòng)售貨機(jī)的高（高技術(shù)）、新（新銷售方式）、大（市場潛力巨大）、真（商品貨 真價(jià)實(shí)）等優(yōu)點(diǎn)，決定了其具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)有關(guān)專家測算，在中國，自動(dòng)售貨機(jī)的市場容量最保守的估計(jì)也可達(dá) 47 萬臺之巨。 自動(dòng)售貨機(jī)適宜經(jīng)營的場所比較廣泛，機(jī)場、車站、碼頭、地鐵口、商業(yè)街、校園、辦公寫字樓、居民生活小區(qū)、游樂場所等都是安裝自動(dòng)售貨機(jī)的好地方，而適銷的商品更是五花八門、種類繁多，只要是各種標(biāo)準(zhǔn)化的商品，都可通過自動(dòng)售貨機(jī)予以銷售。我們相信，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民消費(fèi)水平的不斷提高，對自動(dòng)售貨機(jī)的需求必將越來越多、越來越廣泛。 近幾年，隨著我國商品市場的不斷繁榮和城市現(xiàn)代化程度的不斷提 高，自動(dòng)售貨機(jī)也已悄然步入了我國的大中城市。在國家相關(guān)政府部門的大力支持下，中國的自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)以超常規(guī)的速度迅猛發(fā)展，并帶動(dòng)了一批新的服務(wù)業(yè)、物流運(yùn)輸配送業(yè)的快速發(fā)展，豐富了中國的商業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了一個(gè)全新的自動(dòng)銷售和自助服務(wù)時(shí)代。與此同時(shí)，隨著自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也誕生了一種新的廣告媒體渠道 —— 自動(dòng)售貨機(jī)機(jī)身廣告。自動(dòng)售貨機(jī)機(jī)身和附置燈箱為商家宣傳產(chǎn)品和品牌開辟了一個(gè)更廣闊的全新天地，是一種更具活力的戶外廣告媒體資源。它的投入成本小，廣告力度強(qiáng)，石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 深入場所范圍廣，具有深度傳播效應(yīng)。 為適應(yīng)當(dāng)前形勢，我 們選擇了自動(dòng)售貨機(jī)控制這個(gè)課題，按要求用 計(jì)出自動(dòng)售貨機(jī)控制電路，選擇 型，列出 I/O 地址分配表，繪制售貨機(jī)梯形圖。 他器件的研究現(xiàn)狀及附加電路 能傳感器 傳感器通常是指能感受并能按一定規(guī)律將感受的被測非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）轉(zhuǎn)換成便于處理與傳輸?shù)碾娏浚ㄒ话銥殡娏浚灿猩贁?shù)為其他物理量，如光電信號）的器件或裝置。不難理解，在傳感器中包含著兩個(gè)必不可少的內(nèi)容。即：一是拾取信息、二是將拾取的信息進(jìn)行變換，使之變成一種與被測有確定函數(shù)關(guān)系且便于處理與傳輸?shù)奈锢砹浚?多數(shù)為電量。 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成。由于集成技術(shù)的發(fā)展，近代傳感器往往除敏感元件、轉(zhuǎn)換元件外，還包括有測量電路及輔助電源，用方框圖表示，大致入圖所示 非電量 電量 圖 1框圖 敏感元件是指傳感器中能直接感受或感應(yīng)被測電量，并將其送到“轉(zhuǎn)換元件”轉(zhuǎn)換成電量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。測量電路是指將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號的電路。有的傳感器不僅具有測量功能，還具有根 據(jù)輸入的多種信息加以選擇和判斷的功能。這種發(fā)展趨勢的特點(diǎn)表現(xiàn)在以傳感器為核心，同時(shí)結(jié)合了各種先進(jìn)技術(shù)和方法，從而形成了一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，這就是“傳感技術(shù)”或“傳感器”技術(shù)。 傳感器技術(shù)按工作原理、輸入信息和應(yīng)用范圍來分類。 A 按工作原理分類 傳感起按其傳感的工作原理之不同，大體可分為物理型、化學(xué)型及生物型三大類。 物理型傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的的特殊物理敏感電源 轉(zhuǎn)換元件 測量元件 輔助電源 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 性能制成的傳感器。如利用金屬、半導(dǎo)體材料在被測物理量作用下引起的電阻值變化的電阻式傳感器；利用磁阻隨被測物理量變化的電感、差動(dòng)變 壓器式傳感器；利用壓電晶體在被測力作用下產(chǎn)生的壓電效應(yīng)而制成的電壓式傳感器等。近年來利用半導(dǎo)體材料的某些特殊性質(zhì)而制成的多種傳感器，如利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)、光電效應(yīng)和霍爾效應(yīng)制成的壓敏、光敏和磁敏傳感器等。 在物理傳感器中又可分為物理型傳感器和結(jié)構(gòu)傳感器。