張屹++邵俊++高遠(yuǎn)++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(jī)的自動(dòng)取餐機(jī)器，降低了勞動(dòng)力成本，提高了餐廳的售餐的高效性。自動(dòng)售餐機(jī)由電動(dòng)機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)速，通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)，皮帶輪在軸承驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)兩條同步帶勻速運(yùn)動(dòng)，同步帶間置有定位餐盤的支架，實(shí)現(xiàn)餐盤的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，光電開關(guān)控制餐盤的停轉(zhuǎn)。自動(dòng)售餐機(jī)底部置有紅外線燈管，定時(shí)間隔對往復(fù)運(yùn)動(dòng)到底部的餐盤進(jìn)行加熱，達(dá)到保溫效果。取餐口置有紫外線燈管，只在取餐時(shí)對內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行消毒。

關(guān)鍵詞：51單片機(jī) 光電開關(guān) 紫外線 紅外線

中圖分類號：TN973.3 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)器人送餐技術(shù)首先由國外提出并采用，目前國內(nèi)一些高檔餐廳開始使用機(jī)器人送餐，雖節(jié)省了勞動(dòng)力，但其成本過高，應(yīng)用范圍狹隘。當(dāng)下，國內(nèi)外部分自動(dòng)售餐機(jī)研究致力于在餐盤中植入存儲(chǔ)芯片，總體成本過高，且餐盤不易區(qū)分，此外還餐盤具有專一性，使用極為不便。國內(nèi)目前也只是簡單引進(jìn)國外技術(shù)，但并不適合普通餐廳及食堂。

為此，該文在傳統(tǒng)取餐方式的基礎(chǔ)上采用機(jī)械與電子相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于51單片機(jī)的自動(dòng)取餐機(jī)器，應(yīng)用于企業(yè)員工、高校學(xué)生以及公共餐廳就餐，極大地降低了勞動(dòng)力成本，提高了餐廳售餐的高效性與及時(shí)性，具有很高的實(shí)用性。

1 自動(dòng)售餐機(jī)的工作原理

1.1 自動(dòng)售餐機(jī)的主體框架

自動(dòng)售餐機(jī)的外觀是一個(gè)密封的箱體裝置，箱體的右側(cè)為一可上下抽拉的側(cè)板，用于打開箱體，及時(shí)更換餐盤。自動(dòng)售餐機(jī)的取菜口在箱體的正上方，靠近取餐口的內(nèi)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(dòng)餐盤的運(yùn)輸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)輸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由8個(gè)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(yùn)動(dòng)。運(yùn)輸機(jī)構(gòu)正對取餐口的上端安裝光電開關(guān)，控制電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。運(yùn)輸機(jī)構(gòu)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(gè)DS18B20型號溫度傳感器測定箱內(nèi)溫度，并將溫度信號反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的溫度控制。工作原理框圖見圖1。

1.2 自動(dòng)售餐機(jī)的主要設(shè)計(jì)尺寸

考慮到自動(dòng)售餐機(jī)的占地空間、容納量、工作效率等多方面因素，箱體設(shè)計(jì)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(gè)帶輪間距為13 cm，帶輪直徑為Φ200 mm，可搭載16個(gè)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(nèi)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(dòng)售餐機(jī)的組成

該文采用Solidworks軟件對自動(dòng)售餐機(jī)的主體部分進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)和工程圖輸出（如圖2（a）（b）（c）所示），并標(biāo)記了自動(dòng)售餐機(jī)的組成部分。自動(dòng)售餐機(jī)主要由運(yùn)輸傳動(dòng)系統(tǒng)、恒溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、消毒滅菌系統(tǒng)組成。

2.1 運(yùn)輸傳動(dòng)系統(tǒng)

運(yùn)輸傳動(dòng)系統(tǒng)主要由托盤、皮帶、鏈傳動(dòng)、直流電機(jī)、帶輪、光電開關(guān)等機(jī)構(gòu)組成。在接收到單片機(jī)輸出的脈沖信號后開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過與電機(jī)以鍵連接傳動(dòng)的鏈輪帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)比為5∶6。主動(dòng)軸帶動(dòng)帶輪做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶輪與鏈輪的傳動(dòng)比為4∶1，每4個(gè)帶輪與一條類矩形同步帶相嚙合，系統(tǒng)中只有2個(gè)帶輪起動(dòng)力作用，其余的6個(gè)帶輪只起傳動(dòng)作用。2個(gè)帶輪間的軸承保證了兩條同步帶的同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到同步帶上固定托盤穩(wěn)定運(yùn)輸餐盤的作用。將餐盤取走后，箱體側(cè)壁上與餐盤中間位置平齊的光電開關(guān)通電，并將高電平電信號輸入單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)接收到信號后，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)下一個(gè)餐盤運(yùn)動(dòng)到光電開關(guān)中間時(shí)，光電開關(guān)斷電，將低電平電信號輸入到單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)接收到信號后，停轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，依次往復(fù)循環(huán)工作。如果光電開關(guān)持續(xù)通電6 s，此時(shí)也會(huì)將產(chǎn)生高電平信號輸入到單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并且單片機(jī)通過蜂鳴器發(fā)出響聲，示意工作人員補(bǔ)充食品。

