基于LabVIEW的饮料自动售货机设计.docx
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基于LabVIEW的饮料自动售货机设计
本科毕业论文（设计）
题目（中文）基于LabVIEW的饮料自动售货机设计
（英文）TheDesignofDrinksVendingMachine
BasedonLabVIEW
学院信息与机电工程学院
年级专业2011级电子信息工程
学生姓名
学号
指导教师
完成日期2015年4月
上海师范大学本科毕业论文（设计）
诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文（设计），题目《基于LabVIEW的饮料自动售货机设计》是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。
除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
本人完全意识到本声明应承担的法律责任。
作者签名：
日期：
年月日
上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表
学生姓名
学号
专业
电子信息工程
学院
指导教师姓名/职称
题目
基于LabVIEW的饮料自动售货机设计
本选题的意义及国内外发展简况：
自动售货机（VendingMachine，VEM）是能根据投入的钱币自动付货的机器，是商业自动化的常用设备。
它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易，是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。
目前，日本以每23人就能拥有一台售货机的数量成为全球之冠。
而在中国，此类机器的普及度远远不够，公共场合能见到的自动售货机还很有限。
但随着时代的发展，相信这种方便简单的售卖方式会很快为大家所接受。
LabVIEW软件是一种图形化编程语言的开发环境，使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。
因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具，使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
本次毕业设计主要利用LabVIEW工具编写自动售货机出售程序，使其具有编程方便、界面美观、易吸引人的特点。
研究内容：
根据售货机在实际中的用途及使用条件，本次设计研究主要分三个部分：
1信号输入：
设置商品种类及数量选择按键、货币按键、确定购买按键、结束购买按键，模拟用户实际购买操作过程；核心货币处理：
包括消费金额计算、找零金额计算、二维图片显示、警告灯闪烁模块,相应的功能有找零、显示出货、余额不足警告等；信号输出：
运用警告灯模块实现结果提示，当程序运行显示“余额不足”时，红灯闪烁，当显示“购买成功”时，绿灯亮，同时显示出货和找零金额。
研究方法、手段及步骤：
首先学习和掌握LabVIEW编程语言的开发环境，深入了解LabVIEW模块功能实现的原理。
然后运用所学，编写基于LabVIEW设计的自动售货机程序，过程中，主要用到While循环和Case结构。
最后结合软件的编写调试、模拟应用，使本系统的大部分功能得以实现，并且达到较高的系统稳定性。
主要参考文献：
[1]陈树学.LabVIEW实用工具详解[M].2014,9
（1）:
357-440.
[2]陈树学、刘萱.LabVIEW宝典[M].2011,3
（1）:
203-235.
[3]阮奇桢.我和LabVIEW[M].2009,9
（1）:
180-192.
[4]陈龙、张跃明、张乃龙.以为平台的测控系统设计[J].现代制造工程,2009,第10期：
139-141.
[5]修运访、罗凯、高天德、袁贵荣.基于事件结构的电台自动化测试系统[J].测控技术,2008,第2期:
38-41.
时间进度：
2014年11月——2014年12月：
设计准备和构思阶段；
2015年1月——2015年2月：
综合设计和系统实现阶段；
2015年3月——2015年4月：
系统设计总结、测试和论文撰写。
学生（签名）年月日
指导教师意见：
指导教师（签名）年月日
专业负责人意见：
专业负责人（签名）年月日
注：
本表与毕业论文（设计）一起存档，保存期为四年。
上海师范大学毕业论文（设计）指导记录表
学院：
信息机电学院
专业
电子信息工程
指导教师
杨敏
学生姓名
高若星
学号
110154808
毕业论文（设计）题目
基于LabVIEW的饮料自动售货机设计
日期
指导内容
存在问题与进一步改进意见
教师签名
学生签名
2014.11.15
选题的讨论和资料搜集
对选题的内容需要进一步深入：
1.确定以LabVIEW为编程环境设计2.了解其实际应用，选择一项贴近生活的设计
2014.11.30
论文初步提纲讨论：
1.设计题目及意义2.设计方法3.设计初步步骤
论文各部分尚缺乏必要逻辑，仔细规划后完成毕业论文选题登记表
2014.12.15
论文写作细纲讨论：
1.设计具体方法与步骤
2.设计运用主要模块介绍,程序设计问题讨论
1.论文各部分内容分析层次不够明晰，软件介绍混乱，一二章合并2.需要重新设计程序框架
2015.3.10
论文初稿和程序细节讨论
1.完成初稿修改，更改目录设计2.改善程序前面板设置，使其更美观
2015.4.10
论文二稿讨论：
1.章节之间介绍内容重复2.LabVIEW模块介绍不充分
完成二稿修改，增加While循环和Case结构介绍
2015.4.20
论文定稿：
1.缺少设计思路介绍2.图片编码错误
1.增加程序设计流程图2.修改论文电子版格式和打印稿装订格式3.模拟操作，检查细节错误
注：
本表由指导教师根据毕业论文（设计）指导工作方案和实际指导情况填写，在指导工作完成后交学院存档，保存期四年。
摘要
自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。
本次论文是基于LabVIEW开发环境设计的饮料自动售货机程序，与一般的自动售货机一样，主要由货币处理装置、贮藏售货装置和显示装置组成。
