可拆裝報紙自動販賣機的設計.docx

可拆裝報紙自動販賣機的設計摘要: 本文介紹了如何將傳統(tǒng)的自動售貨機進行簡化和優(yōu)化，設計出一種基于積木式結構系統(tǒng)的小型報紙自動販賣機，以達到節(jié)約成本、簡化管理的目的。該販賣機的每個可拆裝小系統(tǒng)具有體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點，有利于在公交車站、地鐵站、購物超市等推廣。關鍵詞:報紙自動販賣機 積木式結構系統(tǒng) 可拆裝1. 前言 常規(guī)的自動報紙販賣機功能很多，但是許多功能并不能經(jīng)常被用到，造成浪費。比如青島澳柯瑪自動商用設備有限公司所開發(fā)的FC06系列報紙自動售貨機1，其具的多種子功能，包括多種報紙出售、GPRS功能、LCD顯示、超大展屏、多種貨幣識別系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)等。但是這些功能并不是經(jīng)常被用到。出于簡化和節(jié)約成本的目的，設計一種小型的，實用性強的經(jīng)濟型報紙自動販賣機是有必要的。 如果將系統(tǒng)設計得即小巧又輕便，基本功能齊全，并且可以任意組合的話，那么可以將數(shù)臺機器組成一個陣列，稱為積木式結構系統(tǒng)，如圖1所示。而組成這個系統(tǒng)的各個部件則稱作積木部件或積木組件。如果將這個系統(tǒng)用于此報紙販賣機上，管理人員就可以隨意搭建系統(tǒng)，根據(jù)所售報紙種類多少和每種報紙數(shù)量多少自由確定所需要的部件數(shù)量，從而達到減小成本，方便管理的目的。本設計基于這個思路，采用積木式結構系統(tǒng)，減小成本、方便管理，以利于報紙自動販賣機的推廣。2. 設計思路2.1基本模型本報紙自動販賣機的積木式結構系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖1 積木式結構系統(tǒng)示意圖在此模型的基礎上，將各個部件再設計成更小型的積木式結構系統(tǒng)，這樣不僅可以為用戶提供更好的可組合性、更多的方便，也能更節(jié)省成本。不過對于報紙自動販賣系統(tǒng)來說，每個部件應該設計成同一樣式，也就是說，整個系統(tǒng)只有一種部件。用若干個這種部件，搭建起一個系統(tǒng)，它能夠完成報紙自動販賣的功能。其弊端是不能共用資源，如送報紙機構、顯示模塊等，但它卻具有明顯的優(yōu)點，譬如拆組方便、設定方便、單個部件體積小、重量輕、易于運輸搬放等?？傮w上來說，此模型在實現(xiàn)基本功能的基礎上，對傳統(tǒng)的自動販賣機進行了簡化和優(yōu)化，使得許多用戶有了更多的選擇余地。2.2部件組成單個部件其實就是一個小系統(tǒng)（下文均稱小系統(tǒng)）。每個小系統(tǒng)應該具有報紙自動販賣機的基本功能，其中包括：分報功能、送報功能、計數(shù)功能、顯示功能、錢幣識別功能、找錢功能。除了這些基本功能以外，還可以有一些附加功能。在不增加成本、體積和重量的前提下，盡量提高系統(tǒng)的性能，這些功能如蜂鳴器提示、指示燈閃爍提示、語音提示、鍵盤輸入等。這些功能都應該根據(jù)實際需要合理地選用。本次設計所選用的附加功能有蜂鳴器提示和指示燈閃爍提示，它們的主要作用是告知用戶報紙已經(jīng)準備好，提醒用戶取走報紙；或者告知用戶找錢已經(jīng)準備好，提醒用戶取走找錢。一個小系統(tǒng)的基本組成如圖2所示。圖2 小系統(tǒng)基本功能組成圖由于找錢功能實現(xiàn)需要許多硬件，所以決定將其單獨做成一個部件。如果系統(tǒng)做得比較小，可以不用找錢功能。3. 設計方案3.1各模塊實現(xiàn)方案設計3.1.1 分報模塊每份報紙都可以看作是一本比較薄的書，所以可以像分書一樣分報。分報的實現(xiàn)過程如下：（1） 管理人員從箱體后面打開后蓋，將報脊朝前放進報紙，放好后，合上后蓋；（2） 報紙被放進箱體后，不是報脊的一側被壓緊，而報脊一側下文的支撐移走，報脊一側處于懸空狀態(tài)。