所謂物理型傳感器是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應(yīng)把被測物理量直接轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。結(jié)構(gòu)型傳感器是以結(jié)構(gòu)（如形狀、尺寸等）為基礎(chǔ)，利用某些物理量規(guī)律實(shí)現(xiàn)把被測信息轉(zhuǎn)換為電量。此外，還有利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn) 換為電信號的化學(xué)傳感器和利用生物活性物質(zhì)選擇性的識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)判定某種物質(zhì)是否存在，其濃度是多少，進(jìn)而利用電化學(xué)的方法進(jìn)行電信號轉(zhuǎn)換的生物傳感器。 B 按傳感器的輸入信息分類 按輸入信息（或被測參數(shù)）分類，傳感器可分為位移、速度、加速度、力、壓力、流速、溫度、光強(qiáng)、濕度等傳感器。如溫度傳感器中就包含有用不同材料和方法制成的各種溫度傳感器，如熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器、 二極管溫度傳感器、熱釋電溫度傳感器等。 除以上兩種分類方法外，還有按應(yīng)用范圍和應(yīng)用對象來加以分類的。如振動(dòng)測量傳感器、光 學(xué)傳感器、液位傳感器。特別在醫(yī)學(xué)測量中往往習(xí)慣于按被測器官來對傳感器加以分類，如心音傳感器、心電傳感器、脈搏傳感器。 近年來，信息技術(shù)、檢測技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，對傳感器提出了更高的要求，促使傳感器產(chǎn)生了一個(gè)飛躍，這就是智能傳感器的產(chǎn)生。 全球性電氣電子工程學(xué)會在 1998 年通過了智能傳感器的定義，即除產(chǎn)生一個(gè)被測量或被控量的正確表示之外，還同時(shí)具有簡化換能器的綜合信息以用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的功能的傳感器。但不少專家認(rèn)為，未來智能傳感器所包含的內(nèi)容要豐富得多。 智能傳感器的實(shí)現(xiàn)： 實(shí)現(xiàn)傳感器智能化，需要讓傳感器具 備理想智能傳感器的層次結(jié)構(gòu)，讓傳感器具備記憶、分析和思考能力。就目前發(fā)展?fàn)顩r看，有三條不同的途徑可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)要求。 利用計(jì)算機(jī)合成（智能合成） 利用計(jì)算機(jī)合成的途徑即只能合成是最常見的，其結(jié)構(gòu)形式通常表現(xiàn)為傳感器與微處理的結(jié)合，利用模擬電路、數(shù)字電路和傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)并行操作，采用優(yōu)化、簡化的特征提取方法進(jìn)行信息處理，即使在設(shè)計(jì)完成后，還可以通過重新編制程序改變算法，來改變其性能和使用，使起具有多功能適應(yīng)性。這種智能傳感器稱為計(jì)算型石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 智能傳感器。 利用特殊功能的材料（智能材料） 利用特殊功能的材料的途徑，其 結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)為傳感器與特殊功能的材料的結(jié)合，以增強(qiáng)檢測輸出信號的選擇性。其工作原理是用具有特殊功能的材料來對傳感器檢測輸出的模擬信號進(jìn)行辨別，僅僅選擇出有用的信號輸出，對噪聲或非期望效應(yīng)則通過特殊功能進(jìn)行抑制。 實(shí)際采用的結(jié)構(gòu)是把傳感器材料和特殊功能的材料組合在一起，做成一個(gè)智能傳感器功能部件。特殊功能的材料與傳感器材料的合成可以實(shí)現(xiàn)幾乎是理想的信號選擇性。比如固定在生物傳感器頂端的酶就是特殊功能材料的一個(gè)典型例子。 利用功能化幾何結(jié)構(gòu)（智能結(jié)構(gòu)） 功能化幾何結(jié)構(gòu)的途徑是將傳感器做成某種特殊的幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械 結(jié)構(gòu)，對傳感器檢測的信號的處理通過傳感器的幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。信號處理通常為信號辨別，即僅僅選擇有用的信號，對噪音或非期望效應(yīng)則通過特殊幾何、機(jī)械結(jié)構(gòu)抑制。這樣增強(qiáng)了傳感器檢測輸出信號的選擇性。 由于這些信號處理的特殊的幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)是相對簡單、可靠的，而且進(jìn)行信號處理是與傳感器檢測信號完全并行的，使得處理時(shí)間非常短。但信號處理的算法通常不可編制程序，一旦幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配完成，很難再修改，功能單一。 通過查閱圖書，并在網(wǎng)上進(jìn)行了比較和查找，我們最終選定了 幣識別器，下面將對它 的一些主要功能進(jìn)行說明，它的主要性能指標(biāo)自動(dòng)識別 5 角、 1元硬幣、自動(dòng)識別硬幣的真?zhèn)闻c殘缺，并拒絕假幣與殘缺幣的使用，與退幣器連接可通 電腦接駁技術(shù)參數(shù)電壓。