一種新型自動售餐機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

朱家誠，王克站，楊　波，吳焱明

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

一種新型自動售餐機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

朱家誠，王克站，楊波，吳焱明

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

為一款飯菜分裝售賣的自動售餐機(jī)設(shè)計了控制系統(tǒng)，以工控機(jī)作為上位機(jī)，PLC為主控制器，觸摸顯示器為人機(jī)交互界面，工業(yè)無線路由器為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過移動支付方式，對不同種類的盒飯進(jìn)行組合售賣。該系統(tǒng)與現(xiàn)有的售餐機(jī)相比，將原有的整裝盒飯化整為零，更多考慮了顧客的購買需求，盒飯加熱效率更高。

自動售賣機(jī)；盒飯；物聯(lián)網(wǎng)；控制系統(tǒng)

隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)和電子商務(wù)的發(fā)展，網(wǎng)上訂餐業(yè)務(wù)得到大范圍的推廣，但這并不能夠滿足人們用餐的需要。用餐高峰期時無法及時就餐，外賣人員穿梭于城市的大街小道存在交通風(fēng)險以及無法保證食品的口感等等都是目前外賣行業(yè)存在的不足。因此，研究與設(shè)計一款自動售餐機(jī)成為一種需求。目前針對餐飲業(yè)的自動售貨機(jī)數(shù)量比較少，而且現(xiàn)有的自動售餐機(jī)之所以沒能得到大范圍的推廣，是因為存在菜品單一、購買體驗差、價格無優(yōu)勢等不足［1］。為此，設(shè)計了一種基于3G/4G網(wǎng)絡(luò)的自動售餐機(jī)，通過微波爐加熱、商品標(biāo)準(zhǔn)化、采用高效的機(jī)械結(jié)構(gòu)等來改善現(xiàn)有售餐機(jī)存在的不足，實現(xiàn)快餐盒飯的高效無人售貨。

1　基本組成及其工作原理

自動售餐機(jī)所售的每個飯盒里只裝一種菜或一份飯，用戶根據(jù)個人口味和用餐量去選擇飯菜的種類和數(shù)量。現(xiàn)有的自動售餐機(jī)還未有這樣的銷售方式。

自動售餐機(jī)外部包括顯示器、支付裝置、聲音輸出與監(jiān)控設(shè)備、取貨口等；內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括升降橫移系統(tǒng)、小車取貨系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等，如圖1所示。自動售餐機(jī)框架主要用于構(gòu)建工作平臺，在買家進(jìn)行付款，控制系統(tǒng)收到指令后開始工作，升降橫移系統(tǒng)用于實現(xiàn)取貨小車到達(dá)指定商品位置；到達(dá)所需位置后，取貨小車上的主動齒輪可與掃桿上的從動齒輪實現(xiàn)對接，從而推動推板使飯盒前移至取貨小車上，隨后取貨小車由升降橫移系統(tǒng)移至加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，加熱完成后，再由傳送帶運(yùn)輸?shù)匠霾涂冢∝浶≤嚪祷爻跏嘉恢茫I家取走餐品，完成一個購買流程。

圖1　內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2　控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)硬件部分主要由工控機(jī)、PLC、觸摸顯示器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器、直流電機(jī)和接近開關(guān)等組成。

PLC的輸入點(diǎn)包括：1個啟動開關(guān)，X軸與Z軸的原點(diǎn)和正負(fù)極限、微波爐升降限位、加熱運(yùn)輸?shù)膯优c限位、取貨運(yùn)輸限位等11個接近開關(guān)，1對取物臺對射開關(guān)，一共13個輸入信號；PLC的輸出點(diǎn)包括：X軸與Z軸步進(jìn)電機(jī)的脈沖方向、啟動、微波爐啟動、微波爐升降、取貨小車滾筒正反轉(zhuǎn)、制冷、加熱運(yùn)輸帶啟動、取貨運(yùn)輸帶啟動、齒輪動力電機(jī)啟動等，一共14個輸出信號［2］。綜合考慮通訊接口類型、輸入輸出點(diǎn)數(shù)量、成本、性能等方面后選用研華公司的工控機(jī)和臺達(dá)公司的EH系列PLC，觸摸顯示器選用47英寸的紅外觸摸顯示器［3］。如圖2所示。

