自动售货机的电气控制系统所有专业(编辑修改稿)

自动售货机的电气控制系统所有专业(编辑修改稿)内容摘要：

制系统借鉴分布式并行计算系统的设计思想，分 3个模块独立开发，包括主控模块、用户管理模块、 执行电机控制模块。 整个控制系统组成 1个小型的分布式网络。 使用 IIC串行通讯协议互相通讯。 5． 用户管理模块 该模块主要实现用户输入数据的采集和前期处理，接受用户的按键选择商品。 可扩充的输入方式有硬币器和纸币器的输入，输出方式为数码管和蜂鸣器输出，或者液晶屏输出。 6． 执行电机控制模块 该模块主要实现对主控命令的检测、分析、应答，从而确定执行电机的矩阵位置，并启动相应的电机，驱动双螺旋出货机构，完成自动售货。 7. 电气控制系统的硬件结构（见图 22） 平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 图 22电气控制系统的硬件结构图 自动售货机的工作要求 自动售货机能销售五种商品： A， B， C， D， E 假设每种商品数量无限。 自动售货机允许投入 1元、 2 元、 5元硬币： 若总币值等于顾客需要的商品单价时，机器送出需要的商 品； 若总币值大于顾客需要的商品单价时，机器除提供所需商品外，显示余额等待继续输入或者找回余额。 若总币值小于顾客需要的商品单价时，报警显示总额，机器提示“余额不足”等待继续输入或者取消交易。 机器内 1元和 2 元的找零硬币无限。 如果投入的硬币达到或大于所要购买商品的价格，就不必再投入硬币了，自动售货机会发出一个指示信号使接受硬币的装置不再接收新的硬币。 每次投币时间有限制，设定每次投币时间不超过 30秒，在时间到时，总币值不足顾客购买的商品单价时，自动售货机按钱数不足处理，退还全部硬币。 或者在设定时 间内，总投币值不足顾客购买的商品单价时，若需要取消交易则可按取消键，售货机按不足钱数处理，退还全部硬币。 当顾客完成一次购买后或按错按钮后，显示余额等待继续输入或者找回余额。 顾客一次只能购买一种商品的一个，若需要更多商品，需要重复操作。 平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 10 页 第 三 章 自动售货机的单片机控制 采用单片机控制，主要取代脉冲分配器，而给步进电机提供电源的驱动电路必不可省，同时用单片机可以实现对步进电机的走步数，转向以及速度控制等。 步进电机控制，用单片机同时控制 x 轴和 y 轴两台三相步进电机，控制接口如图 31 所 示。 此接口电路可选用可编程并行接口芯片 8255， 8255 的 PA 口的 PA0， PA1， PA2，控制 x 轴的三相步进电机， 8255的 PB0， PB1， PB2 控制 y 轴三相步进电机。 只要确定了步进电机的工作方式，就可以控制各相绕组的通电顺序，实现步进电机正转或者反转。 图 31两台步进电机控制接口示意图 平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 11 页 第四章 自动售货机系统硬件设计 自动售货机系统以 8051 单片机为中心，需要一系列如电源电路、复位电路、振荡电路保证其工作。 先通过键盘采集消费者所需商品信息，然后以电信号的形式传给单片机。 经过运算分析处理后单片 机一边将数据传给数码管进行显示，一边通过 8255控制电机的转动，从而推出顾客所需商品，达到售货目的。 另外，余额不足时可以通过 LED 报警。 当受到外界撞击时，由传感器接收信号转换为电信号，直接启动报警装置。 系统设计分为三部分：即单片机信息检测以及显示部分，步进电机控制部分，遇到外界撞击报警部分 图 41 系统设计框图 第二部分，是在接受到单片机传送来的商品信息后，通过控制 A步进电机的转动的方向以及圈数来选择商品然后通过步进电机 B 来推动商品。 即 A 电机控制 X 方向选择 B 电机控制 Y方向的推动。 如图 42所示 平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 12 页 图 42步进电机的控制 如 ：若要推动商品 E需要先转动步进电机向右 3个单位，然后步进电机 A推动商品，推动结束后，步进电机 A 向左移动三个单位，返回原来的位置，等待下次的推动，则依次推动结束。 同样推动商品 B 需要先左移动一个单位，然后步进电机 A 工作。 其他都是同样的工作原理。 复位电路 在每个用户使用单片机之前，我们都得使单片机复位，使中央处理器 CPU 以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，以消除上一个用户的操作对本次用户操作运行的影响。 51 的 RST引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有 效，持续时间要有 24个时钟周期以上。 例如：若 MCS51单片机的时钟频率为 12MHz，则复位脉冲宽度至少应为 2us。 通常，8051 的复位有自动上电复位和人工按纽复位两种，图六、图七分别显示出了它们的电路 图 43自动上电复位电路 图 44 人工按钮复位电路 自动上电复位电路 的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是 RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电， RST 端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 13 页 平，单片机开始正常工作。 人工按钮复位 的工作原理是：按钮按下后，电容两端被短路， RST 端电压上为高电平，单片机进入复位状态，按钮断开后，电源通过电阻 R1 对电容充电， RST 端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。 本次单片机采用自动上电复位电路。 