在程序中，包括商品选择、消费金额计算、找零金额计算、二维图片显示、警告灯闪烁模块,相应的功能有找零、显示出货、余额不足警告等。
通过图形化编程语言，可使编程方便、界面美观易吸引人。
最后结合程序的编写调试、模拟应用，使本系统的大部分功能得以实现，并且达到较高的系统稳定性。
关键词：
自动售货机；LabVIEW；图形化编程
Abstract
Thevendingmachineisbasedoninputofcoinmachineautomaticallypayforthegoods.ThisgraduationdesignisbasedontheLabVIEWdevelopmentenvironmentdrinksvendingmachinedesign,withgeneralvendingmachinebymonetaryuntilasitsmain,storagevendingdevice,displaydevice,etc.Includingconsumptionamount,changetheamountofcalculation,2dimagedisplay,warninglightsflashingmodules,suchasthefunctionofthecorrespondingchange,showingshipment,insufficientwarning,etc.Throughthegraphicalprogramminglanguage,canmaketheprogrammingconvenient,beautifulinterfaceiseasytoattractpeople.Finallythroughthewritingoftheprogramdebugging,simulationapplication,makethemostofthefunctionsofthesystem,andtoachievehighsystemstability.
KeyWords:
thevendingmachine;LabVIEW;graphicalpr-ogramming
上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明……………………………Ⅰ
上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表…………………………Ⅱ
上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表…………………………Ⅳ
中文摘要及关键词……………………………………………………………Ⅴ
英文摘要及关键词……………………………………………………………Ⅵ
1绪论…………………………………………………………………………1
1.1自动售货机的发展及主要应用………………………………………1
1.2设计目标与任务………………………………………………………2
2软件平台介绍………………………………………………………………4
2.1LabVIEW开发环境简介………………………………………………4
2.2LabVIEW应用领域……………………………………………………4
2.3主要程序结构简介……………………………………………………6
2.3.1While循环结构………………………………………………6
2.3.2Case结构………………………………………………………6
3饮料自动售货机程序设计…………………………………………………8
3.1总体设计方案…………………………………………………………8
3.2前面板设计……………………………………………………………8
3.3程序框图设计…………………………………………………………10
3.3.1总程序框图设计………………………………………………10
3.3.2变量初始化……………………………………………………12
3.3.3商品种类及数量的选择………………………………………12
3.3.4货币的投入……………………………………………………12
3.3.5确认购买………………………………………………………13
3.3.6结束交易………………………………………………………13
3.4程序调试结构…………………………………………………………14
4结论…………………………………………………………………………17
致谢……………………………………………………………………………18
参考文献………………………………………………………………………19
附录……………………………………………………………………………20
1绪论
1.1自动售货机的发展及主要应用
自动售货机（VendingMachine，VEM）是能根据投入的钱币自动付货的机器，是商业自动化的常用设备。
它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易，是一种全新的零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。
生活中常见的自动售货机大概有三种：
饮料自动售货机、食品自动售货机和综合自动售货机。
常见的饮料自动售货机如图1.1所示：
图1.1饮料自动售货机
公元1世纪，希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售货机。
然而，自动售货机的真正普及是在第二次世界大战之后。
著名饮料商可口可乐公司在全世界分布有50万台饮料自动售货机。
在日本，70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的。
70年代以来，相继出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统，如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等。
现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有糖果、饮料、报纸等自动售货机。
其实自动售货机是劳动密集型社会向技术密集型社会转变的产物。
