對于流體自動售貨機，國內外的研究并不成熟，尤其是對于流體液位體積的測量技術依然不夠完善，在測量精度方面不能滿足控制要求。另外，對于影響測量液體準確度因素的研究不夠細致。環境因素變化導致溫度變化會導致液體的熱脹冷縮，會影響檢測的準確度；若液體流量過小，則流量檢測出來的誤差值增大；輸送液體管道收縮體積變化直接會導致測量誤差。本文內容是設計出一款集售賣、計量、現金支付、移動支付技術于一身的，針對流體的自動售賣機控制系統。

 

總體設計方案

       將 STM32 作為自助鮮啤售賣機的中樞神經系統，控制自動售賣機售賣動作的整個流程。主控制器向功能驅動板發出售賣命令，功能驅動板驅動電機帶動泵開始運作，啤酒從儲存的容器中向管道開始輸送。在管道盡頭設置裝設一個比例流量閥，控制流速。啤酒通過流量計時，系統自動測量流量。非常后，啤酒通過水槍注入到預設的容器中。觸摸屏上可以手動輸入購買量、自主選擇結算方式、并且能夠循環播放廣告，吸引消費者的注意。系統總體框圖如圖 1 所示。

核心控制元件

       在測量電路中安裝渦街流量計。每次鮮啤售賣的量需要精確計量，單位體積鮮啤的價格乘上測得的流量即是此次售賣的總價。流量計所起到的核心作用就是計量。渦街流量計非常大特點是結構設計簡單、運行維護方便費用較低，液體的密度、壓力、溫度不會影響流量的測量精度。渦街流量計將流量信號轉變為電脈沖信號，電脈沖信號與液體流量的關系呈正比關系。通過捕捉電脈沖信號，實現對液體流量的測量。本次控制系統設計將選擇應力式渦街流量計，此款流量計的主要特點如圖 2 所示。

       電機由于慣性作用，不能立即停止運動，因此管道中輸送的液體啤酒也不能立即停止流動，這種現象稱為液壓系統的“沖轉現象”。沖轉現象導致啤酒實際售賣量大于預設購買量，造成一定誤差。電機慣性作用導致啤酒售賣過程產生誤差的量稱為“過充量”。過充量的大小與啤酒流速成正比關系，流速越大，過充量越大，流速越小，過充量越小。比例流量閥對啤酒流速控制的穩定性的越高，啤酒計量的精確度就越高，產生的誤差就越小。為了更好的控制比例流量閥，將 PID 控制算法應用在比例閥的控制器中，顯著提高閥芯位移控制的精確程度。當要達到預設購買值時，控制閥芯位移，降低流速，以免產生較大“過沖量”，減小誤差，保證測量的精度。PID 控制算法原理如圖 3 所示。

 

       STM32 主控制器與功能驅動板之間的通訊通過 RS485通信電路實現。因為 RS485 是差分電路，所以此通信電路具有很強的抗干擾性，可以實現遠距離數據傳輸，同時數據傳輸的速率也能滿足系統設計的要求。RS232 通信電路主要用于 STM32 與服務器之間的通訊工作，實現售賣數據聯網上傳，支付寶等移動支付功能。

 

       渦街流量計輸出的電脈沖信號在傳輸過程中容易受到環境因素的干擾，為盡可能減少干擾誤差，在流量計的輸出端與 STM32 之間加裝光電耦合器。光電耦合器的內部結構如圖 4 所示。

支付方式的選擇 

       當點擊觸摸屏，手動輸入啤酒購買量后，可以自主選擇支付方式。既可以選擇傳統的現金支付方式，也可以選擇支付寶等移動支付方式。如圖 5 所示。

 

       傳統的貨幣支付不僅包含硬幣支付、紙幣支付，硬幣找零功能也不可或缺。所以實現現金支付功能既需要硬幣識別器，也需要紙幣識別器，識別硬幣紙幣的面值以及真偽。實現支付寶、微信等移動支付功能的前提是將自助鮮啤自動售賣機聯網。實現自助鮮啤售賣機聯網主要有兩種方式：以太網線連接與 STM32 單片機的 WIFI 模塊。自助鮮啤售賣機聯網后，可將售賣信息上傳到服務器，方便后臺管理售貨信息，了解每臺售賣機的運行情況，不需要人力到現場確認，大大提高運營的效率。現金支付與移動支付的流程如圖 6 所示。

 

總結

       本次系統設計自動售賣機的聯網，可以通過以太網線或者 WIFI 實現自動售貨機的聯網。流量測量電路的設計中，采用流量計對每次鮮啤售賣量進行精確的的測量，比例閥控制流速，并將 PID 控制算法應用到比例閥的控制器中，精確控制閥芯的位移精度。比例閥與流量計的應用很大程度上減小了系統誤差，提高了系統測量精度。如果將設計的測量電路應用到針對流體的自動售賣機上，能豐富自動售賣機的種類，擺脫自動售賣機只能售賣瓶裝飲料弊端，避免日益增長的人工成本，更是智能化社會發展的標志，能帶來可觀的經濟收入。