它很好的實(shí)現(xiàn)硬幣的識別，并能自動(dòng)分辨真?zhèn)巍? 20V 交流電供電電源 這是一個(gè)典型的 220V 的交流電變換成直流電的供電電路，為了提高電源的可靠性，要求在一次側(cè)和二次側(cè)之間加一個(gè)屏蔽層， 橋式整流二極管。 9 為電解電容做為濾波用， 抗干擾的電容。電路中采用了 7805 和 7812 作為穩(wěn)壓模塊，其最大輸出電流為 足系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的要求，以提高應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和精確度。 電路圖如下： 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 1流變直流電源 動(dòng)售貨機(jī)的飲料供應(yīng)系統(tǒng)的電路圖 汽水電動(dòng)機(jī) 果汁電動(dòng)機(jī) 咖啡電動(dòng)機(jī) 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 1動(dòng)售貨機(jī)的飲料供應(yīng)系統(tǒng)的電路圖 飲料供應(yīng)系統(tǒng)我們選擇了最簡單的直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來供應(yīng)飲料，圖中當(dāng)線圈閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使飲料沿著通道出來。 計(jì)內(nèi)容及要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 該售貨機(jī)可以投入 5 角、 1 元、 5 元硬幣。自動(dòng)售貨機(jī) 出汽水、果汁和咖啡。 當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過 ，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)硬幣總值等于或超過 3 元時(shí)，汽水和果汁按鈕同時(shí)亮；當(dāng)投入硬幣等于或超過 5 元時(shí)，汽水、果汁和咖啡三個(gè)按鈕同時(shí)亮。 當(dāng)汽水按鈕燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出， 10S 后自動(dòng)停止，同時(shí)指示燈滅。 當(dāng)果汁按鈕燈亮?xí)r，按果汁按鈕，則果汁排出， 10S 后自動(dòng)停止，同時(shí)指示燈滅。 當(dāng)咖啡按鈕燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則咖啡排出， 10S 后自動(dòng)停止，同時(shí)指示燈滅。 若投入的硬幣總值超過所購商品的價(jià)格（汽水 ，果汁 3 元，咖啡 5 元），則找錢指示燈亮，同時(shí)進(jìn)行 找錢動(dòng)作。 設(shè)計(jì)要求：按上述內(nèi)容用 計(jì)出自動(dòng)售貨機(jī)控制電路，選擇 型，列出I/O 地址分配表，繪制售貨機(jī)梯形圖，并加以解釋。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 設(shè)計(jì)原理及創(chuàng)新點(diǎn) 體思路 根據(jù)售貨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動(dòng)售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)。 (1)計(jì)幣系統(tǒng)： 當(dāng)有顧客買飲料時(shí)，投入的錢幣經(jīng)過感應(yīng)器，感應(yīng)器記憶投幣的個(gè)數(shù)關(guān)且傳送到檢測系統(tǒng)（即電子天平）和計(jì)幣系統(tǒng)。只有當(dāng)電子天平測量的重量少于誤差值時(shí)，允許計(jì)幣系統(tǒng)進(jìn)行疊加錢幣，疊加的錢幣數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)寄 存器中。如果不正確時(shí)，認(rèn)為幣值不足。自動(dòng)退幣，等待新顧客。 (2)比較系統(tǒng)： 當(dāng) 10 秒內(nèi)沒有錢幣投入，認(rèn)為錢幣投入完畢，系統(tǒng)通過軟件控制會把數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較，當(dāng)投入的錢幣小于 時(shí)，指示燈 ，顯示投入的錢幣不足。此時(shí)可以再投幣或選擇退幣。3 元之間時(shí)，汽水選擇指示燈常亮。當(dāng)大于 3 元時(shí)，汽水和果汁的指示燈同時(shí)常亮。當(dāng)大于 5 元時(shí)，汽水，果汁，咖啡燈均亮，此時(shí)可以選擇飲料或選擇退幣。 (3)選擇系統(tǒng)： 比較電路完成后選擇電路指示燈是常亮的，此時(shí)可按下 汽水或果汁或咖啡按鈕，當(dāng)飲料供應(yīng)完畢時(shí)，指示燈同時(shí)熄滅。 (4)飲料供應(yīng)系統(tǒng)： 當(dāng)按下選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，飲料隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著通道出來，接著電機(jī)到達(dá)一個(gè)限位開關(guān)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，等待下一次動(dòng)作。 (5)退幣系統(tǒng)： 當(dāng)顧客購?fù)觑嬃虾?，多余的錢幣會自動(dòng)從退幣口退出去。通過軟件編程計(jì)算出剩余的錢幣數(shù)，以 5 角為單位輸出。當(dāng)感應(yīng)器記錄的個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時(shí)，退幣電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 計(jì)流程圖 圖 2計(jì)流程圖 比較幣價(jià) 選擇飲料 汽水選擇 減去汽水用幣 果汁選擇 減去果汁用幣 咖啡選擇 減去咖 啡用幣 是否退幣 退幣計(jì)算 結(jié)束 錢不足 開始 投幣計(jì)數(shù) 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 新點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)基于大量的市場調(diào)查和理論研究。首先，我們 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。調(diào)查了多個(gè)品牌的自動(dòng)售貨控制系統(tǒng)，研究了他們優(yōu)缺點(diǎn)，吸收了一些比較好的設(shè)計(jì)思想。其后，我們又查閱了大量的資料文獻(xiàn)，其中最多的是國內(nèi)外最新發(fā)表的論文，豐富了我們的理論依據(jù)。然后，根據(jù)我們擁有的材料用 現(xiàn)自動(dòng)售貨控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，最后在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了其軟件設(shè)計(jì)。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 編程控制器選擇 在使用可編程控制器時(shí)，如何正確選擇合適的機(jī)型是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)可編程控制器的廠家很多，而同一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品又有不同的系統(tǒng)，同一系統(tǒng)中又有不 同的型號，這使當(dāng)前市場上的可編程控制器型號眾多，從而給帶來了一定的困難。 可編程控制器的選型可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮： 功能和結(jié)構(gòu)?？删幊炭刂破鞯墓δ苋找嬖龆?，不同型號的產(chǎn)品在功能上有較大的差異。當(dāng)控制對象只要求開關(guān)控制時(shí)，從功能角度說，幾乎所有型號的可編程控制器都可勝任。而當(dāng)控制對象有模擬量的輸入 /輸出控制要求或其他特殊功能要求時(shí)，就應(yīng)仔細(xì)了解不同系統(tǒng)、不同型號的可編程控制器的功能特點(diǎn)。合理選用各種功能模塊會使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既滿足控制要求，又能最大限度的利用可編程控制器的軟件和硬件資源。 輸入、輸出模塊的 選擇。大多數(shù)可編程控制器輸入、輸出模塊都可有多種選擇。輸入模塊完成控制命令、故障及狀態(tài)檢測等輸入信號的轉(zhuǎn)換。一般來說，這些信號的種類可能不同，經(jīng)輸入模塊的變換后就可將這些不同電平的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭删幊炭刂破鲀?nèi)部的統(tǒng)一電平信號。此外，輸入模塊還兼有外部電路與可編程控制器內(nèi)部電路的隔離作用和防止干擾的作用。輸入模塊的類型一般分為直流、交流兩種。輸出模塊用來將可編程控制器內(nèi)部的電平信號轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號。開關(guān)頻率不高的交直流負(fù)載一般選繼電器輸出型模塊；開關(guān)頻率高、電感強(qiáng)、低功率因數(shù)的負(fù)載可考慮選用晶閘管輸出模塊 ；開關(guān)頻率較高的直流負(fù)載則應(yīng)選用晶體管輸出模塊。 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算。 I/O 點(diǎn)數(shù)是可編程控制器的重要技術(shù)指標(biāo)。合理選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)造價(jià)投入最低。 傳統(tǒng)設(shè)備及各種電器組件所需的編程 I/O 點(diǎn)數(shù)在不同的場合應(yīng)用時(shí)不盡相同，選擇 I\O 點(diǎn)數(shù)的原則是根據(jù)具體設(shè)備的控制要求有所取舍 ,滿足要求即可。 通過對可編程控制器的選型要求的分析，結(jié)合我們學(xué)過的知識，我們將目標(biāo)選定在三菱公司生產(chǎn)的 列，這里對 行簡要介紹。 列中功能最強(qiáng)，速度最高的微型可編程序控制器。其基本單 元如下表擴(kuò)展單元如表，擴(kuò)展模塊如表。用戶存儲器容量可擴(kuò)展到 16K 步。 