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石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 題的研究目的和意義 自動(dòng)售貨機(jī)（ 源于公元前 215 年的古埃及，當(dāng)時(shí)用于人們?cè)谏駨R里用金幣購買圣水。 19 世紀(jì) 70 年代，自動(dòng)售貨機(jī)在美國、日本迅猛發(fā)展，如今已成為世界上最大的現(xiàn)金交易市場(chǎng)。作為一種前衛(wèi)的零售方式，自動(dòng)售貨機(jī)已在45 個(gè)國家廣泛普及。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本平均每 23 人就擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，美國平均每40 人擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，美國自動(dòng)售貨機(jī)的零售營業(yè)額高達(dá) 293 億美元，日本每個(gè)消費(fèi)者每年在自動(dòng)售貨機(jī)上的消費(fèi)金額達(dá) 日元。全世界每年通過自動(dòng)售貨機(jī)銷售商品的總額已達(dá) 2000 億美元。 在中國，自動(dòng)售貨機(jī)具有廣泛的發(fā)展前途。由于我國目前的經(jīng)濟(jì)與美國、日本和歐洲發(fā)達(dá)國家相比還有很大距離，我國現(xiàn)有城市人口約 4 億多人，如果按平均 500人擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)的話，那么，中國的自動(dòng)售貨機(jī)潛在市場(chǎng)需要量就要 80 萬臺(tái)。據(jù)有關(guān)資料介紹，在天津，一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)每天銷售額平均為 200 元，在大連平均為280 元。如以每臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)每天銷售額為 200 元計(jì)，全年通過自動(dòng)售貨機(jī)的銷售額就可達(dá)到 600 億元。自動(dòng)售貨機(jī)的高（高技術(shù)）、新（新銷售方式）、大（市場(chǎng)潛力巨大）、真（商品貨 真價(jià)實(shí)）等優(yōu)點(diǎn)，決定了其具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)有關(guān)專家測(cè)算，在中國，自動(dòng)售貨機(jī)的市場(chǎng)容量最保守的估計(jì)也可達(dá) 47 萬臺(tái)之巨。 自動(dòng)售貨機(jī)適宜經(jīng)營的場(chǎng)所比較廣泛，機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭、地鐵口、商業(yè)街、校園、辦公寫字樓、居民生活小區(qū)、游樂場(chǎng)所等都是安裝自動(dòng)售貨機(jī)的好地方，而適銷的商品更是五花八門、種類繁多，只要是各種標(biāo)準(zhǔn)化的商品，都可通過自動(dòng)售貨機(jī)予以銷售。我們相信，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民消費(fèi)水平的不斷提高，對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的需求必將越來越多、越來越廣泛。 近幾年，隨著我國商品市場(chǎng)的不斷繁榮和城市現(xiàn)代化程度的不斷提 高，自動(dòng)售貨機(jī)也已悄然步入了我國的大中城市。在國家相關(guān)政府部門的大力支持下，中國的自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)以超常規(guī)的速度迅猛發(fā)展，并帶動(dòng)了一批新的服務(wù)業(yè)、物流運(yùn)輸配送業(yè)的快速發(fā)展，豐富了中國的商業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了一個(gè)全新的自動(dòng)銷售和自助服務(wù)時(shí)代。與此同時(shí)，隨著自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也誕生了一種新的廣告媒體渠道 —— 自動(dòng)售貨機(jī)機(jī)身廣告。自動(dòng)售貨機(jī)機(jī)身和附置燈箱為商家宣傳產(chǎn)品和品牌開辟了一個(gè)更廣闊的全新天地，是一種更具活力的戶外廣告媒體資源。它的投入成本小，廣告力度強(qiáng)，石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 深入場(chǎng)所范圍廣，具有深度傳播效應(yīng)。 為適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)，我 們選擇了自動(dòng)售貨機(jī)控制這個(gè)課題，按要求用 計(jì)出自動(dòng)售貨機(jī)控制電路，選擇 型，列出 I/O 地址分配表，繪制售貨機(jī)梯形圖。 他器件的研究現(xiàn)狀及附加電路 能傳感器 傳感器通常是指能感受并能按一定規(guī)律將感受的被測(cè)非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）轉(zhuǎn)換成便于處理與傳輸?shù)碾娏浚ㄒ话銥殡娏?，也有少?shù)為其他物理量，如光電信號(hào)）的器件或裝置。不難理解，在傳感器中包含著兩個(gè)必不可少的內(nèi)容。即：一是拾取信息、二是將拾取的信息進(jìn)行變換，使之變成一種與被測(cè)有確定函數(shù)關(guān)系且便于處理與傳輸?shù)奈锢砹浚?多數(shù)為電量。 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成。