论文部分内容阅读
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.003
摘 要：该文阐述了一种基于51单片机的自动取餐机器，降低了劳动力成本，提高了餐厅的售餐的高效性。自动售餐机由电动机输出额定转速，通过链传动带动主动轴承旋转，皮带轮在轴承驱动下带动两条同步带匀速运动，同步带间置有定位餐盘的支架，实现餐盘的往复运动，光电开关控制餐盘的停转。自动售餐机底部置有红外线灯管，定时间隔对往复运动到底部的餐盘进行加热，达到保温效果。取餐口置有紫外线灯管，只在取餐时对内部环境进行消毒。
关键词：51单片机 光电开关 紫外线 红外线
中图分类号：TN973.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0003-03
Design of Automatic Sale of the Machine Based on 51 Microcontrollers
Zhang Yi1 Shao Jun1 Gao Yuan1 Jiang Run 2 Wang Shuyun3
（1.School of Mechanical Engineering，HeFei University of Technology；2.School of Management，HeFei University of Technology；3.School of Electrical and Automation Engineering，HeFei University of Technology， Hefei Anhui， 230009， China）
Abstract： This paper elaborates a kind of automatic sale of the machine based on 51 microcontrollers which greatly reduces the labor cost and improves the efficiency of the restaurant . The rated speed of the automatic sale of the machine is outputd by the motor driving active bearings for rotary motion through chain drive.The pulley drives two synchronized belts with uniform motion under the bearing drive.The timing belt is equipped with a bracket for positioning the tray to achieve the reciprocating motion of the tray and the meal is stopped by the photoelectric switch.The infrared light tube which is at the bottom of the automatic sale of the machine heat the plate reciprocating to the bottom by interval time to achieve insulation and sterilization effect.There is an ultraviolet lamp in the mouth of the meal which disinfect the Internal environment only when taking a meal.
Key Words： 51 microcontrollers； Photoelectric switch； Ultraviolet ray； Infrared ray
機器人送餐技术首先由国外提出并采用，目前国内一些高档餐厅开始使用机器人送餐，虽节省了劳动力，但其成本过高，应用范围狭隘。当下，国内外部分自动售餐机研究致力于在餐盘中植入存储芯片，总体成本过高，且餐盘不易区分，此外还餐盘具有专一性，使用极为不便。国内目前也只是简单引进国外技术，但并不适合普通餐厅及食堂。
为此，该文在传统取餐方式的基础上采用机械与电子相结合，设计了一种基于51单片机的自动取餐机器，应用于企业员工、高校学生以及公共餐厅就餐，极大地降低了劳动力成本，提高了餐厅售餐的高效性与及时性，具有很高的实用性。
1 自动售餐机的工作原理
1.1 自动售餐机的主体框架
自动售餐机的外观是一个密封的箱体装置，箱体的右侧为一可上下抽拉的侧板，用于打开箱体，及时更换餐盘。自动售餐机的取菜口在箱体的正上方，靠近取餐口的内部置有功功率为25 W的紫外线灯管。取餐口的正下方为带动餐盘的运输传动机构，运输传动机构由8个带轮和2条同步带组成。2条同步带间置有定位餐盘的支架，随着同步带一同运动。运输机构正对取餐口的上端安装光电开关，控制电动机停转。运输机构的正下端安装红外线灯管，维持箱体的温度，箱体表面共有4个DS18B20型号温度传感器测定箱内温度，并将温度信号反馈给单片机，实现动态的温度控制。工作原理框图见图1。