I/O 點(diǎn)最大可擴(kuò)展到 256 點(diǎn)。其本指令的執(zhí)行石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 速度超過了很多大型 多種特殊功能模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊，高速計(jì)數(shù)模塊，脈沖輸出模塊，位置控制模塊，如表所示所示。使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可實(shí)現(xiàn)模擬量控制。位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 3000 多點(diǎn)輔助繼電器， 1000 點(diǎn)狀態(tài)繼電器， 200 多點(diǎn)定時(shí)器， 200 點(diǎn)16 位加計(jì)數(shù)器， 35 點(diǎn) 32 位加 /減計(jì)數(shù)器， 8000 多點(diǎn) 16 位數(shù)據(jù)寄存器 。 表 3列 本單元 型 號 輸入 點(diǎn)數(shù) 輸出 點(diǎn)數(shù) 擴(kuò)展模塊 擴(kuò)充點(diǎn)數(shù) 繼電器輸出 可控硅輸出 晶體管輸出 8 24~32 6 16 24~32 4 24 48~64 2 32 48~64 0 40 48~64 4 64 48~64 在估出被控對象所需的 I\考慮留有 10%裕量 ,就可確定所選型號的 設(shè)計(jì)開始我們想用步進(jìn)指令來完成本次設(shè)計(jì)，后來在實(shí)際的操作中，我們發(fā)現(xiàn)用步進(jìn)指令時(shí)有一些我們不能解決的問題，于是我們又想到了應(yīng)用 部的基本功能指令來實(shí)現(xiàn)我們設(shè)計(jì)所要求實(shí)現(xiàn)的功能。列出了用 本功能指令實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的 I/O 地址表 表 3動(dòng)售貨機(jī) I/O 地址編號 輸 入 輸 出 名稱 編號 代號 名稱 編號 代號 5 角入口感應(yīng) 水指示燈 元入口感應(yīng) 汁指示燈 元入口感應(yīng) 啡指示燈 水按鈕 錢指示燈 汁按鈕 水口 啡按鈕 汁口 水限位開關(guān) 啡口 汁限位開關(guān) 錢 啡限位開關(guān) 過 I/O 口的比較和 型的選擇原則我們最終選中的 型為三菱公司的 電器輸出。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 統(tǒng) I/O 配置和硬件電路的設(shè)計(jì) 選定 型后，接下來的工作就是系統(tǒng) I/O 配置和硬件電路的設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)按以下三個(gè)方面進(jìn)行： 型、系統(tǒng)配置、連接圖設(shè)計(jì)。 ，就好象人的手和腳，用于獲取必要的信息和執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。 輸入設(shè)備有開關(guān)量信號、數(shù)字輸入信號、脈沖信號和模擬量輸入信號，輸入信號有開關(guān)量信號、脈沖信號和模擬量輸出信號。在做設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)的 I/出 I/O 表，然后按類型和特點(diǎn)選用 I/O 模塊和每個(gè)模塊的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 數(shù)字量輸入模塊。與數(shù)字量輸入端相連的輸入設(shè)備可以是各種開關(guān)量，我們本次設(shè)計(jì)主要涉及按鈕和傳感器，他們所連的電源可以是交流的，也可以是直流的。 數(shù)字量輸入模塊可以分為直流輸入模塊和交流 輸入模塊。 數(shù)字量輸出模塊。數(shù)字量輸出模塊用于驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，如繼電器、電磁閥等。數(shù)字量輸出模塊按輸出類型可分為繼電器型、晶體管型和可控硅型。本次設(shè)計(jì)中我們需要的輸出電壓既有交流又有直流所以我們選用繼電器型的。 模擬量輸入模塊。連接到模擬量輸入接線端的模擬量信號經(jīng)過模塊內(nèi)的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用來檢測溫度、壓力、流量等模擬信號的大小。不同的模塊所能連接的模擬量輸入通道也不同。 電流 /電壓測量信號、溫度測量信號、模擬量輸出模塊。模擬量輸出模塊接受的是 送出來的數(shù)字量，在經(jīng)過該模擬塊內(nèi)的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換后得到供輸出的模擬信號。輸出的模擬量大小正比于該模塊所接受的數(shù)字量，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。 系統(tǒng)的配置 統(tǒng)配置的主要內(nèi)容就是箱體和模塊的選擇，選哪些、怎么選、選多少、怎么組合成系統(tǒng)，就是系統(tǒng)配置的中心問題。 統(tǒng)配置可分為基本配置、擴(kuò)展配置和特殊配置。 系統(tǒng)配置的基本原則為： 完整性原則、可靠性原則、發(fā)展性原則、繼承性原則、經(jīng)濟(jì)性原則 系統(tǒng)配置注意事項(xiàng)為： 按照系統(tǒng)的 I/O 總數(shù)和規(guī)模，確定可選用的機(jī)型。