摘要：針對(duì)高校食堂供餐速度緩慢的問(wèn)題，我們將重力感應(yīng)器植入具有多層保溫供餐臺(tái)的每一層，利用食物取走后感應(yīng)器檢測(cè)到的重量變化，觸發(fā)單片機(jī)控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)下一層供餐臺(tái)的提升，以實(shí)現(xiàn)及時(shí)供餐。

關(guān)鍵詞：供餐速度;重力感應(yīng)器;單片機(jī);電機(jī)驅(qū)動(dòng)

隨著技術(shù)的發(fā)展以及5G時(shí)代的到來(lái)，智能食堂結(jié)賬無(wú)須排隊(duì)的現(xiàn)象已經(jīng)越來(lái)越常見(jiàn)，但是在高校中人流量過(guò)大的時(shí)候雖然食堂的取餐速度已經(jīng)足夠快，但是由于受到取餐臺(tái)大小的限制，食堂后臺(tái)的供餐速度無(wú)疑會(huì)受到挑戰(zhàn)。目前大部分的供餐方式還是人工供餐，需要耗費(fèi)較大人力。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種基于重力感應(yīng)技術(shù)以及單片機(jī)控制的及時(shí)供餐臺(tái)的想法，以實(shí)現(xiàn)真正的“無(wú)人食堂”。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)原理

總體硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。這是一個(gè)多片單片機(jī)控制的供餐臺(tái)，基于需要AD轉(zhuǎn)電路，我們選擇了單片機(jī)STCl5W4KS58為核心。其中一片為主控單片機(jī)，其余單片機(jī)分別控制著每一層供餐臺(tái)的子系統(tǒng)。每一層供餐臺(tái)中的重力感應(yīng)器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)臺(tái)面剩余食物的重量并傳遞給主控單片機(jī)，主控單片機(jī)通過(guò)將接收到的重量信息與設(shè)定好的閾值相比較，如達(dá)到閾值（意味著最上面一層的食物已經(jīng)取光），主控單片機(jī)將產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)分別送給控制著每一層供餐臺(tái)的單片機(jī)，這些單片機(jī)收到中斷請(qǐng)求信號(hào)后根據(jù)內(nèi)部程序運(yùn)行：第一層的供餐臺(tái)將收縮至兩側(cè)，之后不再對(duì)任何中斷信號(hào)起反應(yīng);其余各層單片機(jī)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將該層的供餐臺(tái)提升一段距離。如此運(yùn)行下去，直至最后一層取餐盤(pán)中的食物被取光，主控單片機(jī)將根據(jù)重力感應(yīng)器送進(jìn)來(lái)的信號(hào)觸發(fā)食堂后方的警報(bào)，提醒后方工作人員該餐臺(tái)已經(jīng)取空。

1.2 重量檢測(cè)電路

一層供餐臺(tái)安裝多個(gè)重量傳感器（具體數(shù)量根據(jù)餐臺(tái)的規(guī)格來(lái)定），所有傳感器采集重量之和為當(dāng)前餐臺(tái)的總重量，我們將傳感器的輸出信號(hào)連續(xù)采集10次，求其平均值為當(dāng)前重量。由于單片機(jī)內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換電路工作范圍為0～3.3V，于是我們需要將采集到的信號(hào)放大。圖2是重量傳感器采集信號(hào)的放大電路圖，其模擬輸出Ain1連接到單片機(jī)的AD輸入端，主控單片機(jī)便可采集到當(dāng)前餐盤(pán)的重量。

1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中我們需要供餐臺(tái)移動(dòng)精確的高度，所以該系統(tǒng)中我們采用步進(jìn)電機(jī)控制升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)給定的脈沖周期，步進(jìn)電機(jī)能夠以任意速度轉(zhuǎn)動(dòng)，定距運(yùn)動(dòng)較精確。

由于L298N是一款受高電壓的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器。接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。其具有抗干擾能力強(qiáng)、過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)的特點(diǎn)，有更加強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。如圖3為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖：

1.4 報(bào)警電路

現(xiàn)在的報(bào)警電路比較常見(jiàn)，本系統(tǒng)中報(bào)警電路由電源電路、信號(hào)產(chǎn)生電路、信號(hào)放大電路、波形變換電路和發(fā)聲電路構(gòu)成，電源電路為其他各組成部分提供工作電壓;信號(hào)放大電路由三極管放大電路和同相比例放大電路構(gòu)成，采用兩極放大能是為了使微小的信號(hào)獲得足夠大的電壓增益;波形變換電路是將正弦信號(hào)變換成脈沖信號(hào)，作為模擬和數(shù)字電路的過(guò)渡電路;發(fā)聲電路由時(shí)基電路555構(gòu)成，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，報(bào)警音發(fā)聲電路發(fā)出提示聲音。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分由keil軟件進(jìn)行編譯，首先通電后將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化后主控單片機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)，工作臺(tái)上一有物品被取走，將觸發(fā)其中斷，單片機(jī)將采集到的重量與閾值比較，根據(jù)比較結(jié)果釋放命令，這些命令將觸發(fā)子系統(tǒng)里的單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序。報(bào)警模塊是一個(gè)單獨(dú)的中斷，只有最后一層供餐臺(tái)的物品被取完，才會(huì)觸發(fā)此中斷運(yùn)行相應(yīng)程序產(chǎn)生報(bào)警。

3 結(jié)語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)：

[1]韓芝俠，王曉利，呂利，等.基于單片機(jī)控制的施工升降機(jī)監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2019，37（10）：6367.

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