圖2　控制系統(tǒng)硬件組成

3　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件包括三個部分：上位機(jī)程序、PLC程序、人機(jī)交互界面。

3.1上位機(jī)程序與人機(jī)交互界面設(shè)計

上位機(jī)程序是在Windows系統(tǒng)的.NET平臺上，使用C#語言進(jìn)行編寫的。上位機(jī)程序主要包括串口通訊、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)界面（如圖3）、支付方式等程序模塊。

圖3　自動售餐機(jī)購買界面

自動售餐機(jī)的購買界面如上圖3所示。購買窗體通過加載不同的子窗體更換購買菜單，通過點(diǎn)擊每個商品對應(yīng)的加減按鈕來進(jìn)行商品的選擇，用戶的選擇會即時顯示在窗體下方的購物車顯示框中，點(diǎn)擊清空購物車清空用戶的選擇。界面40 s無任何操作會返回到廣告界面。

自動售餐機(jī)支持四種購買方式：微信掃碼支付、支付寶當(dāng)面付、銀聯(lián)卡閃付、手機(jī)客戶端預(yù)約購買。通過選擇界面下方的支付方式來完成購買。

使用的數(shù)據(jù)庫類型為MySql數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫類中封裝了對數(shù)據(jù)庫的連接、關(guān)閉連接、查詢、更改等方法。用戶完成一次購買流程后，數(shù)據(jù)庫里的商品數(shù)據(jù)會進(jìn)行實時的更新。

串口通訊包括工控機(jī)與PLC之間的通訊、工控機(jī)與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的通訊、工控機(jī)與工業(yè)無線路由器的通訊。工控機(jī)與PLC之間采用485串口通訊，工控機(jī)與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、工業(yè)無線路由器之間采用RJ45連接。

3.2PLC程序設(shè)計

下位機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)對自動售餐機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)的控制，以及與上位機(jī)的通訊和對報警信號的處理。運(yùn)動系統(tǒng)的動作流程圖如圖4所示。

圖4　自動售餐機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)動作流程圖

PLC程序按照模塊化的思想來編寫［4］。主要分為原點(diǎn)回歸、目標(biāo)定位模塊、加熱制冷模塊。

原點(diǎn)回歸模塊：X軸和Z軸電機(jī)建立坐標(biāo)系，原點(diǎn)回歸程序用于找原點(diǎn)，校準(zhǔn)坐標(biāo)系。

加熱制冷模塊：售餐機(jī)所銷售的盒飯采用冷鏈存儲，以此來保證食物的口感和品質(zhì)。使用一個開關(guān)量控制制冷的通斷，當(dāng)溫度低于一個閾值則啟動壓縮機(jī)。售餐機(jī)售出的盒飯需要被加熱到65～70℃，當(dāng)檢測到盒飯已經(jīng)被送到微波爐的位置，微波爐由一個電機(jī)驅(qū)動將盒飯覆蓋到加熱腔內(nèi)，約20 s的時間即可將食物加熱到預(yù)期的溫度。

目標(biāo)定位模塊：X軸和Z軸的電機(jī)建立了一個平面坐標(biāo)系，顧客選定食品后，則根據(jù)這個食品所在的坐標(biāo)移動電機(jī)到指定位置，執(zhí)行下一步動作。

