基于虛擬儀器技術labview的自動飲料機的設計

吳義滿

（鹽城衛生職業技術學院 江蘇 鹽城 224001）

自動飲料機在日常生活中常見，比如戶外、商場、公交、地鐵等處常見的自動飲料機。自動飲料機系統的設計方法有許多種，例如可用中小規模集成電路組成自動飲料機系統，也可以利用專用的芯片配以所需要的外圍電路組成特定功能自動飲料機系統，還可以利用數字電路、FPGA、PLC、單片機和ARM來實現自動飲料機等等[1-5]。

而利用虛擬儀器技術labview設計的自動飲料機系統，可以用來模擬真實的自動飲料機系統而進行工作。使用虛擬儀器技術，工程師可以利用圖形化開發軟件labview方便、高效的創建完全自定義的解決方案，以滿足靈活多變的需求趨勢。

該論文設計的自動飲料機系統是充分利用虛擬儀器labview技術獨特而強大的狀態機技術而完成的，省去傳統的編程語言繁瑣，且能做到更新維護非常方便。

1 總體設計方案

1.1 實現的功能

主要功能是：自動飲料機，分別實現：一是投錢，二是出貨，三是找零。

1.2 設計思路

圖1 工作流程Fig.1 Work procedure

圖1 中直觀的表現了可樂機投入不同金額硬幣時的情況以及各個處理步驟的各個狀態和它們之間的轉換關系，根據投入硬幣的不同面值，對總金額進行計算，并對各種操作進行響應以完成一次購買。

2 程序的設計

Labview編程最大的特色圖形化的編程語言，外加十分豐富的函數庫，使程序設計非常簡單和直觀。該自動飲料機系統的程序設計就是充分利用labview豐富的函數庫里一些特殊的函數實現相應的功能，以及利用labview中狀態機技術實現整體編程思路。

2.1 狀態機模式圖

圖2是Labview中的狀態機的經典模式圖

圖2 Labview中的狀態機Fig.2 State machine of labview

2.2 整體程序框圖設計

圖3 用的就是Labview中的狀態機的經典結構，最外層用的就是while循環，里層是條件結構，只不多是多分支的條件結構。第三個部分是移位寄存器，把指令傳輸到下一個循環狀態判斷中。另外，在圖3所示的狀態中，提供了初始狀態，每一狀態的執行步驟及其切換到下一個狀態代碼等等。

2.3 自動飲料機界面的設計

圖4所示的狀態是自動飲料機前面板正在運行的狀態的界面。

2.4 關鍵技術

運用虛擬儀器技術labview設計自動飲料機系統，有自己獨特的技術特色。

2.4.1 狀態機的使用

圖3 整體程序框圖Fig.3 The whole program layout

圖4 自動飲料機界面Fig.4 The interface of automatic drink machines

經典的狀態機模式融合了while循環、條件結構和移位寄存器，使原本復雜的圖1工作流程圖編程變得思路清晰，結構簡單。其中條件結構是多分支的條件機構，移位寄存器是用的是兩個移位寄存器，一個是實行狀態指令的向下一個狀態轉移，另一個是累計投幣的金額，以判斷工作狀態。

2.4.2 轉換數組轉換

條件結構雖然能解決多狀態的選擇的問題，但從結構上來看不太直觀，管理不夠方便。可以把所有待選擇的狀態放入數組中，通過判斷子VI輸出不同的索引值，直接從數組中索引出下一個狀態到移位寄存器。如圖5所示。

圖5 轉換數組Fig.5 An array of conversion

此外，該自動飲料機系統還用了不少其它功能函數。從而使編程變得非常簡潔。

2.5 運行結果分析

運行結果分析：實現了自動飲料機系統的三大功能——投幣、出貨和找零，符合設計預期。此外，該系統雖然只提供了一種飲料，要是想多幾種飲料且價格各不相同作選擇，只需要增加一個子VI用來選擇不同的飲料。

3 結 論

運用虛擬儀器技術labview[8-9]中的狀態機技術來設計自動飲料機系統，思路清晰，編程、調試和增加功能十分簡單，非常適合大學生實踐創新項目和畢業設計項目，以及為相關的企業設計生產自助設備提供參考。

該文設計的自動售貨機運用狀態機技術的另一大好處，在于狀態機技術相比其它的技術，維護自動更新或增加功能更加方便簡潔。

該文只不過是典型狀態機技術的一個經典應用，其實labview中的狀態機技術應用非常廣泛[6-7]。自動售票器、自動取款機等都可以運用狀態機技術來設計。

故該系統的研制不管是對學習或儀器研發，還是實際應用，具有一定的實際意義和理論價值。

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