基于ARM嵌入式系统的自动售货机控制器研发

摘要

自动售货机的诞生和发展，充分地体现了当代科学技术正向着高度的智能化、网络化方向的发展。作为整个自动售货机系统的核心，主控制系统主要负责协调各种外部设备的工作，以实现各个外设的功能最大化，完成销售过程。目前，基于ARM7微处理器的控制器以其突出的优势占据了自动化设计的主要市场，经常作为科研人员进行控制系统设计时的第一选择。另一方面，自动售货机的控制器与外部设备之间的通信技术基本成熟，主流的通信协议包括MDB/ICP和EVA-DTS协议。基于以上两个方面的考虑，本课题在设计时，采用了基于ARM7微处理器的微控制器LPC2214作为控制核心，遵循MDB/ICP和EVA-DTS协议，并参考、借鉴了国际上成功的经验和成熟的技术，提出了许多新的设计方案。
　　 论文从科研背景和当前研究现状着手，概括总结了课题研究前进行的一些调查研究工作，并对课题研究及系统设计过程中所使用的重要技术、重要协议进行综述。
　　 论文从需求描述入手，在硬件和软件两个方面进行需求分析，明确了课题研究的具体任务，并且在此基础上分别给出了硬件模块化设计和软件层次化设计方案。这一总体设计方案的介绍为接下来的具体设计过程做了很好的铺垫。
　　 在介绍完总体设计方案后，论文从器件选型、电路原理设计、印刷电路PCB板图绘制等方面，详细地描述了硬件电路板的设计过程，制作出以微控制器LPC2214为核心，由MDB通信接口、数据下载接口、电机驱动接口、信号检测和调理电路、实时时钟、人机界面和信息存储单元等模块组成的自动售货机控制系统的硬件电路板，并进行了硬件电路调试。
　　 在硬件电路的基础上，进行了软件部分的设计。软件的设计包括三个层次：1）底层驱动层软件程序的编辑，实现了简单的、基于硬件的功能以及底层硬件的驱动；2）功能驱动层软件程序的编辑，在底层硬件驱动的基础上，通过调用相关的函数实现MDB会话、存储数据下载、温度检测和时间设定读取等功能；3）应用层软件程序的编辑，根据一个自动售货机在正常工作时的需要，合理地调用底层驱动层和功能驱动层的相关函数，实现管理员对自动售货机的设置和消费者从自动货机购买商品的过程。
　　 由于MDB/ICP协议中规定的通信格式和微控制器自身串行接口的通信协议并不完全一致，所以MDB通信的实现成为了在这个设计过程中的重点和难点。问题的解决基于充分地利用了LPC2214微控制器串行通信中的奇偶校验模式。
　　 经过以上软件和硬件两方面的设计后，本课题的研究成果能够达到相关技术标准和功能需求，支持自动售货机行业的MDB/ICP和EVA-DTS主流协议，销售模式多样等特点。
　　 在论文的最后对这次的课题研究工作做了总结，并指出了未来本课题研究中的发展方向。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景以及研究意义

1.2 自动售货机控制系统的研究现状

1.3 课题研究内容及主要解决的问题

1.4 论文章节安排

第二章 相关理论知识

2.1 ARM7控制器

2.1.1 ARM的体系结构

2.1.2 ARM7TDMI

2.1.3 LPC2214ARM控制器

2.2 有限状态自动机

2.3 MDB/ICP协议

2.3.1 MDB/ICP协议概述

2.3.2 MDB/ICP通信方式

2.3.3 MDB/ICP协议软件工作规则

2.3.4 MDB/ICP硬件接口规定

2.4 EVA-DTS协议

2.4.1 EVA-DTS协议概述

2.4.2 数据报告

2.4.3 DEX/UCS通信标准

2.5 ATM1602S-FL-YBW-02B液晶显示芯片

2.6 ISL1208时钟芯片

第三章 需求分析及总体框架结构设计

3.1 系统需求陈述

3.2 硬件需求分析

3.3 软件需求分析

3.4 总体设计方案

3.5 本章小结

第四章 硬件部分设计介绍

4.1 硬件设计概述及硬件功能模块分析

4.2 核心控制器及调试接口

4.2.1 核心控制器选型

4.2.2 控制器资源分配

4.3 电源调理模块

4.4 复位电路

4.5 信息存储模块

4.6 实时时钟模块

4.7 数字信号输入输出

4.7.1 报警信号输出

4.7.2 模式按钮及门开关电路

4.7.3 光电检测输入

4.8 温度检测

4.9 人机交互

4.9.1 键盘输入电路

4.9.2 液晶显示模块接口

4.10 MDB通信模块

4.11 数据下载模块

4.12 电机组控制与检测

4.12.1 电机组驱动控制

4.12.2 电机检测

4.13 印刷电路板设计

4.14 本章小结

第五章 软件部分设计介绍

5.1 软件设计概述

5.2 LPC2214引脚连接设置

5.3 底层驱动层

5.3.1 蜂鸣器、门开关及售货检测驱动

5.3.2 模式切换驱动

5.3.3 键盘驱动

5.3.4 外部存储器读写

5.3.5 液晶显示模块驱动

5.3.6 I2C总线驱动

5.3.7 A/D转换驱动

5.3.8 DEX数据下载驱动

5.3.9 MDB底层驱动

5.3.10 电机组驱动

5.4 功能驱动层

5.4.1 数据下载功能

5.4.2 温度检测

5.4.3 实时时钟读写

5.4.4 MDB会话

5.5 应用层

5.5.1 应用程序设计概述

5.5.2 销售模式程序设计

5.5.3 管理模式程序设计

5.6 本章小结

第六章 现场测试

6.1 硬件测试

6.2 底层驱动和功能驱动测试

6.3 应用程序测试

第七章 结束语

致 谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录

附录1 自动售货机主控制板硬件原理图

附录2 自动售货机主控板布局图

附录3 自动售货机主控板与外设组合图