確定時(shí)要遵循發(fā)展性和繼承性原則，既要能滿足系統(tǒng)的控制要求，又應(yīng)有良好的性能價(jià) 格比。 估算 I/O 點(diǎn)數(shù)及模擬量路數(shù)，并確定要選用的機(jī)型。 依照完整性原則計(jì)算出所需的模塊數(shù)后，應(yīng)注意加上一定的裕量，一般為 20%。石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 這時(shí) 型和 I/O 模塊的選擇方案可能有多個(gè)。 計(jì)算各個(gè)方案的投入費(fèi)用，并依經(jīng)濟(jì)性原則選擇其中最優(yōu)的方案。 在確定了控制對象的控制任務(wù)以后，首先進(jìn)行的是控制系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，用流程圖明確各信息流之間的關(guān)系，然后具體安排輸入、輸出的配置。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)配置結(jié)束后，就要參照每個(gè)模塊的實(shí)際電路連接要求，將開關(guān)量、模擬量的輸入和輸出點(diǎn)依次連接到這些模塊的接線端。注意：不同的 產(chǎn)廠家的端子板連接方法是不同的，應(yīng)特別注意電源等級、公共端等的連接方法。這個(gè)步驟也要很細(xì)心，我們先查閱個(gè)廠家 每個(gè)型號的 I/O 接線圖，嚴(yán)格按接線圖接線。從而確保了硬件電路的安全。我們通過對本課題的分析，和 I/O 點(diǎn)編號的羅列畫出了 I/O 接口圖，圖中列出了我們需要的所有的輸入 /輸出點(diǎn)和 接口，見圖 3 在進(jìn)行了上述工作后根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們對本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了整體的分析，將大體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)思，畫出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3 圖 3動(dòng)售貨機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 3，為應(yīng)用軟件的編程提出明確的目的、依據(jù)、要求和指標(biāo)，編制出軟件編程說明書。其內(nèi)容應(yīng)包括：可編程控制器用戶軟件功能分析和設(shè)計(jì)：程序結(jié)構(gòu)；程序設(shè)計(jì)等。 在正式編程前，首先確定應(yīng)用軟件的功能。這些功能大體有三個(gè)：控制功能、操作功能和自診斷功能。 （ 1）控制功能：控制功能是可編程控制器應(yīng)用軟件的主要部分，系統(tǒng)正常工作的控制功能由該部分實(shí)現(xiàn)。 （ 2）操作功能：操作功能指的是人 機(jī)界面，通常單臺可編程控制器控制時(shí)，不必多做考慮。但當(dāng)可編程控制器多機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，特別在工業(yè)局域網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)，操作功能的程序設(shè)計(jì)問題就必須加以考慮。當(dāng)然，在工業(yè)局域網(wǎng)中，大多包括有計(jì)算機(jī)，此時(shí)操作功能往往可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 （ 3）自診斷功能：自診斷功能包括可編程控制器自身工作狀態(tài)的自診斷和系統(tǒng)中受控設(shè)備工作狀態(tài)的自診斷兩部分。目前大多數(shù)可編程控制器自身都有較完善的自我診斷功能，用戶程序中自診斷主要是指判斷受控設(shè)備的工作狀態(tài)等。 模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，是可編程控制器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的最有效、最基 本的方法。程序結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的基本任務(wù)就是以模塊化程序結(jié)構(gòu)為前提，以系統(tǒng)功能要求為依據(jù)，按照相對獨(dú)立的原則，對每一個(gè)模塊提供軟件要求和編程說明。 序設(shè)計(jì)的方法與步驟 程序設(shè)計(jì)步驟 ,序設(shè)計(jì)我們按以下步驟進(jìn)行： 根據(jù)任務(wù)書要求確定被控制系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。 分配輸入 /輸出設(shè)備，即哪些外圍設(shè)備是送信號到 ，哪些外圍設(shè)備是接收來自 號的，并將 輸入、輸出口與之對應(yīng)進(jìn)行分配。 程序框圖設(shè)計(jì)。根據(jù)工藝要求，繪制出程序流程圖及各功能單元的詳細(xì)功能框圖。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 應(yīng)用程序的編 寫。先畫出梯形圖，梯形圖能體現(xiàn)出按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。 