1.2 自动售餐机的主要设计尺寸
考虑到自动售餐机的占地空间、容纳量、工作效率等多方面因素，箱体设计尺寸为长60 cm、宽大于23 cm、高为80 cm、同步带长910 mm、宽为5 cm、高为710 mm、两个带轮间距为13 cm，带轮直径为Φ200 mm，可搭载16个定位餐盘的支架。定位餐盘支架的底盘为边长100 mm的正方体，内接直径为Φ50 mm的圆柱型凹槽，餐盘的底部直径不得大于Φ50 mm。 2 自动售餐机的组成
该文采用Solidworks软件对自动售餐机的主体部分进行了模型设计和工程图输出（如图2（a）（b）（c）所示），并标记了自动售餐机的组成部分。自动售餐机主要由运输传动系统、恒温调节系统、消毒灭菌系统组成。
2.1 运输传动系统
运输传动系统主要由托盘、皮带、链传动、直流电机、带轮、光电开关等机构组成。在接收到单片机输出的脉冲信号后开始转动，通过与电机以键连接传动的链轮带动链条转动，传动比为5∶6。主动轴带动带轮做匀速旋转运动，带轮与链轮的传动比为4∶1，每4个带轮与一条类矩形同步带相啮合，系统中只有2个带轮起动力作用，其余的6个带轮只起传动作用。2个带轮间的轴承保证了两条同步带的同步运动，进而达到同步带上固定托盘稳定运输餐盘的作用。将餐盘取走后，箱体侧壁上与餐盘中间位置平齐的光电开关通电，并将高电平电信号输入单片机内，单片机接收到信号后，启动电动机转动，当下一个餐盘运动到光电开关中间时，光电开关断电，将低电平电信号输入到单片机内，单片机接收到信号后，停转电动机，依次往复循环工作。如果光电开关持续通电6 s，此时也会将产生高电平信号输入到单片机内，单片机响应中断程序，电动机停止转动，并且单片机通过蜂鸣器发出响声，示意工作人员补充食品。
2.2 恒温调节系统
恒温调节系统用于保证箱体内食物的温度。因此，选用数字温度传感器DS18B20型号温度传感器，其温度测量范围为-55 ℃～+125 ℃，测量结果以9～12位数字量方式串行传送到单片机存储器内与设定的温度进行比较，对应的可分辨温度为0.062 5 ℃，可实现高精度测温。将4个DS18B20型号温度传感器对称分布在箱体的两侧，准确测量箱体内部的温度的变化，并将测量的温度模拟量信号通过测温模块的A/D转换输出数字量电压信号到单片机内部，单片机CPU将数字量电压信号与系统设定的恒定电压数值进行对比，若高于所设定数值，单片机通过D/A转换将信号输出到远红外线石英管加热装置中，断开电源，停止工作，一段时间后，箱体内的温度经A/D转换输出的数字量压力信号低于所设定值时，远红外线石英管加热装置通电，开始工作，直至达到系统设定的数值，由此系统调温构成闭环控制回路，确保回路温度恒定。
2.3 消毒灭菌系统
自动售餐机的消毒灭菌系统主要由紫外线装置7构成。当打开取餐口端走餐盘后，光电开关将高电平信号输入到单片机内，此时单片机响应中断程序，在电动机转动的同时，控制继电器给紫外线装置供220 V的交流电，紫外线灯管开始工作，工作的时间为20 s，在紫外线装置工作期间，不再响应单片机输入的电信号。紫外线装置结束一个信号响应后，再恢复常态工作，继续接收外来信号的响应。紫外线装置采用紫外线灯管杀菌，紫外线杀菌灯灯管是由石英玻璃制成，汞灯点亮后，灯管内产生汞蒸气压并输出C波紫外线，其波长范围是200～275 nm，杀菌作用最强的波段是250～270 nm，可对空气进行消毒杀菌，效果较好，且短时间内对人体无害。由此可以保证取餐口在和外界空气流通时保证箱体内部空气细菌较少，保证菜品的质量。
3 自動售餐机的结算系统
自动售餐机控制中心单片机内存储的结算数据由主控制中心计算机进行管理，售餐机的控制中心可实时与主控制中心联网通信交换数据。主控制中心通过程序把新的菜单、菜价等数据传送到自动售餐机的单片机内，并通过控制界面显示相关的信息，自动售餐机的单片机与主控制中心计算机的通信方式采用基与GPRS网络的Socket通信，并利用串口通信与GPRS无线通信相连，发送所存储的结算数据。Socket通信不受传输距离和网络类型的限制，抗干扰能力强，维护要求不高，操作方便。由于中心控制系统与多台自动售餐机进行联网通信，所以，中心控制系统与售餐机的TCP连接采用调度算法及线程池技术。消费者在自动售餐机上通过IC卡激活相应的卡号，此时，中心控制系统根据HTTP协议将相关数据传给IC卡支付系统。支付系统再把处理后的数据反馈给中心控制系统，中心控制系统对自动售餐机发出相关指令，完成售餐过程。
4 结语
该文采用机械与电子相结合的方式，自主创新设计了一种自动售餐机构，该自动售餐机构具有实时结算、保温、消毒杀菌等功能，成本低廉，可应用于企业员工、高校学生以及公共餐厅就餐，减少了占地空间，降低了劳动力成本，提高了餐厅售餐的高效性与及时性，并为国内相关技术的发展提供了借鉴，具有很高的应用前景。但自动售餐机的整体技术还不成熟，高端产品方面还存在很大的发展空间。
参考文献
[1] 刘旭辉，李琼.高校食堂自动售餐机的设计[J].长江大学学报，2010，12（7）：140-142.