這樣，每份報紙就分開了。3.1.2 計數(shù)模塊 計數(shù)模塊以硅光電池為主要元件。它其實只直到了光電開關的作用。報紙分開后，光電開關模塊自上而下或是自下而上從報脊端掃描一次，有多少個脈沖產(chǎn)生，就有多少份報紙。以后每出售一份報紙，計數(shù)就減一。3.1.3 送報模塊送報模塊的主要零件是磨擦輪。當分報模塊完成分報動作后，如果有人來買報紙，送報模塊開始工作。報紙是從最上面開始出售的。當計數(shù)模塊完成計總數(shù)的動作后，先前壓緊的部分適當松開，這樣報紙就像打印紙放在打印機上一樣了。利用打印機吸紙的原理，將報紙一份份地送出。如果用戶沒有取走報紙，送報機構將報紙吸回門內(nèi)，下一位用戶購買時再將其送出。3.1.4 錢幣識別模塊由于系統(tǒng)要做得小巧，所以系統(tǒng)只收取硬幣。硬幣也便于管理和識別。硬幣識別的依據(jù)為硬幣在經(jīng)過某一段路程的時間值2。當用戶投入一個硬幣時，硬幣沿著固定的軌道下滑，當滑到某一個地方，經(jīng)過一個光電對管，系統(tǒng)以硬幣遮住光電對管時開始計時，離開光電對管停止計時。硬幣經(jīng)過一個長長的軌道，到達這個光電對管時有幾乎相同的速度，不同的硬幣直徑不同，那么它們經(jīng)過對管的時間也不一樣。將測得的時間和標準時間進行比較，就可以得出用戶所投的是不是硬幣，是多少面值的硬幣。如果硬幣不能被系統(tǒng)識別，就將其退還給用戶。硬幣是儲存在儲錢槽里的。儲錢槽一共有兩種，分別用來儲存五角和一元的硬幣（暫時沒有考慮一角的硬幣）。硬幣被投入后，滾到半路會被擋住，如果這枚硬幣不能識別，在此擋卡下方的漏幣孔打開，硬幣漏出到找錢倉。如果是可以識別的硬幣，那么會被推著跨過擋卡繼續(xù)前進，直到儲錢槽上面的漏幣孔。如果是一元的硬幣，是不會掉下去的；如果是五角的硬幣，就會從漏幣孔掉下去。到達儲錢槽的硬幣被頂桿頂?shù)揭贿?，硬幣就放好了?.1.5 顯示模塊顯示模塊主要用于告知用戶和管理員當前系統(tǒng)運行狀態(tài)。采用LCD顯示，選用12864模塊進行顯示。12864有很多型號，從中選取一種具有背光、屏幕較大、價格較便宜的一種便可。3.1.6 輸入模塊在箱體后面放置一個按鈕，當管理員需要取走等剩余報紙，放進新報紙時，先按此按鈕。此按鈕按下后，才能放進報紙，如果直接打開后蓋，由系統(tǒng)設計不能放進報紙。前面板上也有一個按鈕，是用戶要買報紙時的輸入按鈕。3.1.7 提示模塊在箱體前面放置一綠色LED提示取走報紙。箱體內(nèi)放置一蜂鳴器輔助LED的提示。3.2各模塊結構設計3.2.1分報模塊報紙的一側要被壓緊，要實現(xiàn)這個功能，所選擇的機構就必須有自鎖功能。具有自鎖功能的機構很多，比如蝸輪蝸桿、梯形螺紋等?？紤]到要方便松開，又易于控制，這里我們選用蝸輪蝸桿，其中蝸桿部分同時是電動機的軸。整個系統(tǒng)比較小型化，要裝夾的報紙不是很多，所以此處的電動機選用較小型的電動機就可以了。電動機和蝸輪蝸桿都安裝在整個小系統(tǒng)的底部。此機構的大致結構圖如下所示。蝸輪4與軸1固定聯(lián)接，蝸輪的轉動直接帶動軸的轉動。5為頂部的軸，軸1和軸5之間有兩根拉絲，拉絲上固定著一個壓板。拉絲的上下運動使壓板對報紙進行壓緊或放松。整個壓板只能在兩根軸之間運動，所以上下需要裝上限位開關。圖3 送報機構示意圖圖中7為支撐板。當報紙放進箱體，后蓋關上后，電動機9轉動，帶動蝸輪8轉動。蝸輪和一直齒輪是一體的，此直齒輪帶動和7固連的齒條向后運動，這樣報脊就懸空了。報與報之間就分開了。當需要放報的時候，齒條又將支撐板拉回前方。3.2.2讀數(shù)模塊主要部分為上圖中的13，光電讀數(shù)器。角形鐵的一邊安上發(fā)射頭，一方安上硅光電池。整個機構由電機11帶動，經(jīng)過三個帶輪，在箱體上下面之間上下運動。剛放入報紙時，機構運動一次，從上到下或者從下到上計一次數(shù)，計數(shù)完成后，不用復原，只需要走到極限位置即可。