羅文志，歐啟標(biāo)，趙劍川

(1.桂林威領(lǐng)電子科技有限公司,廣西 桂林 541004；2.廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與通信學(xué)院,廣東 廣州 510550)

1 引言

隨著我國城市化進(jìn)程和電子商務(wù)的高速發(fā)展，自動米飯售賣機(jī)[1]、智能鮮食面售賣機(jī)[2]、自動售餐機(jī)[3,4]以及其他的售貨機(jī)[5,6]等陸續(xù)出現(xiàn)，極大方便了人們的生活。另外，隨著生活節(jié)奏的加快，網(wǎng)上訂餐已經(jīng)成為生活中的一種主流[7,8]。但由于外賣送餐時間受多種因素的影響，故存在著很大的不確定性。送餐時間早了，公司還沒有到下班時間去拿外賣會影響公司的工作并給公司管理帶來了一定的麻煩。送餐時間晚了，又沒有足夠的時間休息，由此又會影響到下午工作時的工作效率。為此，開發(fā)出一款類似自動售貨機(jī)的智能自動取餐機(jī)成為必須。智能自動取餐機(jī)可以放置于公司的某個相對方便的地方，餐飲企業(yè)提前將盒飯放置于取餐機(jī)中，客戶方公司下班后員工到取餐機(jī)前根據(jù)屏幕提示輸入取飯碼或掃碼拿走盒飯。這樣，既不影響手中的工作，又能及時吃上飯，有效增加午休時間，提高下午工作的工作效率。本設(shè)計的自動取餐機(jī)基于3G/4G 網(wǎng)絡(luò)，使用STM3H743 芯片作為主控芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)客戶方的自動取飯，并將取餐機(jī)中的餐盒信息及時發(fā)送給商家，讓商家實時了解取餐機(jī)中的盒飯情況。

2 系統(tǒng)組成及其基本原理

整機(jī)系統(tǒng)如圖1 所示。由圖1 可見，整機(jī)主要由貨道、升降天車(出貨天車)、顯示屏和取貨口組成，除此之外，還有一個縱向的57 電機(jī)和一個橫向的42 電機(jī)。縱向電機(jī)用于驅(qū)動出貨天車的上下運動，橫向電機(jī)用于在出貨天車上的推牌，使得飯盒從貨道出口被推到出貨口，完成出貨。出貨天車和盒飯的位置由電眼探測，整個電眼定位系統(tǒng)由層定位光眼和推牌光眼組成，其中層定位光眼用于確定盒飯是否已經(jīng)被推上出貨天車，推牌光眼用于探測出貨天車上面的盒飯是否被推到出貨口。當(dāng)出貨天車運動到所在的層并穩(wěn)定后，主控制器根據(jù)輸入編碼將盒飯推到出貨天車上，然后出貨天車返回到出貨口層，接著其上的步進(jìn)電機(jī)開始運動，將盒飯推送到出貨口，完成一次取貨流程。

圖1 自動取餐機(jī)基本組成框圖

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

整機(jī)硬件設(shè)計框圖如圖2 所示。由圖可見，整個控制系統(tǒng)除了電源之外，由6 個模塊構(gòu)成，其中支付模塊支持輸入編碼和微信、支付寶等掃碼方式。光眼定位系統(tǒng)用于出貨天車和盒飯位置的探測。LCD 顯示屏采用觸摸屏，用于顯示相關(guān)信息、廣告和編碼輸入。絲桿電機(jī)用于驅(qū)動升降天車的上下移動和盒飯在貨道上的左右移動。電機(jī)驅(qū)動模塊用于開啟或者關(guān)閉出貨門。主控模塊使用STM32H743 作為主控制器，負(fù)責(zé)用于對輸入信息進(jìn)行處理和根據(jù)輸入信號驅(qū)動各個模塊的工作。

