基于STM32現調酒機控制系統設計

衣超　寇江偉　張海彪

摘? ?要：目前新零售設備發展火熱。文章采用STM32F103控制器設計了一款現調酒機控制系統，主要功能是通過蠕動泵控制電路和稱重電路對每一種飲品的配料進行精確的控制，以及通過攪拌機構和工位運動機構進行飲品的調制。取料口設計具有防夾手功能，通過點單系統進行飲品的選取，無需工作人員的干預，可使設備處于無人售貨的狀態。

關鍵詞：STM32F103;精確的控制;防夾手功能

在新零售市場有很多自動售貨設備，大多數飲品以及鮮榨果汁設備都是采用標準的飲料制品進行銷售，飲品比較單一，無法滿足消費者龐大的需求。本文采用ARM處理器STM32F103為控制核心，通過控制蠕動泵的轉速和讀取稱重傳感器來控制每一種配料的比重，通過攪拌機構和工位控制進行不同工藝的加工，制作一杯現調酒。該系統具有10種配料且可以任意更換，從而調制出不同口味的飲品，大大滿足了消費者龐大的口味需求。

1? ? 系統原理設計

現調酒機控制系統主要由ARM控制器STM32F103單片機、蠕動泵控制電路、稱重電路、數據傳輸電路、傳感器讀取電路和攪拌電路、電源電路組成。STM32單片機作為控制系統的核心部分，通過控制蠕動泵電路來抽取配料，讀取稱重傳感器數據進一步測量配料的比重，然后通過攪拌機構將配料進行充分的融合。數據傳輸電路將飲品的相關數據信息反饋給點單系統，系統總體設計如圖1所示。

2? ? 硬件電路設計

2.1? ARM控制器介紹

ARM控制器采用STM32F103系列的32位微控制器STM32F103VE，采用ARM32位Cortex TM-M3的CPU，主頻可達72 MHz，內置高達512 kB的閃存和64 kB的SRAM，具備豐富的外設資源，主要包括ADC，UART，I2C及SPI等接口。可提供睡眠、停機和待機3種省電模式，有效保證系統的低功耗性，而且Thumb-2指令集可有效提高系統運行的效率與實時性[1]。

2.2? 蠕動泵控制電路

蠕動泵主要由步進電機和蠕動泵頭和驅動器組成，蠕動泵驅動器采用基于RS485總線通信的總線控制方式。現調酒機控制系統蠕動泵控制電路主要是基于MAX487EPA芯片設計的，采用“單一電源+工作”，額定電流為300 μA，采用半雙工通信方式，完成將TTL電平轉換為RS-485電平的功能，而且MAX487的驅動器擺率不受限制，可以實現最高2.5 Mbps的傳輸速率。電路設計如圖2所示。

2.3? 稱重電路

稱重電路主要為TI公司推出針對稱重傳感器應用的模數轉換器ADS1232，用于低電平高精度測量特別是應用于衡器上面，其提供了最高23.5位的無噪聲精度，非常適合用于高速、高精度數據采集，內部集成有輸入多路復用器、輸入緩沖器、可編程增益放大器[2]，稱重電路如圖3所示。

ADS1232采用3.3 V供電，外部參考電壓為+5 V，A+和A-為稱重傳感器接口，該系統稱重傳感器采用量程為3 kg的傳感器。

2.4? 數據傳輸電路

數據傳輸電路采用的是MAX3232CSE芯片設計，系統通過RS232串口將數據反饋給點單系統，同時也負責接收點單系統發送的訂單信息和執行命令，電路如圖4所示。

2.5? 傳感器讀取和攪拌電路

傳感器讀取電路主要采用TLP185光耦進行隔離設計，保證系統核心部分不受外界信號的干擾，電路如圖5所示。攪拌電路主要通過開光量控制直流電機工作和停止以及TLP185光耦控制MOS管導通和截止實現，采用MOS管設計主要因為該部分會頻繁的啟動和停止，電路如圖6所示。

2.6? 電源電路

電源電路采用的是LM2576S5.0芯片將24 V轉為系統所需的+5 V。通過AMS1117-3.3將+5 V轉換成+3.3 V給控制系統供電，電路如圖7所示。

3? ? 軟件設計

現調酒機控制系統通過控制器分別協調各個子功能模塊，完成對點單系統的指令接收和數據反饋，讀取稱重傳感器數據、控制蠕動泵轉速、控制攪拌頭旋轉工作。系統軟件部分主要由稱重數據讀取、蠕動泵轉速控制、點單系統數據傳輸3大部分組成。點單系統數據傳輸部分點單系統主要通過RS232和現調酒機系統進行數據傳輸，現調酒機系統數據傳輸主要是由控制器UART外設接口和MAX3232芯片共同完成，MAX3232芯片主要負責TTL電平和CMOS電平的轉換工作。控制器上電首先會對UART外設接口進行管腳的初始化和一些通信參數的配置。數據交互主要通過UART外設觸發中斷來完成，數據處理在中斷的子函數中進行，中斷流程如圖8所示。

4? ? 測試結果

數據測量主要是稱重傳感器數據的測量，測量辦法是通過現調酒機其中的一個配料選擇定量10 g，并連續測量10次，記錄數據進行分析，判定系統稱重部分是否穩定。測量數據表1所示，安裝實物如圖9所示。

5? ? 結語

本文完成了基于STM32F103為控制器設計的現調酒機控制系統，現調酒機系統通過RS232接收點單系統下發的訂單指令，然后設備開始制作飲品，通過控制蠕動泵的轉速和讀取稱重傳感器的讀數來控制每一種配料的下放重量，通過攪拌機構進行原料的充分攪拌和混合，經過試驗數據測量單種配料的精度可以控制在0.05 g以內。

[參考文獻]

[1]王晨輝，吳悅，楊凱.基于STM32的多通道數據采集系統設計[J].電子技術應用，2016（1）：51-53，57.

[2]陳紅遠，郭天太，吳俊杰，等.多通道微弱電壓信號同步采集系統開發[J].電子技術應用，2014（40）：79-84.

Abstract：At present， the development of new retail equipment is hot. This paper mainly uses STM32F103 controller to design a control system of the current blender， the main function of the system is to accurately control the ingredients of each drink through the peristaltic pump control circuit and weighing circuit， the beverage is modulated by the mixing mechanism and the working position moving mechanism. The design of the reclaiming port has the function of anti pinch， through the order system to select drinks without the intervention of the staff， the equipment is in the state of no sales.

Key words：STM32F103; precise control; anti pinch function