以上幾步中，前兩步屬程序設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。編程準(zhǔn)備工作包括對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更加深入的分析和理解，弄清楚系統(tǒng)要求的全部控制功能，以硬件為基礎(chǔ)，確定出軟件的功能和作用。 顯然，在建立一個(gè) 制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把需要的 I/O 數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。在分配了 輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)程序框圖了。 程序框圖設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的設(shè)計(jì)步驟。這一步的主要 工作是根據(jù)軟件編程說明書的總體技術(shù)要求和控制系統(tǒng)具體情況，確定應(yīng)用程序的基本結(jié)構(gòu)，按程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)繪制出程序結(jié)構(gòu)框圖。 應(yīng)用程序的編寫 制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)控制功能的，對于我們初次搞畢業(yè)設(shè)計(jì)的人，應(yīng)以步為核心一步一步設(shè)計(jì)下去，逐步修改調(diào)試。 在進(jìn)行梯形圖軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)出的框圖和腹稿逐字逐句的編寫控制程序。它是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的核心部分，為了提高編程效率，應(yīng)熟練掌握編寫順序控制程序的編程技巧及一些基本電路的編程方法，得到符合控制要求的梯形圖。 在設(shè)計(jì)初我們用了步進(jìn)順序指令來實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì) 案 1:步進(jìn)順序指令 步進(jìn)順控指令的梯形圖比較簡單，而且比較直觀，使復(fù)雜的順序控制程序能夠方便地實(shí)現(xiàn)，見圖 4對應(yīng)的語句表程序如下： 8002 0 0 0 20 20 7 29 1 0 2 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 1 3 2 4 21 5 31 6 41 21 3 0 D 22 22 6 31 4 1 D 32 32 7 41 5 2 D 42 42 10 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 22 32 42 10 28 28 11 0 29 29 12 4動(dòng)售貨機(jī)的 200000 22 29 32 42 8002 7 11 6 0 100 4 2 0 2 6 4 100 2 100 10 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 0 20 12 11 29 222 42 10 0 9 29 0 2 3 3 100 4 100 31 41 7 2 家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 4步進(jìn)順序指令梯形圖 我們想通過 步進(jìn)順控指令系統(tǒng)來完成該次設(shè)計(jì)，但在開始傳感器這一部分我們就遇見了麻煩，由于對于傳感器的具體功能和型號不能很好的了解，于是我們就想到了用 功能指令系統(tǒng)即用 部的基本指令來實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的要求。于是出現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的第 2 套方案 。 案 2:本功能指令 條件跳轉(zhuǎn)指令 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號、操作數(shù)及程序步長如表 表 4件跳轉(zhuǎn)指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號 操作數(shù) [D.] 程序步長 備注 條件跳轉(zhuǎn) 0～ 63 為 作跳轉(zhuǎn)標(biāo)記 16 位 — 3 步，標(biāo)號 P— 1 步 16 位指令 連續(xù) /脈沖執(zhí)行 比較指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號、操作數(shù)及程序步長如表 表 4較指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號 操作數(shù) 程序步長 備注 [[ [D.] 比較 K、 H、 T、 C、D、 V、 Z、 Y、 M、 S 16 位 — 7 步 32 位 — 13步 16/32 位指令 連續(xù) /脈沖執(zhí)行 區(qū)間比較 K、 H、 T、 C、D、 V、 Z Y、 M、 S 16 位 — 7 步 32 位 — 13步 16/32 位指令 連續(xù) /脈沖執(zhí)行 傳送指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號、操作數(shù)及步長如表： J（ P） D ）P） D ）P） 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 表 4送指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號 操作數(shù) 程序步長 備注 [[ [D.] 