基于51單片機的自動售餐機的設計

張屹++邵俊++高遠++江潤++王淑云

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.003

摘 要：該文闡述了一種基于51單片機的自動取餐機器，降低了勞動力成本，提高了餐廳的售餐的高效性。自動售餐機由電動機輸出額定轉速，通過鏈傳動帶動主動軸承旋轉，皮帶輪在軸承驅動下帶動兩條同步帶勻速運動，同步帶間置有定位餐盤的支架，實現餐盤的往復運動，光電開關控制餐盤的停轉。自動售餐機底部置有紅外線燈管，定時間隔對往復運動到底部的餐盤進行加熱，達到保溫效果。取餐口置有紫外線燈管，只在取餐時對內部環境進行消毒。

關鍵詞：51單片機 光電開關 紫外線 紅外線

中圖分類號：TN973.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0003-03

Design of Automatic Sale of the Machine Based on 51 Microcontrollers

Zhang Yi1 Shao Jun1 Gao Yuan1 Jiang Run 2 Wang Shuyun3

（1.School of Mechanical Engineering，HeFei University of Technology；2.School of Management，HeFei University of Technology；3.School of Electrical and Automation Engineering，HeFei University of Technology， Hefei Anhui， 230009， China）

Abstract： This paper elaborates a kind of automatic sale of the machine based on 51 microcontrollers which greatly reduces the labor cost and improves the efficiency of the restaurant . The rated speed of the automatic sale of the machine is outputd by the motor driving active bearings for rotary motion through chain drive.The pulley drives two synchronized belts with uniform motion under the bearing drive.The timing belt is equipped with a bracket for positioning the tray to achieve the reciprocating motion of the tray and the meal is stopped by the photoelectric switch.The infrared light tube which is at the bottom of the automatic sale of the machine heat the plate reciprocating to the bottom by interval time to achieve insulation and sterilization effect.There is an ultraviolet lamp in the mouth of the meal which disinfect the Internal environment only when taking a meal.

Key Words： 51 microcontrollers； Photoelectric switch； Ultraviolet ray； Infrared ray

機器人送餐技術首先由國外提出并采用，目前國內一些高檔餐廳開始使用機器人送餐，雖節省了勞動力，但其成本過高，應用范圍狹隘。當下，國內外部分自動售餐機研究致力于在餐盤中植入存儲芯片，總體成本過高，且餐盤不易區分，此外還餐盤具有專一性，使用極為不便。國內目前也只是簡單引進國外技術，但并不適合普通餐廳及食堂。

為此，該文在傳統取餐方式的基礎上采用機械與電子相結合，設計了一種基于51單片機的自動取餐機器，應用于企業員工、高校學生以及公共餐廳就餐，極大地降低了勞動力成本，提高了餐廳售餐的高效性與及時性，具有很高的實用性。

1 自動售餐機的工作原理

1.1 自動售餐機的主體框架

自動售餐機的外觀是一個密封的箱體裝置，箱體的右側為一可上下抽拉的側板，用于打開箱體，及時更換餐盤。自動售餐機的取菜口在箱體的正上方，靠近取餐口的內部置有功功率為25 W的紫外線燈管。取餐口的正下方為帶動餐盤的運輸傳動機構，運輸傳動機構由8個帶輪和2條同步帶組成。2條同步帶間置有定位餐盤的支架，隨著同步帶一同運動。運輸機構正對取餐口的上端安裝光電開關，控制電動機停轉。運輸機構的正下端安裝紅外線燈管，維持箱體的溫度，箱體表面共有4個DS18B20型號溫度傳感器測定箱內溫度，并將溫度信號反饋給單片機，實現動態的溫度控制。工作原理框圖見圖1。

1.2 自動售餐機的主要設計尺寸

考慮到自動售餐機的占地空間、容納量、工作效率等多方面因素，箱體設計尺寸為長60 cm、寬大于23 cm、高為80 cm、同步帶長910 mm、寬為5 cm、高為710 mm、兩個帶輪間距為13 cm，帶輪直徑為Φ200 mm，可搭載16個定位餐盤的支架。定位餐盤支架的底盤為邊長100 mm的正方體，內接直徑為Φ50 mm的圓柱型凹槽，餐盤的底部直徑不得大于Φ50 mm。

2 自動售餐機的組成

該文采用Solidworks軟件對自動售餐機的主體部分進行了模型設計和工程圖輸出（如圖2（a）（b）（c）所示），并標記了自動售餐機的組成部分。自動售餐機主要由運輸傳動系統、恒溫調節系統、消毒滅菌系統組成。

