新型环保售卖机的系统设计

2023-04-13陆柳延黄晓龙陶吴宏

电子制作 2023年4期

陆柳延，黄晓龙，陶吴宏

（江苏商贸职业学院，江苏南通，226011）

0 引言

当前市场每年都要销售大量塑料包装的饮料产品，饮料销量剧增，带来的问题是废旧塑料瓶垃圾的大量出现。据相关数据统计，2016 年全球塑料瓶的消费量达到 4800 亿个，但得到回收的不到一半，其中仅仅只有7%被重复利用。而大多数瓶子的下场都是混在垃圾中被填埋或流入海洋。因此，急需一种能够自动回收塑料瓶，同时对消费者有吸引力的集中投放和回收渠道。

本项目设计的环保智能售卖机具有回收加售卖的特点，由自动售卖系统、回收识别系统、数据平台系统组成。当消费者在自动售卖机上购买产品时，如购买某饮料需5 元，此时将塑料瓶投放进回收窗口，每投放一个，商品的价格会相应的减少0.1 元，以此类推，以最终优惠价格进行扫码或投币结算。塑料瓶投入到机器内会进行压缩储存，当储存箱满时，数据系统会提醒工作人员前往处理，直接送往回收利用站点。此产品既能增加客户粘度、扩大销量、实现盈利，又能够保护环境、减少污染，实现回收利用，具有盈利性和公益性相统一、生产消费与环境保护相统一的优点。

1 系统硬件设计

本设计主要阐述基于AT89C51 单片机设计的新型环保售卖系统，设计主要由主控模块、回收检测模块、选择模块、显示模块组成。为达到设计所需的任务要求，选用两片AT89C51 单片机为控制核心，分别实现回收系统及售卖系统，并通过双机串行通信来实现双系统的交互通信，结构总框图如图1 所示。回收系统在最小系统的基础上，添加传感模块及显示模块，主要完成塑料瓶的回收监测。售卖系统在最小系统的基础上，通过按键与单片机进行人机交互，实现饮料选购，同时添加显示模块，呈现支付价格。

图1 系统总设计框图

1.1 主体电路设计

本设计的主体电路部分由两片单片机最小系统构成，如图2 所示。其中U1 为售卖系统核心控制器，U2 为回收系统核心控制器。为实现回收系统与售卖系统之间的连接，将这两个单片机的RXD 引脚与TXD 引脚交叉连接，设置两个单片机串行口的工作方式一致，并允许接收数据，这样就达到单片机双机通信的作用。

图2 系统主电路设计图

1.2 回收识别系统

在研究初期阶段，选用光纤传感器来完成塑料瓶的检测。当回收口传感器检测到一个电平信号，即送至单片机存储，在后续购买阶段，即可将存储信息读出并送至购买系统，重置购买金额。光纤传感器的输出线为3 线，连接时棕色线与单片机直流电源正极相连，蓝色线与单片机直流电源负极相连，黑色线与单片机U2 的P0.0 端口相连。在仿真调试阶段，采用按键信号模拟传感器检测信号。通过独立按键连接回收系统U2 单片机的 P0.0 引脚，使用了低电平触发，按键的操作代表为回收塑料瓶所获得的优惠。

1.3 显示系统

显示电路部分的设计采用了二位数码管以及四位数码管组成，其中二位数码管显示的是回收塑料瓶的总价格，四位数码管则显示购买物品的应付价格。

由图3 所示，这两个数码管的段选（A,B,C,D,E,F,G 以及 DP）依次与两个单片机的 P2 口各个引脚相连接，位选则经过三极管与两个单片机的P1 口相连，即R16～R19 与售卖系统主控模块U1 的单片机的 P1.0～P1.3 依次连接，R14、R15 与回收系统主控模块U2 单片机的 P1.0、P1.1 连接。设计中使用的数码管均为共阳极数码管，并在显示电路设计中加入了PNP 三极管起开关作用，当单片机的 I/O 口输出高电平时，Ube 无电压差，Ib=0A，这时三极管处于截止状态，此 I/O 口所对应的位选数码管不显示数字，当单片机的 I/O 口输出低电平时，三极管就处于导通状态，此 I/O 口所对应的位选数码管就会按照单片机P2 口输出的段选显示相应的数字。显示电路部分通过这样的连接使单片机信号可以控制数码管来显示价格数字。

图3 系统显示电路设计图

1.4 购买系统

在本项目设计中设置可购买3 种饮料，因此添加3 个购买按键，分别是二元物品选择键，三点五元物品选择键，四元物品选择键。这些独立按键与售卖系统主控模块U1 的单片机连接，被按下时产生的信号被单片机采集，在依照软件程序计算后将结果发送给回收系统主控模块U2 单片机，并能在主控模块U1 的四位数码管显示相应的价格结果。此外添加环保售卖机的支付完成键，实现顾客购买物品并完成支付之后的找零操作。

