基于重力感應技術與單片機控制的智能供餐臺

摘要：針對高校食堂供餐速度緩慢的問題，我們將重力感應器植入具有多層保溫供餐臺的每一層，利用食物取走后感應器檢測到的重量變化，觸發單片機控制的電機驅動下一層供餐臺的提升，以實現及時供餐。

關鍵詞：供餐速度;重力感應器;單片機;電機驅動

隨著技術的發展以及5G時代的到來，智能食堂結賬無須排隊的現象已經越來越常見，但是在高校中人流量過大的時候雖然食堂的取餐速度已經足夠快，但是由于受到取餐臺大小的限制，食堂后臺的供餐速度無疑會受到挑戰。目前大部分的供餐方式還是人工供餐，需要耗費較大人力。針對上述問題，本文提出了一種基于重力感應技術以及單片機控制的及時供餐臺的想法，以實現真正的“無人食堂”。

1 硬件設計

1.1 總體設計原理

總體硬件設計框圖如圖1所示。這是一個多片單片機控制的供餐臺，基于需要AD轉電路，我們選擇了單片機STCl5W4KS58為核心。其中一片為主控單片機，其余單片機分別控制著每一層供餐臺的子系統。每一層供餐臺中的重力感應器可以實時檢測臺面剩余食物的重量并傳遞給主控單片機，主控單片機通過將接收到的重量信息與設定好的閾值相比較，如達到閾值（意味著最上面一層的食物已經取光），主控單片機將產生中斷請求信號分別送給控制著每一層供餐臺的單片機，這些單片機收到中斷請求信號后根據內部程序運行：第一層的供餐臺將收縮至兩側，之后不再對任何中斷信號起反應;其余各層單片機按照預先設計的數據驅動電機將該層的供餐臺提升一段距離。如此運行下去，直至最后一層取餐盤中的食物被取光，主控單片機將根據重力感應器送進來的信號觸發食堂后方的警報，提醒后方工作人員該餐臺已經取空。

1.2 重量檢測電路

一層供餐臺安裝多個重量傳感器（具體數量根據餐臺的規格來定），所有傳感器采集重量之和為當前餐臺的總重量，我們將傳感器的輸出信號連續采集10次，求其平均值為當前重量。由于單片機內置的AD轉換電路工作范圍為0～3.3V，于是我們需要將采集到的信號放大。圖2是重量傳感器采集信號的放大電路圖，其模擬輸出Ain1連接到單片機的AD輸入端，主控單片機便可采集到當前餐盤的重量。

1.3 電機驅動電路

因為在本系統中我們需要供餐臺移動精確的高度，所以該系統中我們采用步進電機控制升降系統運動，通過給定的脈沖周期，步進電機能夠以任意速度轉動，定距運動較精確。

由于L298N是一款受高電壓的電機驅動器，它內部包含4通道邏輯驅動電路，是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含兩個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器。接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。其具有抗干擾能力強、過電壓和過電流保護的特點，有更加強的驅動能力。如圖3為電機驅動模塊原理圖：

1.4 報警電路

現在的報警電路比較常見，本系統中報警電路由電源電路、信號產生電路、信號放大電路、波形變換電路和發聲電路構成，電源電路為其他各組成部分提供工作電壓;信號放大電路由三極管放大電路和同相比例放大電路構成，采用兩極放大能是為了使微小的信號獲得足夠大的電壓增益;波形變換電路是將正弦信號變換成脈沖信號，作為模擬和數字電路的過渡電路;發聲電路由時基電路555構成，當有信號輸入時，報警音發聲電路發出提示聲音。

2 軟件設計

軟件部分由keil軟件進行編譯，首先通電后將對整個系統進行初始化，初始化后主控單片機進入等待狀態，工作臺上一有物品被取走，將觸發其中斷，單片機將采集到的重量與閾值比較，根據比較結果釋放命令，這些命令將觸發子系統里的單片機執行相應程序。報警模塊是一個單獨的中斷，只有最后一層供餐臺的物品被取完，才會觸發此中斷運行相應程序產生報警。

3 結語

隨著生活逐漸走向智能化，無人超市無人食堂的流行，這一技術很好地降低了食堂供餐的人力需求，將具有良好的發展前景。

參考文獻：

[1]韓芝俠，王曉利，呂利，等.基于單片機控制的施工升降機監測終端設計[J].機械與電子，2019，37（10）：6367.

[2]童志寶.直流電機驅動絲桿用于升降控制電路[J].微特電機，2008，36（9）：62.

作者簡介：章志健（1999—），男，漢族，安徽人，在讀本科生，研究方向：通信工程。