基于STM32的现冲饮料自动售货机电控系统设计

摘要

随着互联网技术的迅速发展，传统自动售货行业迎来了新的发展契机。线上支付、后台管理等技术的出现，使得新一代自动售货机更加适应现代消费者的购物需求，并为商家的运营维护提供了更加便捷的方式。基于山东科大机电科技股份有限公司现冲饮料自动售货机开发项目，本文设计了一款以ARM内核单片机为主控芯片的现冲饮料自动售货机电控系统。该系统通过控制结构动作实现现场冲制多种产品，采用扫码支付方式，通过网络后台统一运营管理，具备故障自检和物料余量计算等功能。
　　针对委托方提出的设计要求，首先对现冲饮料自动售货机系统的结构进行了分析，了解了机械结构和上位机APP概况及相应控制需求，并对产品制作工艺进行了深入的分析。在此基础上提出了适用于本课题的嵌入式系统控制方案，并搭建了系统的有限状态机模型。硬件上采用多组电源为系统供电，为减少工频干扰等影响设计了信号调理电路对控制信号和传感器信号进行处理，设计了EEPROM存储电路以实现物料余量和产品配方的记录，并采用RS232通信电路实现与上位机的通信功能。软件上除了产品制作子程序，还设计了机械故障自检测和物料余量计算子程序，以及与APP之间的数据传输通信协议和通信程序。为实现主控板的老化测试，简化批量生产的调试过程，课题还设计了主控系统硬件测试平台，不仅降低了人工成本还提高了产品的可靠性。
　　在设计完成后对原型机进行了试运营与问题分析，通过试运营期间后台检测到的营业数据，可以发现本课题设计的现冲饮料自动售货机电控系统符合设计需求，操作便捷，购物体验流畅，具有一定的实用价值。

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Abstract

Contents

1 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 课题国内外研究概况

1.2.1 自动售货机国内外发展概况

1.2.2 自动售货机技术发展概况

1.2.3 嵌入式系统发展概况

1.3 课题主要研究内容

1.4 本章小结

2 现冲饮料自动售货机控制方案设计

2.1 现冲饮料自动售货机系统概述

2.1.1 现冲饮料自动售货机制作流程概述

2.1.2 系统机械概况及控制需求

2.1.3 系统上位机概况及通信需求

2.2 系统分析模型

2.3 电控系统方案的确定

2.3.1 控制方式的选择

2.3.2 电控系统方案的设计

2.4 本章小结

3 电控系统硬件电路设计

3.1 主控电路设计

3.2 电源电路设计

3.3 输入信号处理电路设计

3.4 输出信号处理电路设计

3.5 步进电机驱动器控制电路设计

3.6 其他电路设计

3.7 本章小结

4 电控系统软件程序设计

4.1 系统基本状态与软件结构概述

4.1.1 基本状态转换程序

4.1.2 初始化程序设计

4.2 通信协议与通信程序设计

4.2.1 通信协议

4.2.2 通信程序设计

4.3 产品制作子程序设计

4.4 自检子程序设计

4.5 其他软件设计

4.5.1 软件计料方法设计

4.5.2 转盘电机转速设计

4.6 本章小结

5 调试及结果分析

5.1 主控板实验室测试

5.2 联调与问题分析

5.2.1 通信与上位机功能验证

5.2.2 机电功能验证与调试

5.2.3 原型机现场试运营

5.2.4 调试故障与问题分析

5.3 主控系统硬件测试平台设计

5.3.1 测试平台硬件设计

5.3.2 测试平台软件设计

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

附录A 电控系统硬件电路原理图

附录B 网络后台界面

附录C 测试平台电路原理图

附录D 电控系统主控板实物图

致 谢

攻读硕士期间主要成果