由于集成技術(shù)的發(fā)展，近代傳感器往往除敏感元件、轉(zhuǎn)換元件外，還包括有測(cè)量電路及輔助電源，用方框圖表示，大致入圖所示 非電量 電量 圖 1框圖 敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蚋袘?yīng)被測(cè)電量，并將其送到“轉(zhuǎn)換元件”轉(zhuǎn)換成電量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。測(cè)量電路是指將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號(hào)的電路。有的傳感器不僅具有測(cè)量功能，還具有根 據(jù)輸入的多種信息加以選擇和判斷的功能。這種發(fā)展趨勢(shì)的特點(diǎn)表現(xiàn)在以傳感器為核心，同時(shí)結(jié)合了各種先進(jìn)技術(shù)和方法，從而形成了一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，這就是“傳感技術(shù)”或“傳感器”技術(shù)。 傳感器技術(shù)按工作原理、輸入信息和應(yīng)用范圍來分類。 A 按工作原理分類 傳感起按其傳感的工作原理之不同，大體可分為物理型、化學(xué)型及生物型三大類。 物理型傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的的特殊物理敏感電源 轉(zhuǎn)換元件 測(cè)量元件 輔助電源 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 性能制成的傳感器。如利用金屬、半導(dǎo)體材料在被測(cè)物理量作用下引起的電阻值變化的電阻式傳感器；利用磁阻隨被測(cè)物理量變化的電感、差動(dòng)變 壓器式傳感器；利用壓電晶體在被測(cè)力作用下產(chǎn)生的壓電效應(yīng)而制成的電壓式傳感器等。近年來利用半導(dǎo)體材料的某些特殊性質(zhì)而制成的多種傳感器，如利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)、光電效應(yīng)和霍爾效應(yīng)制成的壓敏、光敏和磁敏傳感器等。 在物理傳感器中又可分為物理型傳感器和結(jié)構(gòu)傳感器。所謂物理型傳感器是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應(yīng)把被測(cè)物理量直接轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。結(jié)構(gòu)型傳感器是以結(jié)構(gòu)（如形狀、尺寸等）為基礎(chǔ)，利用某些物理量規(guī)律實(shí)現(xiàn)把被測(cè)信息轉(zhuǎn)換為電量。此外，還有利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)的化學(xué)傳感器和利用生物活性物質(zhì)選擇性的識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)判定某種物質(zhì)是否存在，其濃度是多少，進(jìn)而利用電化學(xué)的方法進(jìn)行電信號(hào)轉(zhuǎn)換的生物傳感器。 B 按傳感器的輸入信息分類 按輸入信息（或被測(cè)參數(shù)）分類，傳感器可分為位移、速度、加速度、力、壓力、流速、溫度、光強(qiáng)、濕度等傳感器。如溫度傳感器中就包含有用不同材料和方法制成的各種溫度傳感器，如熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器、 二極管溫度傳感器、熱釋電溫度傳感器等。 除以上兩種分類方法外，還有按應(yīng)用范圍和應(yīng)用對(duì)象來加以分類的。如振動(dòng)測(cè)量傳感器、光 學(xué)傳感器、液位傳感器。特別在醫(yī)學(xué)測(cè)量中往往習(xí)慣于按被測(cè)器官來對(duì)傳感器加以分類，如心音傳感器、心電傳感器、脈搏傳感器。 近年來，信息技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)傳感器提出了更高的要求，促使傳感器產(chǎn)生了一個(gè)飛躍，這就是智能傳感器的產(chǎn)生。 全球性電氣電子工程學(xué)會(huì)在 1998 年通過了智能傳感器的定義，即除產(chǎn)生一個(gè)被測(cè)量或被控量的正確表示之外，還同時(shí)具有簡(jiǎn)化換能器的綜合信息以用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的功能的傳感器。但不少專家認(rèn)為，未來智能傳感器所包含的內(nèi)容要豐富得多。 智能傳感器的實(shí)現(xiàn)： 實(shí)現(xiàn)傳感器智能化，需要讓傳感器具 備理想智能傳感器的層次結(jié)構(gòu)，讓傳感器具備記憶、分析和思考能力。就目前發(fā)展?fàn)顩r看，有三條不同的途徑可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)要求。 利用計(jì)算機(jī)合成（智能合成） 利用計(jì)算機(jī)合成的途徑即只能合成是最常見的，其結(jié)構(gòu)形式通常表現(xiàn)為傳感器與微處理的結(jié)合，利用模擬電路、數(shù)字電路和傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)并行操作，采用優(yōu)化、簡(jiǎn)化的特征提取方法進(jìn)行信息處理，即使在設(shè)計(jì)完成后，還可以通過重新編制程序改變算法，來改變其性能和使用，使起具有多功能適應(yīng)性。這種智能傳感器稱為計(jì)算型石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 智能傳感器。 利用特殊功能的材料（智能材料） 利用特殊功能的材料的途徑，其 結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)為傳感器與特殊功能的材料的結(jié)合，以增強(qiáng)檢測(cè)輸出信號(hào)的選擇性。