機構上下也有限位開關。整個機構的電路圖如下所示：圖4 計數(shù)器原理圖DS1為發(fā)射端，D2為硅光電池。在一般的光照下，硅光電池的輸出有較小的變化，但一般電壓均在00.3V之間。當被其匹配的發(fā)射管照射時，輸出電壓約為0.5V。通過調節(jié)R2，使得三極管Q1基極電壓為0.3V左右，當沒有匹配光照射時，三級管不導通，OUT輸出為1；當有匹配光照時，D2上部電壓為0.5V左右，三極管基極和發(fā)射極之間電壓為0.8V左右，此時三極管導通，OUT輸出為0（0.4V左右）。上面只是將放入的報紙數(shù)了一遍，此結果將顯示在面板上。當每賣出一份報紙，此結果就減一，直到所有報紙均賣完。3.2.3 送報模塊送報模塊14完全仿造打印機的吸紙送紙機構進行設計，有關資料請查閱參考文獻3，這里就不再贅述。3.2.4 錢幣識別模塊整個模塊的位置在箱體的左方，三個電動機的上方，以節(jié)約空間。具體的方案前面已經(jīng)有詳細說明。3.2.5面板面板的布置如下圖：圖5 面板示意圖圖中1為報紙出口，2為LCD，3為投幣入口，4為出幣口，5為系統(tǒng)指示區(qū)，6為按鈕。報紙出口、投幣口、出幣口上方各有一指示燈，當提示的時候，指示燈閃爍。系統(tǒng)指示的作用是指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，包括電源指示燈等。按鈕起輸入作用，如果用戶要買一份報紙，必須先按一下按鈕。3.3總體實現(xiàn)整個的實現(xiàn)需要一個控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的信號輸入輸出口數(shù)量，選擇一款CPLD比一款單片機在軟件上實現(xiàn)起來更方便。此小系統(tǒng)的輸入輸出不是很多，所以Altera公司的低級CPLD EPM3032已經(jīng)能夠滿足要求。這款CPLD有600個門，32個IO口，價格僅為RMB10元左右。電機的控制采用小型繼電器，如QCF系列。所有電機均使用直流電機，12V系列。計數(shù)器的電機由于功率不用很大，可以使用5V減速電機。這樣可以節(jié)約成本，而又能達到要求。系統(tǒng)用市電供電，加變壓器變壓到12V，穩(wěn)壓，再供給電機。12V電壓引出一路供給CPLD和5V電機工作。5V電壓由L7805穩(wěn)壓。前后均加4700uF電解電容消除由于電機開停所造成的大幅度抖動。5V電壓再經(jīng)過7133穩(wěn)壓到3.3V，供給CPLD工作。繼電器均選用3.3V系列，這樣方便與CPLD連接。由上面的圖3可以看出，一個小系統(tǒng)其平面大小只比一份A3大小的報紙略大，高度和長度近似相等。整個系統(tǒng)的拼接需要外殼有特殊的設計。拼接的部分要將市電接口考慮進去，其接口采用插座式，每個小系統(tǒng)箱體后面有一根三腳電源線，同時有一個插座接口，這樣既能保證拼接上的每個系統(tǒng)都有供電接口，又安全方便。硬件的拼接示意圖則如下所示：圖6 外殼示意圖由上圖可以看出，此小系統(tǒng)之間不僅上下可以拼接，左右也可以拼接，其采用的是插入原理。小系統(tǒng)之間一定的配合可以保證整個系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性。在拼裝的時候，先一行一行地拼裝，再將行與行之間拼裝起來，直接實行單個拼入是不行的。4. 討論 總體上來說，此設計具有節(jié)約成本、方便使用的特點，創(chuàng)新點在于其積木式結構以及小型化的外觀。此系統(tǒng)也具有許多不足，比如找錢功能和錢幣識別功能因為體積和成本的原因有所簡化；不能放置太多報紙在機器中；安全性能較差，不能放置在不易管理的場合；防水性抗風性較差，一般只適用于室內(nèi)等。本設計中的一些模塊已經(jīng)經(jīng)作者搭建并實現(xiàn)其功能?？傮w成本大致在400500元之間。當然此系統(tǒng)