自動售餐機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)的動作流程圖如圖4所示，收到指令后，取貨小車（如圖5所示）到達(dá)商品貨道位置取貨，齒輪動力電機(jī)和小車滾筒電機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)，貨物推到小車上時光電對射開關(guān)收到信號；然后移動取貨小車到加熱運(yùn)輸帶位置，加熱運(yùn)輸帶運(yùn)轉(zhuǎn)，小車滾筒電機(jī)反轉(zhuǎn)，使得商品到加熱位置，收到信號后微波爐升降電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)令微波爐下降到加熱位置，加熱腔將商品覆蓋；按設(shè)定的時間加熱完成后，微波爐升降電機(jī)反轉(zhuǎn)使微波爐回到初始位置，同時取貨運(yùn)輸帶運(yùn)轉(zhuǎn)，把商品送到出貨口，完成一次取貨過程。

圖5　取貨小車結(jié)構(gòu)示意圖

4　設(shè)備測試結(jié)果

設(shè)備經(jīng)測試，可以按設(shè)計要求工作，每個盒飯加熱速度在20 s左右，每個顧客的購買時間控制在一分鐘左右，大大提高了購買效率。每個飯菜單獨(dú)包裝獨(dú)立銷售不同于傳統(tǒng)盒飯的套餐式銷售，用戶可以根據(jù)自己的口味隨意搭配食物，既提高了用戶的滿意度，又一定程度地減少了食物的浪費(fèi)。

機(jī)器運(yùn)行良好，減少了快餐售賣過程中人力的使用，增加了商家的營業(yè)額。大尺寸觸摸屏的使用，使用戶體驗得到良好的提升，并且可以作為廣告屏來使用，提高了產(chǎn)品的宣傳效果，也進(jìn)一步利用了資源［5］。

5　結(jié)束語

該系統(tǒng)已在合作企業(yè)平臺上正常運(yùn)行，取得了預(yù)期的效果。通過對系統(tǒng)操作和人機(jī)交互界面的優(yōu)化，該類型自動售餐機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)方便購買、快速出貨。

新型自動售餐機(jī)可以放置在都市辦公樓，學(xué)校等現(xiàn)代化程度高，生活節(jié)奏快，便利店較少的地點(diǎn)，提高了都市快節(jié)奏人群的生活質(zhì)量。快餐的支付方式采用了支付寶、微信掃碼，銀聯(lián)卡閃付，棄用了傳統(tǒng)紙硬幣支付，這迎合了都市人群現(xiàn)代化支付方式的革新。同時為了讓餐品令人吃的放心，吃的開心，需要配套開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化中餐，形成中式標(biāo)準(zhǔn)，這為中餐的進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化做了有力推進(jìn)。

［1］王斯默.自動售貨機(jī):萬物皆可出售［J］.初中生學(xué)習(xí)·博聞，2015，（10）:38-39.

［2］王起.論P(yáng)LC、單片機(jī)、工控機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用及選用方法［J］.廣西輕工業(yè)，2011，（1）：64-65.

［3］王小牧，張紀(jì).臺達(dá)PLC高速計數(shù)器在位置控制中的應(yīng)用［J］.金屬加工:冷加工，2013，（9）:56-58.

［4］遲君平，王斌，李業(yè)友.模塊化編程方法在程序開發(fā)中的應(yīng)用［J］.微計算機(jī)信息，2005，21（6）：26-27.

［5］呂品.PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.自動化儀表，2010，31（8）：45-51.

The Design of Control System for the Vending Machine Used for Selling Bentos

ZHU Jia-cheng，WANG Ke-zhan，YANG Bo，Wu Yan-ming
（School of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Anhui Hefei 230009，China）

Anautomatic control system for a new-type vending machine used for selling bentos which is designed，with IPC as upper machine，PLC as master controller，touch display screen as human machine interface and industrial wireless router as device connected to the Internet，using stepper motor and AC motor as actuator，achieves the selling of different kinds of combined box by means of mobile payment.Compared with the existing methods，the control system breaks up the traditional whole box into parts，the purchase demand of customers are more considered.

vending machine；bento；internet of things；control system

TP29；TB472

A

1672-545X（2016）07-0079-04

2016-04-18

朱家誠（1959-），男，安徽人，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計、軟件開發(fā)；王克站（1991-），男，安徽人，在讀碩士研究生，主要研究方向：數(shù)字化設(shè)計與制造。