其工作原理是用具有特殊功能的材料來對(duì)傳感器檢測(cè)輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行辨別，僅僅選擇出有用的信號(hào)輸出，對(duì)噪聲或非期望效應(yīng)則通過特殊功能進(jìn)行抑制。 實(shí)際采用的結(jié)構(gòu)是把傳感器材料和特殊功能的材料組合在一起，做成一個(gè)智能傳感器功能部件。特殊功能的材料與傳感器材料的合成可以實(shí)現(xiàn)幾乎是理想的信號(hào)選擇性。比如固定在生物傳感器頂端的酶就是特殊功能材料的一個(gè)典型例子。 利用功能化幾何結(jié)構(gòu)（智能結(jié)構(gòu)） 功能化幾何結(jié)構(gòu)的途徑是將傳感器做成某種特殊的幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械 結(jié)構(gòu)，對(duì)傳感器檢測(cè)的信號(hào)的處理通過傳感器的幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處理通常為信號(hào)辨別，即僅僅選擇有用的信號(hào)，對(duì)噪音或非期望效應(yīng)則通過特殊幾何、機(jī)械結(jié)構(gòu)抑制。這樣增強(qiáng)了傳感器檢測(cè)輸出信號(hào)的選擇性。 由于這些信號(hào)處理的特殊的幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)是相對(duì)簡(jiǎn)單、可靠的，而且進(jìn)行信號(hào)處理是與傳感器檢測(cè)信號(hào)完全并行的，使得處理時(shí)間非常短。但信號(hào)處理的算法通常不可編制程序，一旦幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配完成，很難再修改，功能單一。 通過查閱圖書，并在網(wǎng)上進(jìn)行了比較和查找，我們最終選定了 幣識(shí)別器，下面將對(duì)它 的一些主要功能進(jìn)行說明，它的主要性能指標(biāo)自動(dòng)識(shí)別 5 角、 1元硬幣、自動(dòng)識(shí)別硬幣的真?zhèn)闻c殘缺，并拒絕假幣與殘缺幣的使用，與退幣器連接可通 電腦接駁技術(shù)參數(shù)電壓。它很好的實(shí)現(xiàn)硬幣的識(shí)別，并能自動(dòng)分辨真?zhèn)巍? 20V 交流電供電電源 這是一個(gè)典型的 220V 的交流電變換成直流電的供電電路，為了提高電源的可靠性，要求在一次側(cè)和二次側(cè)之間加一個(gè)屏蔽層， 橋式整流二極管。 9 為電解電容做為濾波用， 抗干擾的電容。電路中采用了 7805 和 7812 作為穩(wěn)壓模塊，其最大輸出電流為 足系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的要求，以提高應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和精確度。 電路圖如下： 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 1流變直流電源 動(dòng)售貨機(jī)的飲料供應(yīng)系統(tǒng)的電路圖 汽水電動(dòng)機(jī) 果汁電動(dòng)機(jī) 咖啡電動(dòng)機(jī) 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 1動(dòng)售貨機(jī)的飲料供應(yīng)系統(tǒng)的電路圖 飲料供應(yīng)系統(tǒng)我們選擇了最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來供應(yīng)飲料，圖中當(dāng)線圈閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使飲料沿著通道出來。 計(jì)內(nèi)容及要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 該售貨機(jī)可以投入 5 角、 1 元、 5 元硬幣。自動(dòng)售貨機(jī) 出汽水、果汁和咖啡。 當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過 ，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)硬幣總值等于或超過 3 元時(shí)，汽水和果汁按鈕同時(shí)亮；當(dāng)投入硬幣等于或超過 5 元時(shí)，汽水、果汁和咖啡三個(gè)按鈕同時(shí)亮。 當(dāng)汽水按鈕燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出， 10S 后自動(dòng)停止，同時(shí)指示燈滅。 當(dāng)果汁按鈕燈亮?xí)r，按果汁按鈕，則果汁排出， 10S 后自動(dòng)停止，同時(shí)指示燈滅。 當(dāng)咖啡按鈕燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則咖啡排出， 10S 后自動(dòng)停止，同時(shí)指示燈滅。 若投入的硬幣總值超過所購商品的價(jià)格（汽水 ，果汁 3 元，咖啡 5 元），則找錢指示燈亮，同時(shí)進(jìn)行 找錢動(dòng)作。 設(shè)計(jì)要求：按上述內(nèi)容用 計(jì)出自動(dòng)售貨機(jī)控制電路，選擇 型，列出I/O 地址分配表，繪制售貨機(jī)梯形圖，并加以解釋。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 設(shè)計(jì)原理及創(chuàng)新點(diǎn) 體思路 根據(jù)售貨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動(dòng)售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)。 (1)計(jì)幣系統(tǒng)： 當(dāng)有顧客買飲料時(shí)，投入的錢幣經(jīng)過感應(yīng)器，感應(yīng)器記憶投幣的個(gè)數(shù)關(guān)且傳送到檢測(cè)系統(tǒng)（即電子天平）和計(jì)幣系統(tǒng)。只有當(dāng)電子天平測(cè)量的重量少于誤差值時(shí)，允許計(jì)幣系統(tǒng)進(jìn)行疊加錢幣，疊加的錢幣數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)寄 存器中。如果不正確時(shí)，認(rèn)為幣值不足。自動(dòng)退幣，等待新顧客。 (2)比較系統(tǒng)： 當(dāng) 10 秒內(nèi)沒有錢幣投入，認(rèn)為錢幣投入完畢，系統(tǒng)通過軟件控制會(huì)把數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較，當(dāng)投入的錢幣小于 時(shí)，指示燈 ，顯示投入的錢幣不足。此時(shí)可以再投幣或選擇退幣。3 元之間時(shí)，汽水選擇指示燈常亮。當(dāng)大于 3 元時(shí)，汽水和果汁的指示燈同時(shí)常亮。當(dāng)大于 5 元時(shí)，汽水，果汁，咖啡燈均亮，此時(shí)可以選擇飲料或選擇退幣。 (3)選擇系統(tǒng)： 比較電路完成后選擇電路指示燈是常亮的，此時(shí)可按下 汽水或果汁或咖啡按鈕，當(dāng)飲料供應(yīng)完畢時(shí)，指示燈同時(shí)熄滅。 (4)飲料供應(yīng)系統(tǒng)： 當(dāng)按下選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，飲料隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著通道出來，接著電機(jī)到達(dá)一個(gè)限位開關(guān)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，等待下一次動(dòng)作。 (5)退幣系統(tǒng)： 當(dāng)顧客購?fù)觑嬃虾?，多余的錢幣會(huì)自動(dòng)從退幣口退出去。通過軟件編程計(jì)算出剩余的錢幣數(shù)，以 5 角為單位輸出。當(dāng)感應(yīng)器記錄的個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時(shí)，退幣電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 計(jì)流程圖 圖 2計(jì)流程圖 比較幣價(jià) 選擇飲料 汽水選擇 減去汽水用幣 果汁選擇 減去果汁用幣 咖啡選擇 減去咖 啡用幣 是否退幣 退幣計(jì)算 結(jié)束 錢不足 開始 投幣計(jì)數(shù) 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 新點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)基于大量的市場(chǎng)調(diào)查和理論研究。首先，我們 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。調(diào)查了多個(gè)品牌的自動(dòng)售貨控制系統(tǒng)，研究了他們優(yōu)缺點(diǎn)，吸收了一些比較好的設(shè)計(jì)思想。其后，我們又查閱了大量的資料文獻(xiàn)，其中最多的是國內(nèi)外最新發(fā)表的論文，豐富了我們的理論依據(jù)。然后，根據(jù)我們擁有的材料用 現(xiàn)自動(dòng)售貨控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，最后在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了其軟件設(shè)計(jì)。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 編程控制器選擇 在使用可編程控制器時(shí)，如何正確選擇合適的機(jī)型是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)可編程控制器的廠家很多，而同一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品又有不同的系統(tǒng)，同一系統(tǒng)中又有不 同的型號(hào)，這使當(dāng)前市場(chǎng)上的可編程控制器型號(hào)眾多，從而給帶來了一定的困難。 可編程控制器的選型可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮： 功能和結(jié)構(gòu)?？删幊炭刂破鞯墓δ苋找嬖龆?，不同型號(hào)的產(chǎn)品在功能上有較大的差異。當(dāng)控制對(duì)象只要求開關(guān)控制時(shí)，從功能角度說，幾乎所有型號(hào)的可編程控制器都可勝任。而當(dāng)控制對(duì)象有模擬量的輸入 /輸出控制要求或其他特殊功能要求時(shí)，就應(yīng)仔細(xì)了解不同系統(tǒng)、不同型號(hào)的可編程控制器的功能特點(diǎn)。合理選用各種功能模塊會(huì)使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既滿足控制要求，又能最大限度的利用可編程控制器的軟件和硬件資源。 輸入、輸出模塊的 選擇。大多數(shù)可編程控制器輸入、輸出模塊都可有多種選擇。輸入模塊完成控制命令、故障及狀態(tài)檢測(cè)等輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換。一般來說，這些信號(hào)的種類可能不同，經(jīng)輸入模塊的變換后就可將這些不同電平的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭删幊炭刂破鲀?nèi)部的統(tǒng)一電平信號(hào)。此外，輸入模塊還兼有外部電路與可編程控制器內(nèi)部電路的隔離作用和防止干擾的作用。輸入模塊的類型一般分為直流、交流兩種。