智能泳装售货机电路系统设计分析

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摘要：本文设计的智能泳衣售货机通过有线网络与云端远程连接并保持在线，通过云端对销售情况进行管理及调度，电路设计包括货物二维扫码模块、电源模块、伺服驱动模块、通信模块，系统提出了蚂蚁算法计算泳衣出货的最优路径。经过测试，该电路运行稳定，解决泳衣产品在自动售货机上销售时的智能识别、理货出货、人机交互以及销售资金和信息管理等问题，提高了用户的购买效率。

关键词：整体结构；电路系统；蚂蚁算法；最优路径

引言

本泳衣售货机通过有线网络与云端远程连接并保持在线，通过云端对销售情况进行管理及调度。售货机内部有140个仓位，最多可容纳140件商品，每件商品允许有各自的品类、型号、价格及其他信息，每件商品通过独立的二维码进行标识并由设备内部和网络后台通信，实现自动识别。每次上货后，设备对仓位进行建仓扫描，扫描后的货物类型、数量等信息存储在本地并上传到云端。销售产品单品价值较高，特别舍弃了传统现金支付方式，仅保留在线支付方式，系统维护简单，管理方便，提高了用户购买效率，方便企业对销售信息和资金的在线管理。每一台泳衣售货机都有全球唯一代码，云端后台可以通过网络监控每一台设备的实时销售情况，也可以统计已销售的产品类型和数量多少，并通知当地理货员及时维护和上货。

1系统整体设计

如图1所示，自动售货机由售货机壳体，以及水平运动机构、垂直运动机构、扫码推顶机构、仓储机构和电气控制模块组成。如图2所示，电气系统由电源、计算机、控制器、二维码扫描、伺服电机、触摸屏等模块组成[1]。泳衣商品由人工随机上货，扫码推顶机构扫码枪对每个仓位进行扫码，将二维码信息通过串口通讯电路传输给PC机；客户通过触摸屏既可以看到模特的穿着效果，也可以按照提示选择自己需要的商品，进行在线支付。客户按下对应的商品，系统把这个指令发送到后台服务器。后台服务器按照所选商品的定价生成收款二维码并传递给售货机，且在显示屏上显示出来，顾客扫码付款，支付成功后，扫码推顶机构根据系统数据库中的商品仓位信息，运动到该仓位将货物推出。

2系统电路设计

2.1电源电路

如图3所示，售货机输入电源220V，经过变压器降到14V左右，整流电路把14V正弦交流电转换为峰值为12V的电压，经过MC7812与MC7805输出5V电压，IC7805的1、2脚内部电路可以等效为一个电阻，电容与IC内部等效的反馈电路形成RC电路，使充放电时间常数变大，电压波动变小，又由于7805本身是稳压块，对于波动的电压有稳压作用。系统3.3V电源，采用LM7805将12V转为5V，然后再串联LD1117转为3.3V。输入电压和输出电压压差越大，转换效率越低，发热越大。为了提高稳压芯片的工作效率，减少发热量，在电路中需要多路电压时经常会使用这种方式，可以先用稳压芯片将12V稳压成5V，然后再将5V转换成3.3V。

2.2单片机电路

系统采用以STM32为控制核心的最小系统，利用该芯片与上位PC机进行串口通信、伺服电机控制、电磁阀的控制[2]。如图4所示，通过MAX232转换芯片与计算机通信。MAX232芯片不仅可以实现RS－232C的技术指标，而且芯片的供电电源只需要＋5V，这样不仅使串行通信的性能更加可靠，而且价格低廉，单片机的TD（发射）与MCU＿TXD1连接，单片机的RD（接收）与MCU＿TXD1连接；PC机的接收与T1OUT相连，发射与R1in相连，接口J1与芯片MAX232的连接。通信协议如下：1）串行通信的波特率设为15200B／S；2）帧格式为1位起始位，8位数据位，2位停止位；3）无奇偶校验位；4）PC机采用COM1口进行通信。

2.3执行机构电路

推顶机构的运动由两台小功率伺服电机作为主要动力源，配有1︰50的行星齿轮伺服电机专用减速器，驱动轻便，运动平稳，节能环保，支持超低功耗待机和远程软件管理，最低待机功耗仅60W，常规工作能耗小于120W。如图5所示，AM26LS31四差动线路驱动器开关速率32MHz；输出电流±30mA；具有输出短路保护功能；断电时输出呈高阻状态；兼容TTL电平，与单片机连接使用，后级连接控制伺服放大器，将脉冲信号转换成差动输出。机构门锁与推顶由电磁阀驱动，通过ULN2002达林顿驱动电路，可用于驱动电磁阀、步进电机等感性负载。

3系统算法

售货机有140个仓位，既有140地址目标点，货物推顶机构通过两台伺服电机驱动运行，当客户选择多个泳衣商品时，控制器要根据各个仓位位置计算出最优路径。

3.1蚁群算法

蚁群可以在不同的环境下，寻找最短到达食物源的路径。这是因为蚁群内的蚂蚁可以通过某种信息机制实现信息的传递。后又经进一步研究发现，蚂蚁会在其经过的路径上释放一种可以称之为“信息素”的物质，蚁群内的蚂蚁对“信息素”具有感知能力，它们会沿着“信息素”浓度较高路径行走，而每只路过的蚂蚁都会在路上留下“信息素”，这就形成一种类似正反馈的机制，这样经过一段时间后，整个蚁群就会沿着最短路径到达食物源了[3]。

3.2路径计算

应用蚁群算法求解路径优化问题，每个仓位坐标输入由0和1组成的矩阵表示货物推顶机构需要寻找最优路径的地图，其中0表示此处可以通过，1表示此处为障碍物，应无障碍，矩阵全为0，输入初始的信息素矩阵，选择初始点和终止点并且设置各种参数。选择从初始点下一步可以到达的节点，根据每个节点的信息素求出前往每个节点的概率，并利用轮盘算法选取下一步的初始点。计算公式：

4结语

本文设计的智能泳装自动售货机电路，给出了以单片机为控制器的硬件电路设计，对售货机的仓位货物的目标寻址提出了蚂蚁算法。经过测试，该电路运行稳定，能够实现泳衣自动售货机的售货功能，又能实现销售数据的监控和管理。

参考文献：

[1]肖鹏飞，陈公兴，岑智中，等.一种基于互联网+的新型自动售货机的设计与实现[J].科技与创新，2019(23)：103+106.

[2]王永虹.STM32系列ARMCortex-M3微机控制器原理与实践［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[3]肖艳秋，焦建强，乔东平，等.蚁群算法的基本原理及应用综述[J].轻工科技，2018，34（3）：69-72.

[4]李梦丹.基于蚁群算法西安旅游路线的优化研究[J].价值工程，2017(12)：136-137.

作者：戴亦宗 张友宏 单位：扬州市职业大学