圖2 整機(jī)系統(tǒng)框圖

下面對一些比較重要的模塊的驅(qū)動電路進(jìn)行介紹。

3.1 盒飯貨道驅(qū)動電路

對于各盒飯貨道，采用MOS 管進(jìn)行驅(qū)動，驅(qū)動電路如圖3 所示。

圖3 各盒飯貨道驅(qū)動電路

圖3 中，Qout0為MOS 管FR3709Z 的驅(qū)動信號，Qout0輸出高電平可使MOS 的源極和漏極導(dǎo)通，MOS 管進(jìn)入工作狀態(tài)。Curr_0為MOS 管驅(qū)動電流采樣端，MOS 管工作時，電流流過采樣電阻R20，采樣此電阻兩端的電壓值再根據(jù)R20的值，可以計算出MOS 管的工作電流，并據(jù)此得知MOS 管驅(qū)動的貨道電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)。D4 為驅(qū)動指示燈，當(dāng)MOS 管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，D4 亮，表示該MOS 管（貨道）正在工作。電阻R13的作用為下拉MOS 管驅(qū)動信號，系統(tǒng)上電時，如果主控芯片還未曾提供控制信號，則R13的下拉可使MOS 管處于截止的狀態(tài)。

3.2 取物門驅(qū)動電路

取物門為上下升降金屬門，其質(zhì)量比較重，使用大功率電機(jī)方可正常運轉(zhuǎn)，此電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由大功率H橋驅(qū)動，整個驅(qū)動電路如圖4 所示。

圖4 取物門驅(qū)動電路

圖4 中，BTS7960 為半橋驅(qū)動芯片，兩個BTS7960 可構(gòu)成一個完整的H 橋。Dev1_EnBTS1 和Dev1_EnBTS2分別為兩個半橋的使能信號。當(dāng)兩個信號同時使能時，通過Dev1_INT1 和Dev1_INT2 控制H 橋的輸出，從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的2 個接線端分別掛在Dev1_OUT1 和Dev1_OUT2 上。

另外，此電機(jī)功率較大，本身成本較高，并且涉及到用戶的安全，所以需要對其工作情況進(jìn)行檢測，其中Dev1_Curr即為電流檢測端。引腳6(ISGND)為BTS7960 的采樣電流輸出引腳，在本設(shè)計中，通過外串聯(lián)一個1K 電阻，將該電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號，然后經(jīng)由Dev1_Curr送到STM32 的ADC 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由轉(zhuǎn)換結(jié)果得知電機(jī)正反轉(zhuǎn)時的工作電流情況。

3.3 輸入總線電路

由于STM32 的引腳有限，而本系統(tǒng)涉及到多個電眼信號的輸入檢測，所以需要對其檢測接口進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展電路之一如圖5 所示，通過采用緩沖器分時使能方式，進(jìn)行輸入總線的掃描檢測。電路如下：

圖5 基于74HC245D 的擴(kuò)展接口電路圖

在圖5中，74HC245的T/R引腳接5V電源，其數(shù)據(jù)的傳送方向為從左到右。左側(cè)接檢測端輸入信號，通過排阻上拉以穩(wěn)定其信號。右側(cè)的inputBit[7:0]接在MCU上，通過分時片選其中一片74HC245，逐個掃描其輸入狀態(tài)，據(jù)此可以完成多個輸入源的檢測。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

整機(jī)軟件系統(tǒng)分為兩個部分，分別為訂單系統(tǒng)和出貨系統(tǒng)。

4.1 訂單系統(tǒng)

訂單系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)聽支付模塊或者安卓上位機(jī)的指令，從而生成相應(yīng)的訂單出貨任務(wù)，放置于任務(wù)列表中。整個訂單系統(tǒng)如圖6 所示。

圖6 訂單系統(tǒng)

4.2 出貨系統(tǒng)

出貨系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)聽訂單列表，如果訂單列表中存在未處理的訂單，則處理訂單。出貨系統(tǒng)處理訂單的主要流程如圖7 所示。

圖7 出貨系統(tǒng)

5 結(jié)論

本文給出了一種自動取餐機(jī)設(shè)計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入編碼、掃描取餐和加熱功能等。目前該方案已經(jīng)在合作企業(yè)平臺上運行并取得了預(yù)期的效果。后期將添加啟動取餐機(jī)的運行狀況監(jiān)視，當(dāng)設(shè)備有故障或者異常時，能實時將相關(guān)數(shù)據(jù)和情況發(fā)送給維護(hù)人員，方便維護(hù)人員及時快速處理。