輸出模塊用來將可編程控制器內(nèi)部的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號(hào)。開關(guān)頻率不高的交直流負(fù)載一般選繼電器輸出型模塊；開關(guān)頻率高、電感強(qiáng)、低功率因數(shù)的負(fù)載可考慮選用晶閘管輸出模塊 ；開關(guān)頻率較高的直流負(fù)載則應(yīng)選用晶體管輸出模塊。 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算。 I/O 點(diǎn)數(shù)是可編程控制器的重要技術(shù)指標(biāo)。合理選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)造價(jià)投入最低。 傳統(tǒng)設(shè)備及各種電器組件所需的編程 I/O 點(diǎn)數(shù)在不同的場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)不盡相同，選擇 I\O 點(diǎn)數(shù)的原則是根據(jù)具體設(shè)備的控制要求有所取舍 ,滿足要求即可。 通過對(duì)可編程控制器的選型要求的分析，結(jié)合我們學(xué)過的知識(shí)，我們將目標(biāo)選定在三菱公司生產(chǎn)的 列，這里對(duì) 行簡(jiǎn)要介紹。 列中功能最強(qiáng)，速度最高的微型可編程序控制器。其基本單 元如下表擴(kuò)展單元如表，擴(kuò)展模塊如表。用戶存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到 16K 步。 I/O 點(diǎn)最大可擴(kuò)展到 256 點(diǎn)。其本指令的執(zhí)行石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 速度超過了很多大型 多種特殊功能模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊，高速計(jì)數(shù)模塊，脈沖輸出模塊，位置控制模塊，如表所示所示。使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可實(shí)現(xiàn)模擬量控制。位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 3000 多點(diǎn)輔助繼電器， 1000 點(diǎn)狀態(tài)繼電器， 200 多點(diǎn)定時(shí)器， 200 點(diǎn)16 位加計(jì)數(shù)器， 35 點(diǎn) 32 位加 /減計(jì)數(shù)器， 8000 多點(diǎn) 16 位數(shù)據(jù)寄存器 。 表 3列 本單元 型 號(hào) 輸入 點(diǎn)數(shù) 輸出 點(diǎn)數(shù) 擴(kuò)展模塊 擴(kuò)充點(diǎn)數(shù) 繼電器輸出 可控硅輸出 晶體管輸出 8 24~32 6 16 24~32 4 24 48~64 2 32 48~64 0 40 48~64 4 64 48~64 在估出被控對(duì)象所需的 I\考慮留有 10%裕量 ,就可確定所選型號(hào)的 設(shè)計(jì)開始我們想用步進(jìn)指令來完成本次設(shè)計(jì)，后來在實(shí)際的操作中，我們發(fā)現(xiàn)用步進(jìn)指令時(shí)有一些我們不能解決的問題，于是我們又想到了應(yīng)用 部的基本功能指令來實(shí)現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)所要求實(shí)現(xiàn)的功能。列出了用 本功能指令實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的 I/O 地址表 表 3動(dòng)售貨機(jī) I/O 地址編號(hào) 輸 入 輸 出 名稱 編號(hào) 代號(hào) 名稱 編號(hào) 代號(hào) 5 角入口感應(yīng) 水指示燈 元入口感應(yīng) 汁指示燈 元入口感應(yīng) 啡指示燈 水按鈕 錢指示燈 汁按鈕 水口 啡按鈕 汁口 水限位開關(guān) 啡口 汁限位開關(guān) 錢 啡限位開關(guān) 過 I/O 口的比較和 型的選擇原則我們最終選中的 型為三菱公司的 電器輸出。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 統(tǒng) I/O 配置和硬件電路的設(shè)計(jì) 選定 型后，接下來的工作就是系統(tǒng) I/O 配置和硬件電路的設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)按以下三個(gè)方面進(jìn)行： 型、系統(tǒng)配置、連接圖設(shè)計(jì)。 ，就好象人的手和腳，用于獲取必要的信息和執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。 輸入設(shè)備有開關(guān)量信號(hào)、數(shù)字輸入信號(hào)、脈沖信號(hào)和模擬量輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有開關(guān)量信號(hào)、脈沖信號(hào)和模擬量輸出信號(hào)。在做設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)的 I/出 I/O 表，然后按類型和特點(diǎn)選用 I/O 模塊和每個(gè)模塊的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 數(shù)字量輸入模塊。與數(shù)字量輸入端相連的輸入設(shè)備可以是各種開關(guān)量，我們本次設(shè)計(jì)主要涉及按鈕和傳感器，他們所連的電源可以是交流的，也可以是直流的。 數(shù)字量輸入模塊可以分為直流輸入模塊和交流 輸入模塊。 數(shù)字量輸出模塊。數(shù)字量輸出模塊用于驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，如繼電器、電磁閥等。