智能泳裝售貨機電路系統(tǒng)設計分析

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摘要：本文設計的智能泳衣售貨機通過有線網(wǎng)絡與云端遠程連接并保持在線，通過云端對銷售情況進行管理及調度，電路設計包括貨物二維掃碼模塊、電源模塊、伺服驅動模塊、通信模塊，系統(tǒng)提出了螞蟻算法計算泳衣出貨的最優(yōu)路徑。經(jīng)過測試，該電路運行穩(wěn)定，解決泳衣產(chǎn)品在自動售貨機上銷售時的智能識別、理貨出貨、人機交互以及銷售資金和信息管理等問題，提高了用戶的購買效率。

關鍵詞：整體結構；電路系統(tǒng)；螞蟻算法；最優(yōu)路徑

引言

本泳衣售貨機通過有線網(wǎng)絡與云端遠程連接并保持在線，通過云端對銷售情況進行管理及調度。售貨機內部有140個倉位，最多可容納140件商品，每件商品允許有各自的品類、型號、價格及其他信息，每件商品通過獨立的二維碼進行標識并由設備內部和網(wǎng)絡后臺通信，實現(xiàn)自動識別。每次上貨后，設備對倉位進行建倉掃描，掃描后的貨物類型、數(shù)量等信息存儲在本地并上傳到云端。銷售產(chǎn)品單品價值較高，特別舍棄了傳統(tǒng)現(xiàn)金支付方式，僅保留在線支付方式，系統(tǒng)維護簡單，管理方便，提高了用戶購買效率，方便企業(yè)對銷售信息和資金的在線管理。每一臺泳衣售貨機都有全球唯一代碼，云端后臺可以通過網(wǎng)絡監(jiān)控每一臺設備的實時銷售情況，也可以統(tǒng)計已銷售的產(chǎn)品類型和數(shù)量多少，并通知當?shù)乩碡泦T及時維護和上貨。

1系統(tǒng)整體設計

如圖1所示，自動售貨機由售貨機殼體，以及水平運動機構、垂直運動機構、掃碼推頂機構、倉儲機構和電氣控制模塊組成。如圖2所示，電氣系統(tǒng)由電源、計算機、控制器、二維碼掃描、伺服電機、觸摸屏等模塊組成[1]。泳衣商品由人工隨機上貨，掃碼推頂機構掃碼槍對每個倉位進行掃碼，將二維碼信息通過串口通訊電路傳輸給PC機；客戶通過觸摸屏既可以看到模特的穿著效果，也可以按照提示選擇自己需要的商品，進行在線支付。客戶按下對應的商品，系統(tǒng)把這個指令發(fā)送到后臺服務器。后臺服務器按照所選商品的定價生成收款二維碼并傳遞給售貨機，且在顯示屏上顯示出來，顧客掃碼付款，支付成功后，掃碼推頂機構根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的商品倉位信息，運動到該倉位將貨物推出。

2系統(tǒng)電路設計

2.1電源電路

如圖3所示，售貨機輸入電源220V，經(jīng)過變壓器降到14V左右，整流電路把14V正弦交流電轉換為峰值為12V的電壓，經(jīng)過MC7812與MC7805輸出5V電壓，IC7805的1、2腳內部電路可以等效為一個電阻，電容與IC內部等效的反饋電路形成RC電路，使充放電時間常數(shù)變大，電壓波動變小，又由于7805本身是穩(wěn)壓塊，對于波動的電壓有穩(wěn)壓作用。系統(tǒng)3.3V電源，采用LM7805將12V轉為5V，然后再串聯(lián)LD1117轉為3.3V。輸入電壓和輸出電壓壓差越大，轉換效率越低，發(fā)熱越大。為了提高穩(wěn)壓芯片的工作效率，減少發(fā)熱量，在電路中需要多路電壓時經(jīng)常會使用這種方式，可以先用穩(wěn)壓芯片將12V穩(wěn)壓成5V，然后再將5V轉換成3.3V。