[2] 许瑾娜.触摸屏PLC自动售货机控制系统的设计[J].中国科技纵横，2010（18）：46-47.
[3] 范文萍，吴定雪.基于FPGA的自动售货机主控制系统的设计与实现[J].信息化纵横，2009（14）：44-46.
[4] 叶银兰.自动售货机的设计与实现[J].微计算机信息，2008，24（2）：53-55.
[5] 金志华，余世明，谢中赛.自动售货机制冷系统的设计[J].机电工程，2008，25（11）：44-46.
[6] 刘立业，李青.粘性块状食品动态定量称重系统设计[J].机电工程，2008，25（8）：62-65.
[7] 蒋卫星.基于GPRS的售货机远程监控管理系统的设计和实现[D].长沙：中南大学，2007.
[8] 徐勋良，孙俊波，闫承斌.为病人设计的自动售餐机[J].医疗设备信息，2007，22（8）：14-15.
[9] 董淑冷，茅红伟.PLC在自动售货机控制系统中的应用[J].上海师范大学学报，2007（2）：47-51.
[10] 王勇.基于单片机控制的电动旋转餐桌研制[J].机电产品开发与创新，2006，19（6）：70-71.
[11] 郑文纬，吴克坚.机械原理[D].东南大学，1997.
摘 要：该文阐述了一种基于51单片机的自动取餐机器，降低了劳动力成本，提高了餐厅的售餐的高效性。自动售餐机由电动机输出额定转速，通过链传动带动主动轴承旋转，皮带轮在轴承驱动下带动两条同步带匀速运动，同步带间置有定位餐盘的支架，实现餐盘的往复运动，光电开关控制餐盘的停转。自动售餐机底部置有红外线灯管，定时间隔对往复运动到底部的餐盘进行加热，达到保温效果。取餐口置有紫外线灯管，只在取餐时对内部环境进行消毒。
关键词：51单片机 光电开关 紫外线 红外线
中图分类号：TN973.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0003-03
Design of Automatic Sale of the Machine Based on 51 Microcontrollers
Zhang Yi1 Shao Jun1 Gao Yuan1 Jiang Run 2 Wang Shuyun3
（1.School of Mechanical Engineering，HeFei University of Technology；2.School of Management，HeFei University of Technology；3.School of Electrical and Automation Engineering，HeFei University of Technology， Hefei Anhui， 230009， China）
Abstract： This paper elaborates a kind of automatic sale of the machine based on 51 microcontrollers which greatly reduces the labor cost and improves the efficiency of the restaurant . The rated speed of the automatic sale of the machine is outputd by the motor driving active bearings for rotary motion through chain drive.The pulley drives two synchronized belts with uniform motion under the bearing drive.The timing belt is equipped with a bracket for positioning the tray to achieve the reciprocating motion of the tray and the meal is stopped by the photoelectric switch.The infrared light tube which is at the bottom of the automatic sale of the machine heat the plate reciprocating to the bottom by interval time to achieve insulation and sterilization effect.There is an ultraviolet lamp in the mouth of the meal which disinfect the Internal environment only when taking a meal.