數(shù)字量輸出模塊按輸出類型可分為繼電器型、晶體管型和可控硅型。本次設(shè)計(jì)中我們需要的輸出電壓既有交流又有直流所以我們選用繼電器型的。 模擬量輸入模塊。連接到模擬量輸入接線端的模擬量信號(hào)經(jīng)過模塊內(nèi)的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用來檢測(cè)溫度、壓力、流量等模擬信號(hào)的大小。不同的模塊所能連接的模擬量輸入通道也不同。 電流 /電壓測(cè)量信號(hào)、溫度測(cè)量信號(hào)、模擬量輸出模塊。模擬量輸出模塊接受的是 送出來的數(shù)字量，在經(jīng)過該模擬塊內(nèi)的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換后得到供輸出的模擬信號(hào)。輸出的模擬量大小正比于該模塊所接受的數(shù)字量，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。 系統(tǒng)的配置 統(tǒng)配置的主要內(nèi)容就是箱體和模塊的選擇，選哪些、怎么選、選多少、怎么組合成系統(tǒng)，就是系統(tǒng)配置的中心問題。 統(tǒng)配置可分為基本配置、擴(kuò)展配置和特殊配置。 系統(tǒng)配置的基本原則為： 完整性原則、可靠性原則、發(fā)展性原則、繼承性原則、經(jīng)濟(jì)性原則 系統(tǒng)配置注意事項(xiàng)為： 按照系統(tǒng)的 I/O 總數(shù)和規(guī)模，確定可選用的機(jī)型。確定時(shí)要遵循發(fā)展性和繼承性原則，既要能滿足系統(tǒng)的控制要求，又應(yīng)有良好的性能價(jià) 格比。 估算 I/O 點(diǎn)數(shù)及模擬量路數(shù)，并確定要選用的機(jī)型。 依照完整性原則計(jì)算出所需的模塊數(shù)后，應(yīng)注意加上一定的裕量，一般為 20%。石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 這時(shí) 型和 I/O 模塊的選擇方案可能有多個(gè)。 計(jì)算各個(gè)方案的投入費(fèi)用，并依經(jīng)濟(jì)性原則選擇其中最優(yōu)的方案。 在確定了控制對(duì)象的控制任務(wù)以后，首先進(jìn)行的是控制系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，用流程圖明確各信息流之間的關(guān)系，然后具體安排輸入、輸出的配置。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)配置結(jié)束后，就要參照每個(gè)模塊的實(shí)際電路連接要求，將開關(guān)量、模擬量的輸入和輸出點(diǎn)依次連接到這些模塊的接線端。注意：不同的 產(chǎn)廠家的端子板連接方法是不同的，應(yīng)特別注意電源等級(jí)、公共端等的連接方法。這個(gè)步驟也要很細(xì)心，我們先查閱個(gè)廠家 每個(gè)型號(hào)的 I/O 接線圖，嚴(yán)格按接線圖接線。從而確保了硬件電路的安全。我們通過對(duì)本課題的分析，和 I/O 點(diǎn)編號(hào)的羅列畫出了 I/O 接口圖，圖中列出了我們需要的所有的輸入 /輸出點(diǎn)和 接口，見圖 3 在進(jìn)行了上述工作后根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了整體的分析，將大體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)思，畫出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3 圖 3動(dòng)售貨機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 3，為應(yīng)用軟件的編程提出明確的目的、依據(jù)、要求和指標(biāo)，編制出軟件編程說明書。其內(nèi)容應(yīng)包括：可編程控制器用戶軟件功能分析和設(shè)計(jì)：程序結(jié)構(gòu)；程序設(shè)計(jì)等。 在正式編程前，首先確定應(yīng)用軟件的功能。這些功能大體有三個(gè)：控制功能、操作功能和自診斷功能。 （ 1）控制功能：控制功能是可編程控制器應(yīng)用軟件的主要部分，系統(tǒng)正常工作的控制功能由該部分實(shí)現(xiàn)。 （ 2）操作功能：操作功能指的是人 機(jī)界面，通常單臺(tái)可編程控制器控制時(shí)，不必多做考慮。但當(dāng)可編程控制器多機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，特別在工業(yè)局域網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)，操作功能的程序設(shè)計(jì)問題就必須加以考慮。當(dāng)然，在工業(yè)局域網(wǎng)中，大多包括有計(jì)算機(jī)，此時(shí)操作功能往往可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 （ 3）自診斷功能：自診斷功能包括可編程控制器自身工作狀態(tài)的自診斷和系統(tǒng)中受控設(shè)備工作狀態(tài)的自診斷兩部分。目前大多數(shù)可編程控制器自身都有較完善的自我診斷功能，用戶程序中自診斷主要是指判斷受控設(shè)備的工作狀態(tài)等。 模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，是可編程控制器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的最有效、最基 本的方法。程序結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的基本任務(wù)就是以模塊化程序結(jié)構(gòu)為前提，以系統(tǒng)功能要求為依據(jù)，按照相對(duì)獨(dú)立的原則，對(duì)每一個(gè)模塊提供軟件要求和編程說明。 