2.2單片機電路

系統(tǒng)采用以STM32為控制核心的最小系統(tǒng)，利用該芯片與上位PC機進行串口通信、伺服電機控制、電磁閥的控制[2]。如圖4所示，通過MAX232轉換芯片與計算機通信。MAX232芯片不僅可以實現(xiàn)RS－232C的技術指標，而且芯片的供電電源只需要＋5V，這樣不僅使串行通信的性能更加可靠，而且價格低廉，單片機的TD（發(fā)射）與MCU＿TXD1連接，單片機的RD（接收）與MCU＿TXD1連接；PC機的接收與T1OUT相連，發(fā)射與R1in相連，接口J1與芯片MAX232的連接。通信協(xié)議如下：1）串行通信的波特率設為15200B／S；2）幀格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，2位停止位；3）無奇偶校驗位；4）PC機采用COM1口進行通信。

2.3執(zhí)行機構電路

推頂機構的運動由兩臺小功率伺服電機作為主要動力源，配有1︰50的行星齒輪伺服電機專用減速器，驅動輕便，運動平穩(wěn)，節(jié)能環(huán)保，支持超低功耗待機和遠程軟件管理，最低待機功耗僅60W，常規(guī)工作能耗小于120W。如圖5所示，AM26LS31四差動線路驅動器開關速率32MHz；輸出電流±30mA；具有輸出短路保護功能；斷電時輸出呈高阻狀態(tài)；兼容TTL電平，與單片機連接使用，后級連接控制伺服放大器，將脈沖信號轉換成差動輸出。機構門鎖與推頂由電磁閥驅動，通過ULN2002達林頓驅動電路，可用于驅動電磁閥、步進電機等感性負載。

3系統(tǒng)算法

售貨機有140個倉位，既有140地址目標點，貨物推頂機構通過兩臺伺服電機驅動運行，當客戶選擇多個泳衣商品時，控制器要根據(jù)各個倉位位置計算出最優(yōu)路徑。

3.1蟻群算法

蟻群可以在不同的環(huán)境下，尋找最短到達食物源的路徑。這是因為蟻群內的螞蟻可以通過某種信息機制實現(xiàn)信息的傳遞。后又經(jīng)進一步研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻會在其經(jīng)過的路徑上釋放一種可以稱之為“信息素”的物質，蟻群內的螞蟻對“信息素”具有感知能力，它們會沿著“信息素”濃度較高路徑行走，而每只路過的螞蟻都會在路上留下“信息素”，這就形成一種類似正反饋的機制，這樣經(jīng)過一段時間后，整個蟻群就會沿著最短路徑到達食物源了[3]。

3.2路徑計算

應用蟻群算法求解路徑優(yōu)化問題，每個倉位坐標輸入由0和1組成的矩陣表示貨物推頂機構需要尋找最優(yōu)路徑的地圖，其中0表示此處可以通過，1表示此處為障礙物，應無障礙，矩陣全為0，輸入初始的信息素矩陣，選擇初始點和終止點并且設置各種參數(shù)。選擇從初始點下一步可以到達的節(jié)點，根據(jù)每個節(jié)點的信息素求出前往每個節(jié)點的概率，并利用輪盤算法選取下一步的初始點。計算公式：

4結語

本文設計的智能泳裝自動售貨機電路，給出了以單片機為控制器的硬件電路設計，對售貨機的倉位貨物的目標尋址提出了螞蟻算法。經(jīng)過測試，該電路運行穩(wěn)定，能夠實現(xiàn)泳衣自動售貨機的售貨功能，又能實現(xiàn)銷售數(shù)據(jù)的監(jiān)控和管理。

參考文獻：

[1]肖鵬飛，陳公興，岑智中，等.一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的新型自動售貨機的設計與實現(xiàn)[J].科技與創(chuàng)新，2019(23)：103+106.

[2]王永虹.STM32系列ARMCortex-M3微機控制器原理與實踐［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[3]肖艷秋，焦建強，喬東平，等.蟻群算法的基本原理及應用綜述[J].輕工科技，2018，34（3）：69-72.

[4]李夢丹.基于蟻群算法西安旅游路線的優(yōu)化研究[J].價值工程，2017(12)：136-137.

作者：戴亦宗 張友宏 單位：揚州市職業(yè)大學