目前普遍存在的超市、百货中心等流通渠道，面临着人工劳力、占地面积以及购物便利性等因素的限制，具有很大的发展制约性。
为了解决这一问题，销售环境和消费模式正不断变化，无人自动售货机作为一种必须的机器应运而生。
进入21世纪，自动售货机产业进一步实现合理化。
例如：
在信息化方面实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送至各营业点的电脑中，从而确保商品选购、补充的顺利进行；在能源利用方面开发节能型清凉饮料自动售货机。
夏季电力消费高峰期，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的机器相比，能够节约10－15%的电力。
自动售货机的应用十分广泛，主要有：
刷卡购物，在网络环境支持的情况下，具备多种电子支付功能，如信用卡、储值卡、手机卡等刷卡消费；货币识别，电控系统可以配合纸币、硬币识别器增加代金券功能，可以识别纸质和硬币类型的代金券；网络运营，将自动售货机当前运营的数据，包括系统状态、系统故障、料道故障、缺货情况、销售数据通过安装在自动售货机上的GPRS模块无线传输到售货机网络服务器，运营人员可以在任何一台联网的电脑上掌握售货机的这些信息，实现自动售货机的大规模运营和网络化管理；多媒体显示，采用LED显示屏、多媒体显示器技术，自动售货机系统与PC系统对接，使消费者可以通过PC控制的触摸屏选购售货机的商品，不但取代选货按键，而且使售货机具有传媒功能；自助缴费，将ATM机系统嵌入到自动售货机中，使自动售货机作为移动、金融终端设备，实现自助缴费业务等。
在今后的发展中，不论是制造业、服务业还是零售业，我们都将看到更多的设备取代人工，自动售货机的前景必定光明。
1.2本次毕业设计的目标与任务
出于对自动售货机的兴趣，本次毕业设计主要利用图形编程软件LabVIEW环境，编写一个饮料自动售货机的基本售卖程序。
首先通过一个半月时间学习和掌握LabVIEW编程语言的开发环境，深入了解LabVIEW模块功能实现的原理，搜集实际应用素材。
然后运用所学，构思饮料自动售货机的设计过程，在老师的帮助下，确定具体研究方法和内容。
准备工作充分之后，开始独自编写基于LabVIEW设计的售货机程序，主要用到While和Case两个结构的控件。
最后结合软件的编写调试、模拟应用，演示自动售卖过程，使程序能实现计数、找零、告警等功能，并且达到较高的系统稳定性。
2软件平台介绍
2.1LabVIEW开发环境简介
LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是美国国家仪器公司（NationalInstruments，NI）开发的一种图形化的编程语言。
图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言,使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。
它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，使编程简单直观。
LabVIEW图标如图2.1所示：
图2.1LabVIEW图标
传统的文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。
VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。
LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。
用户界面在LabVIEW中被称为前面板，使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制，这就是图形化源代码，又称G代码。
LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。
2.2LabVIEW应用领域
LabVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。
测试测量：
LabVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LabVIEW最广泛的应用领域。
经过多年的发展，LabVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。
至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。
同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。
这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。
有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。
控制：
控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。
LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块--LabVIEWDSC。
除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。
使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。
仿真：
LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。
在设计机电设备之前，可以先在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。
在高等教育领域，有时如果使用LabVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。
儿童教育：
由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同时图形比文本更容易被儿童接受和理解，所以LabVIEW非常受少年儿童的欢迎。
对于没有任何计算机知识的儿童而言，可以把LabVIEW理解成是一种特殊的“积木”，把不同的原件搭在一起，就可以实现自己所需的功能。