序設(shè)計(jì)的方法與步驟 程序設(shè)計(jì)步驟 ,序設(shè)計(jì)我們按以下步驟進(jìn)行： 根據(jù)任務(wù)書要求確定被控制系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。 分配輸入 /輸出設(shè)備，即哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到 ，哪些外圍設(shè)備是接收來自 號(hào)的，并將 輸入、輸出口與之對(duì)應(yīng)進(jìn)行分配。 程序框圖設(shè)計(jì)。根據(jù)工藝要求，繪制出程序流程圖及各功能單元的詳細(xì)功能框圖。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 應(yīng)用程序的編 寫。先畫出梯形圖，梯形圖能體現(xiàn)出按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。 以上幾步中，前兩步屬程序設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。編程準(zhǔn)備工作包括對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更加深入的分析和理解，弄清楚系統(tǒng)要求的全部控制功能，以硬件為基礎(chǔ)，確定出軟件的功能和作用。 顯然，在建立一個(gè) 制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把需要的 I/O 數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。在分配了 輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)程序框圖了。 程序框圖設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的設(shè)計(jì)步驟。這一步的主要 工作是根據(jù)軟件編程說明書的總體技術(shù)要求和控制系統(tǒng)具體情況，確定應(yīng)用程序的基本結(jié)構(gòu)，按程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)繪制出程序結(jié)構(gòu)框圖。 應(yīng)用程序的編寫 制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)控制功能的，對(duì)于我們初次搞畢業(yè)設(shè)計(jì)的人，應(yīng)以步為核心一步一步設(shè)計(jì)下去，逐步修改調(diào)試。 在進(jìn)行梯形圖軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)出的框圖和腹稿逐字逐句的編寫控制程序。它是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的核心部分，為了提高編程效率，應(yīng)熟練掌握編寫順序控制程序的編程技巧及一些基本電路的編程方法，得到符合控制要求的梯形圖。 在設(shè)計(jì)初我們用了步進(jìn)順序指令來實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì) 案 1:步進(jìn)順序指令 步進(jìn)順控指令的梯形圖比較簡(jiǎn)單，而且比較直觀，使復(fù)雜的順序控制程序能夠方便地實(shí)現(xiàn)，見圖 4對(duì)應(yīng)的語句表程序如下： 8002 0 0 0 20 20 7 29 1 0 2 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 1 3 2 4 21 5 31 6 41 21 3 0 D 22 22 6 31 4 1 D 32 32 7 41 5 2 D 42 42 10 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 22 32 42 10 28 28 11 0 29 29 12 4動(dòng)售貨機(jī)的 200000 22 29 32 42 8002 7 11 6 0 100 4 2 0 2 6 4 100 2 100 10 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 0 20 12 11 29 222 42 10 0 9 29 0 2 3 3 100 4 100 31 41 7 2 家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 4步進(jìn)順序指令梯形圖 我們想通過 步進(jìn)順控指令系統(tǒng)來完成該次設(shè)計(jì)，但在開始傳感器這一部分我們就遇見了麻煩，由于對(duì)于傳感器的具體功能和型號(hào)不能很好的了解，于是我們就想到了用 功能指令系統(tǒng)即用 部的基本指令來實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的要求。于是出現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的第 2 套方案 。 案 2:本功能指令 條件跳轉(zhuǎn)指令 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號(hào)、操作數(shù)及程序步長如表 表 4件跳轉(zhuǎn)指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號(hào) 操作數(shù) [D.] 程序步長 備注 條件跳轉(zhuǎn) 0～ 63 為 作跳轉(zhuǎn)標(biāo)記 16 位 — 3 步，標(biāo)號(hào) P— 1 步 16 位指令 連續(xù) /脈沖執(zhí)行 比較指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號(hào)、操作數(shù)及程序步長如表 表 4較指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號(hào) 操作數(shù) 程序步長 備注 [[ [D.] 