74LS373 74LS373 是一种带输出三态门的 8D 锁存器。 1D~8D 为 8个输入端， 1Q~8Q 为 8个输出端。 G 为数据锁存控制端：当 G为“ 1” 时锁存器输出端同输入端：当 G由“ 1”变“ 0”时，数据输入锁存器中 OE 为输出允许端：当 OE 为“ 0”时，三态门打开：当 OE 为“ 1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。 在 51 单片机系统中，常采用 74LS373 作为地址锁存器使用，其连接方法为：输出端 1D~8D 接至单片机的 PO口，输出端提供的是低 8位地址， G端接至单片机的地址锁存允许信 ALE。 输出允许端 OE 接地，表示输出三态门一直打开。 图 45 74LS373引脚图 4LS373 的工作方式如表 平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 14 页 表 4LS373的工作方式 Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Qo X X H Z* H = 高电平 L = 低电平 Z = 高阻抗 X = 无 单片机引脚介绍 本次设计采用 89C51 单片机，其引脚如图 46所示 图 46 89C51单片机引脚 平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 15 页 8051 单片机是 40 引脚双列直插式的芯片，由左到右按 U 字形依次编号，则 20 引脚接地， 40 引脚接 Vcc高电频。 1~8 引脚为单片机 P1 口的 8 根引脚， 10~17 引脚为单片机 P3 口的 8 根引脚， 21~28 引脚为单片机 P2 口的 8根引脚， 32~39 引脚为单片机 P3 口的 8根引脚，这三个口是单片机的基本输入输出口。 其中 P0 口在不接片外存储器与不扩展 I/O口时，可作为准双向输入 /输出口。 在接有片外存储器或扩展 I/O 口时， P0 口分时复用为低 8 位地址总线和双向数据总线。 P1 口可作为准双向 I/O 口使用。 P2 口一般可以用作准双向 I/O 口使用；在接有片外存储器或扩展 I/O 口且寻址范围超过 256 字节时， P2口用作高 8位地址线。 P3 口处作 为准双向 I/O 口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且 P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入或第二功能。 P3 口的第二功能定义如表 ： 表 P3口的第二功能定义 引脚 第二功能 RXD 串行口输入端 TXD 串行口输出端 INT0 外部终端 0请求输入端 ,低电平有效 INT1 外部终端 1请求输入端 ,低电平有效 T0 定时器 /计数器 0技术脉冲输入端 T1 定时器 /计数器 1技术脉冲输入端 WR 外部数据存储器写选 通信号输入端 ,低电平有效 RD 外部数据存储器写选通信号输出端 ,低电平有效 9 引脚（ RST）是单片机的复位信号线。 上电复位和手动复位，当该引脚上持续两个机器周期的高电平后，就可以实现复位操作，使单片机回复到初始状态。 18 引脚是单片机的 XTAL2 端口，接外部晶振的另一端。 在单片机内部，它是片内振荡器的反向放大器的输出端。 当采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；对于 CHMOS 单片机，该引脚悬空不接。 19 引脚是单片机的 XTAL1 端口，接外部晶振的一端。 在单片机内部 ，它是一个反向放平 顶 山工 业职业 技 术学 院 毕业设计说 明 书 （ 论 文 ） 第 16 页 大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。 当采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该引脚接地；对于 CHMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 29 引脚（ PSEN）是单片机的片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。 每个机器周期该信号有两次有效，低电平有效的时候，单片机通过数据总线从 P0口读取指令或常数。 在访问片外数据存储器期间， PSEN 信号将不会出现。 30 引脚（ ALE/PROG）是单片机的地址锁存有效信号输出端。 在接片外程序存储器的时候，单片机的 ALE 端和锁存器的 CE 端，用来选中该 芯片。 31 引脚（ EA）为单片机片外程序存储器选用端。 该引脚低电平有效时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。 驱动电路的选择 方案一 使用功率场效应管的单电压功放电路 单电压功率放大电路是步进电机控制中最简单的一种驱动电路，图十一是一相绕组驱动电路的原理图（其他各相绕组的驱动电路与此相同）。 图中， T 是功率场效应管， L1是步进电机一相绕组电感， RD 为场效应管的漏极限流电阻， D 为续流二极管，为绕组提供放电回路，工作原理是：当环形分配器输出的信号 v01 为高电平时， T为 饱 和导通，绕组 L1 中产生电流 v01 为低电平时， T 截至， L1 中的电流消失。 所以场效应管工作在开关状态。 功放电路的负载是电机绕组，属于感性负载，当功放管 T 从饱和变截至时，由于绕组中的电流不会改变，从而会在绕组中产生一个很强的反电势，这个反电势和电源 Vcc 一起 叠加在功放管 T 的漏极上，很容易将功放管击穿，故将二极管 D 接在 T 的漏极 D 和电源 Vcc 之间，使得 T 在截至瞬间，电机绕组产生的反电势能通过续流二极管 D 泻放，从而保护功放管不受。