著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是LabVIEW编程语言。
儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等，再使用LabVIEW编写控制其运动和行为的程序。
除了应用于玩具，LabVIEW还有专门用于中小学生教学使用的版本。
快速开发：
根据笔者参与的一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的LabVIEW程序员所需的开发时间，大概只是熟练的C程序员所需时间的1/5左右。
所以，如果项目开发时间紧张，应该优先考虑使用LabVIEW，以缩短开发时间。
跨平台：
如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用LabVIEW。
LabVIEW具有良好的平台一致性。
LabVIEW的代码不需任何修改就可以运行在常见的三大台式机操作系统上：
Windows、MacOS及Linux。
除此之外，LabVIEW还支持各种实时操作系统和嵌入式设备，比如常见的PDA、FPGA以及运行VxWorks和PharLap系统的RT设备。
2.3主要程序结构简介
2.3.1While循环结构
While循环可以从程序框图中的结构子选板中创建。
while循环包括两个端口：
条件端口和重复端口。
While循环的功能：
重复执行内部的子程序框图，直到条件接线端接收到待定的布尔值。
While循环结构如图2.2所示，其中右边的带箭头的小图标是用来接循环条件的，当调节为“真”时，开始继续执行下一次循环，为“假”时停止执行循环条件。
这里循环条件的检验是在循环体执行完时，因此循环至少执行一次。
i的作用也是指示循环次数。
图2.2While循环结构
循环结构的数据传递：
如果需要有数据在循环结构的内外传输，可以在循环体内的端子与循环体外的端子连线，这时循环体边框上出现小的黑方块，即“隧道”。
在循环执行期间隧道不能进行数据传输，只能在循环结束时将最后一次循环的结果输出。
所以要对每一次循环的结果进行观察我们就应该将显示端子放在循环体内部。
1.3.2Case结构
与一般机器语言中的条件语句非常相似，LabVIEW提供了Case结构。
Case结构如图2.3所示，图（a）左边带有问号的小方框是用来连接Case结构选择端的值的，图（b）、图（c），如果连接的是代数值则上边框之中显示的是数字，如果是逻辑型，则显示的是trueorfalse两种条件。
Case结构每次只能显示一个子图，单击上面中间的箭头显示条（或点击箭头）可以选择不同的子图。
对于数值型结构只要在边框上点击右键，通过AddCase就可以增加条件子图。
输入输出与循环结构一样，不同的是需要在输入数值的同时输入判断条件。
（a）
（b）
（c）
图2.3Case结构
3饮料自动售货机项目设计
3.1总体设计方案
根据实际生活中常见自动售货机的用途功能，本次设计主要包括商品种类及数量选择模块、货币投入模块、余额计算模块、警告显示模块和出货模块组成。
总体系统组成框图如图3.1所示：
用户模拟使用饮料自动售货机
商品种类及数量的选择
投入货币
投币充足投币不足
购买成功购买失败警告灯闪烁
图3.1总体系统组成框图
◆用户进入系统，可通过按键完成商品种类及数量的选择；
◆通过货币按键完成货币的投入；
◆系统进行货币处理：
计算消费金额，比较投入货币与消费金额；
◆若投入金额大于等于消费金额，则交易成功；
◆若投入金额小于消费金额，则交易失败，警告灯闪烁。
3.2前面板设计
前面板使用输入控制和输出显示构成。
控制是用户输入数据到程序的接口，而显示是输出程序产生的数据接口。
控制和显示有许多种类，可以从控制模板的各个子模板中选取。
两种最常用的前面板对象是数字控制和数字显示。
若想要在数字控制中输入或修改数值，只需要用操作工具点击控制部件和增减按钮，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。
本次设计前面板用户界面主要由：
饮品的图标、价格及数量标签、货币图标、购买确定键、投入金额显示、消费金额显示、余额不足警告灯及结束购买按键部分组成。
用户在使用虚拟售货机时，所用的操作界面就是在这个界面完成的。
具体的前面板设计图如图3.2所示：
图3.2前面板设计图
◆饮品图标：
通过插入四个不同的饮品图片表示四种不同的饮料，分别是可口可乐、冰红茶、果粒橙和雪碧；
◆饮品价格：
设置四种饮料的出售单件，其中可口可乐5元、冰红茶10元、果粒橙4元、雪碧5元；
◆饮品数量：
设置四种饮料的剩余数量，其中可口可乐剩余50件、冰红茶剩余20件、果粒橙剩余40件、雪碧剩余100件。
◆货币图标：
设置三种不同的货币图标，分别为1元硬币、10元纸币和20元纸币，用户通过货币图标可选择投入的金额，可多次点击累计金额；
◆购买确定键：
用户选择商品种类及数量，且投入货币后，可通过购买确认键确认此次交易。
◆投入金额显示：
用户成功投币后，在界面中，“已投币”处会显示投入金额；
◆消费金额显示：
用户点击确认购买键后，会弹出成功购买确定键，此时消费金额处将显示已消费的金额；
◆余额不足警告灯：
当用户投入货币小于实际消费金额时，点击确认购买键，警告灯会闪烁，表示无法交易。
◆结束购买键：
取货后，用户需点击结束购买键找回余额。
通过前面板的用户界面，用户可以模拟实际购买操作，选择自己所需要的商品，顺利交易。
售货机有多种饮料出售，用按键模拟投入1元硬币、10元纸币和20元纸币三种货币，可连续投币，同时显示投入的金额。
投币后，用户可以选择自己要买的商品以及数量，每个商品最多只能购买5件，然后按确认购买键，同时显示消费金额，并在出货区领取商品。
每次出货完毕，用户可通过结束购买键完成交易，同时售货机自动提示找零金额。
用户投入货币后，可以多次购买，但在消费的金额大于投入的金额时，将不能继续购买商品，同时余额不足的警告灯开始闪烁，提示用户余额不足，不能交易。
3.3程序框图设计
根据售货机在实际中的用途及使用条件，本文
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