比較 K、 H、 T、 C、D、 V、 Z、 Y、 M、 S 16 位 — 7 步 32 位 — 13步 16/32 位指令 連續(xù) /脈沖執(zhí)行 區(qū)間比較 K、 H、 T、 C、D、 V、 Z Y、 M、 S 16 位 — 7 步 32 位 — 13步 16/32 位指令 連續(xù) /脈沖執(zhí)行 傳送指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號(hào)、操作數(shù)及步長如表： J（ P） D ）P） D ）P） 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 表 4送指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號(hào) 操作數(shù) 程序步長 備注 [[ [D.] 傳送 D） P） K、 H、 T、 C、 D、V、 Z Y、 H T、C、 D、 V、Z 16 位 — 5 步 32 位 — 9 步 16/32 位指令 單次 /連續(xù)執(zhí)行 加法指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號(hào)、操作數(shù)及程序步長如表： 表 4法指令功能表 指令名稱 助記符 /功能號(hào) 操作數(shù) 程序步長 備注 [[ [D.] 加法 D） P） K、 H T、 C、 D、 V、 Z T、 C、 D、 V、 Z 16— 7 步 3 位 — 13 步 16/32 位指令 連續(xù) / 脈沖執(zhí)行 指令說明： 加法指令是將指定的元件中的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中去。 減法指令（ 指令格式： 該指令的指令名稱、助記符、功能號(hào)、操作數(shù)及程序步長如表 表 4法指令功能表 指令名稱 助記符 / 功能號(hào) 操作數(shù) 程序步長 備注 [ [ [D.] 減法 1 （ D ）P） K、 H 、 C、 D、 V、 Z 、 C、 D、 V、 Z 16 位 — 7 步 32 位 — 13步 16/32 位指令 連續(xù) / 脈沖執(zhí)行 經(jīng)過分析我們寫出了功能指令表： 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 4本功能指令梯形圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 4本功能指令梯形圖 其中圖 4現(xiàn)了自動(dòng)售貨機(jī)的記幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)，那么下面將對(duì)飲料供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行解釋： 飲料供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖如下 ： 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 4水供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖 圖 4汁供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 4啡供應(yīng)系統(tǒng)的 和梯形圖 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 5 章 結(jié)論 該設(shè)計(jì)基本上完成了設(shè)計(jì)所要求的任務(wù)，但由于經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)能力有限。本設(shè)計(jì)存在諸多不足。比如在投幣系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)僅限于硬幣，當(dāng)所投的錢是紙幣時(shí)就無法識(shí)別。目前已出現(xiàn)了多種先進(jìn)的自動(dòng)售貨機(jī)： 售賣的商品可根據(jù)擺放場(chǎng)所的需要量身定制，包括冷熱飲料、零食、電話卡及海外進(jìn)口的特色商品等。更引人注目的是，透過這種智能售貨系統(tǒng)，存貨、銷售、物流信息可以準(zhǔn)確及時(shí)反饋給客戶，此外，其還支持現(xiàn)金、銀行卡、儲(chǔ)值卡、代金卡等多種交易支付模式，從而使交易過程更加安全和便利，同時(shí)方便實(shí)現(xiàn)較大金額 的支付和交易結(jié)算。這種新一代自動(dòng)售貨機(jī)除了更方便售賣貨品之外，還被視為一種傳播廣泛的廣告媒介。除了機(jī)器機(jī)體本身可以成為廠同時(shí)隨著金融支付手段的增多， 、手機(jī)移動(dòng)支付等技術(shù)才可以使自動(dòng)售貨機(jī)提供便利服務(wù)成為可能，這些自動(dòng)售賣平臺(tái)的創(chuàng)新模式，無疑為國內(nèi)的自動(dòng)售貨業(yè)迅速成長創(chuàng)造了條件。商的平面廣告載體外，機(jī)器上所安裝的 示屏也可以播放動(dòng)態(tài)廣告。 故本設(shè)計(jì)題目進(jìn)一步開發(fā)研究的空間還很大，應(yīng)該廣泛借鑒現(xiàn)有的技術(shù)，使自動(dòng)售貨機(jī)向著智能化的方向發(fā)展，最大程度上滿足人們的生活需要。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 參考文獻(xiàn) [1] 王兆義主編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997,（ 01） [2] 王衛(wèi)星等編 北京：中國水利水電出版社， 2002,（ 01） [3] 李養(yǎng)旺 J]2005,(02) [4] 王祁 ,于航 — 智能傳感器和多功能傳感器 [J]傳感器技術(shù) 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