2.1 運輸傳動系統

運輸傳動系統主要由托盤、皮帶、鏈傳動、直流電機、帶輪、光電開關等機構組成。在接收到單片機輸出的脈沖信號后開始轉動，通過與電機以鍵連接傳動的鏈輪帶動鏈條轉動，傳動比為5∶6。主動軸帶動帶輪做勻速旋轉運動，帶輪與鏈輪的傳動比為4∶1，每4個帶輪與一條類矩形同步帶相嚙合，系統中只有2個帶輪起動力作用，其余的6個帶輪只起傳動作用。2個帶輪間的軸承保證了兩條同步帶的同步運動，進而達到同步帶上固定托盤穩定運輸餐盤的作用。將餐盤取走后，箱體側壁上與餐盤中間位置平齊的光電開關通電，并將高電平電信號輸入單片機內，單片機接收到信號后，啟動電動機轉動，當下一個餐盤運動到光電開關中間時，光電開關斷電，將低電平電信號輸入到單片機內，單片機接收到信號后，停轉電動機，依次往復循環工作。如果光電開關持續通電6 s，此時也會將產生高電平信號輸入到單片機內，單片機響應中斷程序，電動機停止轉動，并且單片機通過蜂鳴器發出響聲，示意工作人員補充食品。

2.2 恒溫調節系統

恒溫調節系統用于保證箱體內食物的溫度。因此，選用數字溫度傳感器DS18B20型號溫度傳感器，其溫度測量范圍為-55 ℃～+125 ℃，測量結果以9～12位數字量方式串行傳送到單片機存儲器內與設定的溫度進行比較，對應的可分辨溫度為0.062 5 ℃，可實現高精度測溫。將4個DS18B20型號溫度傳感器對稱分布在箱體的兩側，準確測量箱體內部的溫度的變化，并將測量的溫度模擬量信號通過測溫模塊的A/D轉換輸出數字量電壓信號到單片機內部，單片機CPU將數字量電壓信號與系統設定的恒定電壓數值進行對比，若高于所設定數值，單片機通過D/A轉換將信號輸出到遠紅外線石英管加熱裝置中，斷開電源，停止工作，一段時間后，箱體內的溫度經A/D轉換輸出的數字量壓力信號低于所設定值時，遠紅外線石英管加熱裝置通電，開始工作，直至達到系統設定的數值，由此系統調溫構成閉環控制回路，確保回路溫度恒定。

2.3 消毒滅菌系統

自動售餐機的消毒滅菌系統主要由紫外線裝置7構成。當打開取餐口端走餐盤后，光電開關將高電平信號輸入到單片機內，此時單片機響應中斷程序，在電動機轉動的同時，控制繼電器給紫外線裝置供220 V的交流電，紫外線燈管開始工作，工作的時間為20 s，在紫外線裝置工作期間，不再響應單片機輸入的電信號。紫外線裝置結束一個信號響應后，再恢復常態工作，繼續接收外來信號的響應。紫外線裝置采用紫外線燈管殺菌，紫外線殺菌燈燈管是由石英玻璃制成，汞燈點亮后，燈管內產生汞蒸氣壓并輸出C波紫外線，其波長范圍是200～275 nm，殺菌作用最強的波段是250～270 nm，可對空氣進行消毒殺菌，效果較好，且短時間內對人體無害。由此可以保證取餐口在和外界空氣流通時保證箱體內部空氣細菌較少，保證菜品的質量。

3 自動售餐機的結算系統

自動售餐機控制中心單片機內存儲的結算數據由主控制中心計算機進行管理，售餐機的控制中心可實時與主控制中心聯網通信交換數據。主控制中心通過程序把新的菜單、菜價等數據傳送到自動售餐機的單片機內，并通過控制界面顯示相關的信息，自動售餐機的單片機與主控制中心計算機的通信方式采用基與GPRS網絡的Socket通信，并利用串口通信與GPRS無線通信相連，發送所存儲的結算數據。Socket通信不受傳輸距離和網絡類型的限制，抗干擾能力強，維護要求不高，操作方便。由于中心控制系統與多臺自動售餐機進行聯網通信，所以，中心控制系統與售餐機的TCP連接采用調度算法及線程池技術。消費者在自動售餐機上通過IC卡激活相應的卡號，此時，中心控制系統根據HTTP協議將相關數據傳給IC卡支付系統。支付系統再把處理后的數據反饋給中心控制系統，中心控制系統對自動售餐機發出相關指令，完成售餐過程。

4 結語

該文采用機械與電子相結合的方式，自主創新設計了一種自動售餐機構，該自動售餐機構具有實時結算、保溫、消毒殺菌等功能，成本低廉，可應用于企業員工、高校學生以及公共餐廳就餐，減少了占地空間，降低了勞動力成本，提高了餐廳售餐的高效性與及時性，并為國內相關技術的發展提供了借鑒，具有很高的應用前景。但自動售餐機的整體技術還不成熟，高端產品方面還存在很大的發展空間。

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