Key Words： 51 microcontrollers； Photoelectric switch； Ultraviolet ray； Infrared ray
機器人送餐技术首先由国外提出并采用，目前国内一些高档餐厅开始使用机器人送餐，虽节省了劳动力，但其成本过高，应用范围狭隘。当下，国内外部分自动售餐机研究致力于在餐盘中植入存储芯片，总体成本过高，且餐盘不易区分，此外还餐盘具有专一性，使用极为不便。国内目前也只是简单引进国外技术，但并不适合普通餐厅及食堂。
为此，该文在传统取餐方式的基础上采用机械与电子相结合，设计了一种基于51单片机的自动取餐机器，应用于企业员工、高校学生以及公共餐厅就餐，极大地降低了劳动力成本，提高了餐厅售餐的高效性与及时性，具有很高的实用性。
1 自动售餐机的工作原理
1.1 自动售餐机的主体框架
自动售餐机的外观是一个密封的箱体装置，箱体的右侧为一可上下抽拉的侧板，用于打开箱体，及时更换餐盘。自动售餐机的取菜口在箱体的正上方，靠近取餐口的内部置有功功率为25 W的紫外线灯管。取餐口的正下方为带动餐盘的运输传动机构，运输传动机构由8个带轮和2条同步带组成。2条同步带间置有定位餐盘的支架，随着同步带一同运动。运输机构正对取餐口的上端安装光电开关，控制电动机停转。运输机构的正下端安装红外线灯管，维持箱体的温度，箱体表面共有4个DS18B20型号温度传感器测定箱内温度，并将温度信号反馈给单片机，实现动态的温度控制。工作原理框图见图1。
1.2 自动售餐机的主要设计尺寸
考虑到自动售餐机的占地空间、容纳量、工作效率等多方面因素，箱体设计尺寸为长60 cm、宽大于23 cm、高为80 cm、同步带长910 mm、宽为5 cm、高为710 mm、两个带轮间距为13 cm，带轮直径为Φ200 mm，可搭载16个定位餐盘的支架。定位餐盘支架的底盘为边长100 mm的正方体，内接直径为Φ50 mm的圆柱型凹槽，餐盘的底部直径不得大于Φ50 mm。 2 自动售餐机的组成
该文采用Solidworks软件对自动售餐机的主体部分进行了模型设计和工程图输出（如图2（a）（b）（c）所示），并标记了自动售餐机的组成部分。自动售餐机主要由运输传动系统、恒温调节系统、消毒灭菌系统组成。
2.1 运输传动系统
运输传动系统主要由托盘、皮带、链传动、直流电机、带轮、光电开关等机构组成。在接收到单片机输出的脉冲信号后开始转动，通过与电机以键连接传动的链轮带动链条转动，传动比为5∶6。主动轴带动带轮做匀速旋转运动，带轮与链轮的传动比为4∶1，每4个带轮与一条类矩形同步带相啮合，系统中只有2个带轮起动力作用，其余的6个带轮只起传动作用。2个带轮间的轴承保证了两条同步带的同步运动，进而达到同步带上固定托盘稳定运输餐盘的作用。将餐盘取走后，箱体侧壁上与餐盘中间位置平齐的光电开关通电，并将高电平电信号输入单片机内，单片机接收到信号后，启动电动机转动，当下一个餐盘运动到光电开关中间时，光电开关断电，将低电平电信号输入到单片机内，单片机接收到信号后，停转电动机，依次往复循环工作。如果光电开关持续通电6 s，此时也会将产生高电平信号输入到单片机内，单片机响应中断程序，电动机停止转动，并且单片机通过蜂鸣器发出响声，示意工作人员补充食品。
2.2 恒温调节系统
恒温调节系统用于保证箱体内食物的温度。因此，选用数字温度传感器DS18B20型号温度传感器，其温度测量范围为-55 ℃～+125 ℃，测量结果以9～12位数字量方式串行传送到单片机存储器内与设定的温度进行比较，对应的可分辨温度为0.062 5 ℃，可实现高精度测温。将4个DS18B20型号温度传感器对称分布在箱体的两侧，准确测量箱体内部的温度的变化，并将测量的温度模拟量信号通过测温模块的A/D转换输出数字量电压信号到单片机内部，单片机CPU将数字量电压信号与系统设定的恒定电压数值进行对比，若高于所设定数值，单片机通过D/A转换将信号输出到远红外线石英管加热装置中，断开电源，停止工作，一段时间后，箱体内的温度经A/D转换输出的数字量压力信号低于所设定值时，远红外线石英管加热装置通电，开始工作，直至达到系统设定的数值，由此系统调温构成闭环控制回路，确保回路温度恒定。