傳送 D） P） K、 H、 T、 C、 D、V、 Z Y、 H T、C、 D、 V、Z 16 位 — 5 步 32 位 — 9 步 16/32 位指令 單次 /連續(xù)執(zhí)行 加法指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號、操作數(shù)及程序步長如表： 表 4法指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號 操作數(shù) 程序步長 備注 [[ [D.] 加法 D） P） K、 H T、 C、 D、 V、 Z T、 C、 D、 V、 Z 16— 7 步 3 位 — 13 步 16/32 位指令 連續(xù) / 脈沖執(zhí)行 指令說明： 加法指令是將指定的元件中的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中去。 減法指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號、操作數(shù)及程序步長如表 表 4法指令功能表 指令名稱 助記符 / 功能號 操作數(shù) 程序步長 備注 [ [ [D.] 減法 1 （ D ）P） K、 H 、 C、 D、 V、 Z 、 C、 D、 V、 Z 16 位 — 7 步 32 位 — 13步 16/32 位指令 連續(xù) / 脈沖執(zhí)行 經(jīng)過分析我們寫出了功能指令表： 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 4本功能指令梯形圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 4本功能指令梯形圖 其中圖 4現(xiàn)了自動(dòng)售貨機(jī)的記幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)，那么下面將對飲料供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行解釋： 飲料供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖如下 ： 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 4水供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖 圖 4汁供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 4啡供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 5 章 結(jié)論 該設(shè)計(jì)基本上完成了設(shè)計(jì)所要求的任務(wù)，但由于經(jīng)驗(yàn)和知識能力有限。本設(shè)計(jì)存在諸多不足。比如在投幣系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)僅限于硬幣，當(dāng)所投的錢是紙幣時(shí)就無法識別。目前已出現(xiàn)了多種先進(jìn)的自動(dòng)售貨機(jī)： 售賣的商品可根據(jù)擺放場所的需要量身定制，包括冷熱飲料、零食、電話卡及海外進(jìn)口的特色商品等。更引人注目的是，透過這種智能售貨系統(tǒng)，存貨、銷售、物流信息可以準(zhǔn)確及時(shí)反饋給客戶，此外，其還支持現(xiàn)金、銀行卡、儲值卡、代金卡等多種交易支付模式，從而使交易過程更加安全和便利，同時(shí)方便實(shí)現(xiàn)較大金額 的支付和交易結(jié)算。這種新一代自動(dòng)售貨機(jī)除了更方便售賣貨品之外，還被視為一種傳播廣泛的廣告媒介。除了機(jī)器機(jī)體本身可以成為廠同時(shí)隨著金融支付手段的增多， 、手機(jī)移動(dòng)支付等技術(shù)才可以使自動(dòng)售貨機(jī)提供便利服務(wù)成為可能，這些自動(dòng)售賣平臺的創(chuàng)新模式，無疑為國內(nèi)的自動(dòng)售貨業(yè)迅速成長創(chuàng)造了條件。商的平面廣告載體外，機(jī)器上所安裝的 示屏也可以播放動(dòng)態(tài)廣告。 故本設(shè)計(jì)題目進(jìn)一步開發(fā)研究的空間還很大，應(yīng)該廣泛借鑒現(xiàn)有的技術(shù)，使自動(dòng)售貨機(jī)向著智能化的方向發(fā)展，最大程度上滿足人們的生活需要。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 參考文獻(xiàn) [1] 王兆義主編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997,（ 01） [2] 王衛(wèi)星等編 北京：中國水利水電出版社， 2002,（ 01） [3] 李養(yǎng)旺 J]2005,(02) [4] 王祁 ,于航 — 智能傳感器和多功能傳感器 [J]傳感器技術(shù) ,1998,(01) [5] 肖圣兵 J]自然科學(xué)版 ) 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