2.2 恒溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

恒溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于保證箱體內(nèi)食物的溫度。因此，選用數(shù)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(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送到單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，對應(yīng)的可分辨溫度為0.062 5 ℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。將4個(gè)DS18B20型號溫度傳感器對稱分布在箱體的兩側(cè)，準(zhǔn)確測量箱體內(nèi)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(zhuǎn)換輸出數(shù)字量電壓信號到單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)CPU將數(shù)字量電壓信號與系統(tǒng)設(shè)定的恒定電壓數(shù)值進(jìn)行對比，若高于所設(shè)定數(shù)值，單片機(jī)通過D/A轉(zhuǎn)換將信號輸出到遠(yuǎn)紅外線石英管加熱裝置中，斷開電源，停止工作，一段時(shí)間后，箱體內(nèi)的溫度經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量壓力信號低于所設(shè)定值時(shí)，遠(yuǎn)紅外線石英管加熱裝置通電，開始工作，直至達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)值，由此系統(tǒng)調(diào)溫構(gòu)成閉環(huán)控制回路，確保回路溫度恒定。

2.3 消毒滅菌系統(tǒng)

自動(dòng)售餐機(jī)的消毒滅菌系統(tǒng)主要由紫外線裝置7構(gòu)成。當(dāng)打開取餐口端走餐盤后，光電開關(guān)將高電平信號輸入到單片機(jī)內(nèi)，此時(shí)單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，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(shí)間為20 s，在紫外線裝置工作期間，不再響應(yīng)單片機(jī)輸入的電信號。紫外線裝置結(jié)束一個(gè)信號響應(yīng)后，再恢復(fù)常態(tài)工作，繼續(xù)接收外來信號的響應(yīng)。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(diǎn)亮后，燈管內(nèi)產(chǎn)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(qiáng)的波段是250～270 nm，可對空氣進(jìn)行消毒殺菌，效果較好，且短時(shí)間內(nèi)對人體無害。由此可以保證取餐口在和外界空氣流通時(shí)保證箱體內(nèi)部空氣細(xì)菌較少，保證菜品的質(zhì)量。

3 自動(dòng)售餐機(jī)的結(jié)算系統(tǒng)

自動(dòng)售餐機(jī)控制中心單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的結(jié)算數(shù)據(jù)由主控制中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，售餐機(jī)的控制中心可實(shí)時(shí)與主控制中心聯(lián)網(wǎng)通信交換數(shù)據(jù)。主控制中心通過程序把新的菜單、菜價(jià)等數(shù)據(jù)傳送到自動(dòng)售餐機(jī)的單片機(jī)內(nèi)，并通過控制界面顯示相關(guān)的信息，自動(dòng)售餐機(jī)的單片機(jī)與主控制中心計(jì)算機(jī)的通信方式采用基與GPRS網(wǎng)絡(luò)的Socket通信，并利用串口通信與GPRS無線通信相連，發(fā)送所存儲(chǔ)的結(jié)算數(shù)據(jù)。Socket通信不受傳輸距離和網(wǎng)絡(luò)類型的限制，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)要求不高，操作方便。由于中心控制系統(tǒng)與多臺自動(dòng)售餐機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，所以，中心控制系統(tǒng)與售餐機(jī)的TCP連接采用調(diào)度算法及線程池技術(shù)。消費(fèi)者在自動(dòng)售餐機(jī)上通過IC卡激活相應(yīng)的卡號，此時(shí)，中心控制系統(tǒng)根據(jù)HTTP協(xié)議將相關(guān)數(shù)據(jù)傳給IC卡支付系統(tǒng)。支付系統(tǒng)再把處理后的數(shù)據(jù)反饋給中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)對自動(dòng)售餐機(jī)發(fā)出相關(guān)指令，完成售餐過程。

4 結(jié)語

該文采用機(jī)械與電子相結(jié)合的方式，自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)售餐機(jī)構(gòu)，該自動(dòng)售餐機(jī)構(gòu)具有實(shí)時(shí)結(jié)算、保溫、消毒殺菌等功能，成本低廉，可應(yīng)用于企業(yè)員工、高校學(xué)生以及公共餐廳就餐，減少了占地空間，降低了勞動(dòng)力成本，提高了餐廳售餐的高效性與及時(shí)性，并為國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供了借鑒，具有很高的應(yīng)用前景。但自動(dòng)售餐機(jī)的整體技術(shù)還不成熟，高端產(chǎn)品方面還存在很大的發(fā)展空間。

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