2.3 消毒灭菌系统
自动售餐机的消毒灭菌系统主要由紫外线装置7构成。当打开取餐口端走餐盘后，光电开关将高电平信号输入到单片机内，此时单片机响应中断程序，在电动机转动的同时，控制继电器给紫外线装置供220 V的交流电，紫外线灯管开始工作，工作的时间为20 s，在紫外线装置工作期间，不再响应单片机输入的电信号。紫外线装置结束一个信号响应后，再恢复常态工作，继续接收外来信号的响应。紫外线装置采用紫外线灯管杀菌，紫外线杀菌灯灯管是由石英玻璃制成，汞灯点亮后，灯管内产生汞蒸气压并输出C波紫外线，其波长范围是200～275 nm，杀菌作用最强的波段是250～270 nm，可对空气进行消毒杀菌，效果较好，且短时间内对人体无害。由此可以保证取餐口在和外界空气流通时保证箱体内部空气细菌较少，保证菜品的质量。
3 自動售餐机的结算系统
自动售餐机控制中心单片机内存储的结算数据由主控制中心计算机进行管理，售餐机的控制中心可实时与主控制中心联网通信交换数据。主控制中心通过程序把新的菜单、菜价等数据传送到自动售餐机的单片机内，并通过控制界面显示相关的信息，自动售餐机的单片机与主控制中心计算机的通信方式采用基与GPRS网络的Socket通信，并利用串口通信与GPRS无线通信相连，发送所存储的结算数据。Socket通信不受传输距离和网络类型的限制，抗干扰能力强，维护要求不高，操作方便。由于中心控制系统与多台自动售餐机进行联网通信，所以，中心控制系统与售餐机的TCP连接采用调度算法及线程池技术。消费者在自动售餐机上通过IC卡激活相应的卡号，此时，中心控制系统根据HTTP协议将相关数据传给IC卡支付系统。支付系统再把处理后的数据反馈给中心控制系统，中心控制系统对自动售餐机发出相关指令，完成售餐过程。
4 结语
该文采用机械与电子相结合的方式，自主创新设计了一种自动售餐机构，该自动售餐机构具有实时结算、保温、消毒杀菌等功能，成本低廉，可应用于企业员工、高校学生以及公共餐厅就餐，减少了占地空间，降低了劳动力成本，提高了餐厅售餐的高效性与及时性，并为国内相关技术的发展提供了借鉴，具有很高的应用前景。但自动售餐机的整体技术还不成熟，高端产品方面还存在很大的发展空间。
参考文献
[1] 刘旭辉，李琼.高校食堂自动售餐机的设计[J].长江大学学报，2010，12（7）：140-142.
[2] 许瑾娜.触摸屏PLC自动售货机控制系统的设计[J].中国科技纵横，2010（18）：46-47.
[3] 范文萍，吴定雪.基于FPGA的自动售货机主控制系统的设计与实现[J].信息化纵横，2009（14）：44-46.
[4] 叶银兰.自动售货机的设计与实现[J].微计算机信息，2008，24（2）：53-55.
[5] 金志华，余世明，谢中赛.自动售货机制冷系统的设计[J].机电工程，2008，25（11）：44-46.
[6] 刘立业，李青.粘性块状食品动态定量称重系统设计[J].机电工程，2008，25（8）：62-65.
[7] 蒋卫星.基于GPRS的售货机远程监控管理系统的设计和实现[D].长沙：中南大学，2007.
[8] 徐勋良，孙俊波，闫承斌.为病人设计的自动售餐机[J].医疗设备信息，2007，22（8）：14-15.
[9] 董淑冷，茅红伟.PLC在自动售货机控制系统中的应用[J].上海师范大学学报，2007（2）：47-51.
[10] 王勇.基于单片机控制的电动旋转餐桌研制[J].机电产品开发与创新，2006，19（6）：70-71.
[11] 郑文纬，吴克坚.机械原理[D].东南大学，1997.