按键电路部分的设计使用了几个独立按键和上拉电阻，原理简单，容易操作。电路结构如图4 所示，单片机的 I/O 口上拉电阻之后与+5V 电源连接，按键一端接地，另一端与单片机 I/O 口相连接，按键按下时会给单片机传递低电平信号。S1、S3、S5 和 S6 这 4 个独立按键分别接U1 单片机的 P0.0、P0.1、P0.2、P0.7 引脚，使用低电平触发。其中，S1 按键是物品价格为二元的按键，S3 按键是物品价格为三点五元的按键，S5 按键是物品价格为四元的按键，S6 按键则是顾客购买物品并完成支付之后的找零操作。

图4 系统购买电路设计图

2 系统软件设计

2.1 软件设计整体流程

设计主要通过AT89C51 单片机的控制来工作，所以其编写的程序有初始化，还有主体循环部分，其程序的主要流程如图5所示。

图5 程序主流程图

系统上电，首先系统初始化以及单片机的初始化。初始化完成后进入主体循环，两个AT89C51 单片机开始采集来自外部的按键及传感器信号，并按编写的程序流程对这些数据进行处理。再控制数码管将处理过的数值显示出来以实现环保售卖机的功能。

2.2 串行接口设置

2.2.1 进行初始化设置

环保售卖机系统设计时，两个单片机均定义串行口的工作方式为方式1，并允许接收数据。同时定时器T1 工作于方式二下。然后初值设置波特率为9600bps。还有串行口中断开启以及总中断允许位开启。

SCON=0X50; //工作方式的设定

PCON=0x00;TMOD=0X20; //定时器T1 工作方式的设定

TH1=0XFD;TL1=0XFD; //根据波特率赋初值

TR1=1; //启动定时器T1 工作

EA=1; //开启总中断

ES=1; //开启通信中断

2.2.2 发送数据设置

发送数据部分，将所需发送的数据送入SBUF，就可以启动发送。单片机将自动把SBUF 中的数据组装为发送的格式，并在波特率发生器的控制下将处理过的数据发送至第11 引脚。发送完数据后，单片机内部自动置中断标志TI 为1，这中断标志位TI 需要由软件清零。

void send(unsigned char dat)

{ SBUF=dat;

while(TI==0); // 查询等待发送是否完成

TI=0;

}

2.2.3 接收数据设置

两个单片机通信的接收方式采用了中断方式来接收数据，判断RI 是否为1，若是1 则表示接收完成,数据接收完毕在依程序来进行下一步的操作。

如图6 所示，当售卖系统U1 单片机接收到回收系统U2 单片机发送过来的数据时将变量count 减1，这表示外部投入了一个塑料瓶，U2 单片机采集到信号，并发送给U1单片机，使需要支付的总价减少。

图6 售卖系统U1 程序流程图

如图7 所示，当回收系统U2 单片机接收到了售卖系统U1 单片机发送过来的数据时将变量count 清零，同时再把P2 口各引脚至高电平，这表明外部一次循环结束（按键 S6 被按下）U1 单片机采集到信号，同时也发送给U2 单片机，将回收塑料瓶的金额清零。

图7 回收系统U2 程序流程图

2.3 数码管显示设置

数码管显示部分采用的四位数码管及二位数码管均为共阳极数码管，所以在段选上需要区分，在数值的累加以及先投塑料瓶时四位数码管上显示的负数也需要注意。如表1所示为本设计中需要用到的数码管字形编码。

表1 数码管字形编码

3 系统仿真演示

环保售卖机计价系统的电路元器件繁多，仿真电路图绘制完成后可先进行仿真演示，对项目进行功能调试。

例如按下 S1 按键（S3，S5 按键也可），四位数码管显示2.0，如图8 所示，表示购买S1 物品需要支付2 元。如再按下 S3 按键，四位数码管的数字会累加，显示5.5，如图9 所示，表示购买S1 和S3 物品一共需要支付 5.5 元。

图8 购买S1 物品界面

图9 购买S1、S3 物品界面

之后按十下 S4 按键（代替传感器检测信号）则表示回收了十个塑料瓶，二位数码管就会显示1.0，如图10 所示，表示每个塑料瓶以一分的价格回收并用做优惠，此次演示则优惠一元。相应的四位数码管也会在支付总价上减去回收塑料瓶的总价格如图11 所示。最后按下S6，如图11 所示，两个数码管数值归零，表示支付完成。