杨慎祥 徐志国 潘文娟 卢韵

摘要    本文提出了一种智能售饮料冰柜，包括单片机、重力传感器、电子锁、压机制冷室、读卡器、卡槽、报警器等。通过重力传感器上压力的数值变化来判断是否机器内部有饮料被拿走，通过报警器来确保学校同学不会随意拿商品，通过读卡器来进行认证学生身份和扣取金额。该系统成功的进行了饮料冰柜的智能售卖的测试试验，具有很高便利性，达到了智能售饮料冰柜设计的预期目的，具有很高的应用推广价值。

【关键词】智能冰柜 读卡器 重力传感器

随着社会的发展，科技的发展也不断进步，现在的社会越来越向智能化方向发展。射频识别，RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。而如今，射频识别已经广泛的应用在各行各业，例如：

（1）物流行业：可应用的过程包括：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储管理应用，港口应用，邮政包裹，快递等。

（2）零售行业：由沃尔玛、麦德隆等大超市一手推动的RFID应用，可以为零售业带来包括降低劳动力成本、商品的可视度提高，降低因商品断货造成的损失，减少商品偷窃现象等好处。

（3）制造业：应用于生产过程的生产数据实时监控，质量追踪，自动化生产，个性化生产等。射频识别系统的组成部分为：阅读器、应答器和应用软件系统。应答器通常的内部结构为：天线、耦合元件和芯片，每个标签具有唯一的电子编码，相当于人的身份证号。阅读器也通常由天线、耦合元件和芯片组成，它能够读取特定标签的信息。应用软件系统：是应用层软件，它的功能是把收集的数据进一步处理，整理成可以供人们使用的信息。

目前市面上已有的智能售货机常见故障问题：

（1）智能售货机卡货：由于采用弹簧螺旋货到，在机器出货时弹簧旋转会对商品产生挤压力，挤压力有正向也有斜向挤压力，在正向挤压力的作用下商品容易歪倒、甚至是倒下导致商品卡住。

（2）智能售货机出了货，不找零。

（3）智能售货机投入零钱，零钱不进入找零器内反而存进收钱区内。

（4）智能售货机的纸币器口不往里吸钱。因此设计了一种智能售饮料冰柜，包括单片机、摄像头、重力传感器、电子锁、压机制冷室、读卡器、报警器、卡槽。通过报警器来警告学校同学不要随意拿商品，通过读卡器来进行认证学生身份和扣取金额极大的方便了客户购买商品，且成本低，非常的实用。

1 系统整体结构框架设计

整个系统主要包含两个部分：硬件部分和软件部分，两部分是通过数模转化和2，3，4g网络进行通讯的。该智能冰柜内共有两层的饮料，每一层有32个重力传感器。我们为每一个重力传感器进行编号，上面一层的编号是0-31，下一层的编号是32-63。64个重力传感器与型号AT89C51单片机输出口的p0.0-p0.7及p2.0-p2.7按照矩按键法相连，型号AT89C51单片机与微处理器相连，微处理器分别与电子锁、读卡器的（显示模块、射频模块和报警器）相连。当传感器上的数值变为0时，通过单片机及微处理器在软件编程辅助下进行运算，在读卡器的显示模块上显示出金额大小，系统的整体框架图如图1所示。

2 系统硬件设计

系统的硬件主要含有：报警器、读卡器的（射频模块、显示模块、天线、微处理器）、卡槽、单片机、电子锁、64个重力传感器。系统的主要硬件连接设计如图2所示。

2.1 读卡器

读卡器又称刷卡机，简称POS机终端，终端通过电话卡拨号的方式将信息首先发送到银联的平台，银联平台识别相关信息之后会将扣款信息发送到发卡银行，经发卡银行确认之后，再回发信息至银联平台。

MODEM板由中央处理模块、存储器模块、MODEM模块、电话线接口组成。首先，POS会先检测/RING和/PHONE信号，以确定电话卡上的电压是否可以使用，交换机返回可以拔号音，POS拔号，发送灯闪动，开始拔号，由通讯协议确定交换机和POS之间的信号握手确认等，之后才开始POS的数据交换，信号通过MODEM电路收发信号;完成后挂断，结束该过程。其包括的射频模块在与读卡器相连的卡槽底部。所说卡槽的具体结构是银联取款机的卡槽，主要作用就是将卡吞进机器进行识别学生的信息，并且在交易完成学生将门关上的时候才吐出卡，完成整个交易流程。

2.2 单片机

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，其主要结构为128×8位内部RAM·32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器和5个中断源。本系统中的一个AT89C51单片机的作用就是配合软件编程，使用矩阵键盘法进行连接64个重力传感器，作为判断有无饮料被拿走的关键判断中心。单片机AT89C51的外观结构如图3所示。

2.3 电子锁

电子锁它也是以51系列单片机（AT89051）为核心，配以相应硬件电路，完成驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收传感器送来的报警信号、发送数据等功能。单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给智能监控器，同时将接收来自传感器接口的报警信息也发送给智能监控器，作为智能化分析的依据。在本系统中它主要担当着开关冰柜门的作用。读卡器识别出为的有效信息后开锁，学生主动将冰柜的门推回，使冰柜上的电子锁锁住，作为卡槽弹出学生卡的条件，也是交易的最后结束条件。

3 系统软件设计

首先由学生将学生卡插入卡槽中被读卡器读取判断卡是否为有效学生卡且所剩金额是否大于4元，如果符合条件则显示出卡内的余额，并且打开电子锁，学生开始拿走想要的商品，依据8*8矩阵键盘的方法划定两个范围，规定0-31为4元区，32-63为5元区，当某一个重力传感器的示数变为0时，扣除相应的金额。当学生将门关闭使电子锁锁上的时候，微处理器控制卡槽内的传动结构，将学生卡推出来，结束整个交易流程。系统的软件流程如图4所示。

4 结束语

设计的一种智能售饮料冰柜具有较好的商品交易的体验感。使用校园卡应用银联吞吐卡槽的结构，配合电子锁的应用，再加上自动扣除金额的设计，使交易的流程相对于投币售卖机减少了一倍的时间，相对于移动支付手段也节省了一定的时间，且交易更加的稳定方便。实际推广的应用价值大，市場前景广阔。

参考文献

[1] 陈高锋.单片机原理于应用[M].北京：北京大学出版社，2012.

[2] 李朝青，刘艳玲.单片机原理及接口技术[M]北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]胡汉才.单片机原理及接口技术[M]北京：清华大学出版社，1996.

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[5] 谭民.RFID技术系统工程及应用指南机械工业出版社[M].2007.