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自动售报纸机毕业论文
摘要
本文介绍了自动售报机的基本原理以及工作流程,然后以一次交易过程为例,把交易过程分为几个程序块,然后分别对程序块进行编程。
论文阐述了自动售报机各主要部件的选择,具体说明了可编程序控制器在自动售报机中的作用。
本文程序涉及到了自动售报机工作的绝大部分过程。
利用西门子PLC控制的自动售报机提高了系统的稳定性,保证自动售报机能够长期稳定运行,可实现类似控制功能,还具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点。
关键词：
自动售报机；S7-200PLC；PLC设计；
引言……………………..…………………………………………………………………1
自动售报机与PLC设计
第一章绪论
引言
在现阶段传统的报业领域里，尽管报刊、杂志等媒体仍然占有重要的信息传播地位，其发行方面却还未能应用适应信息化建设需求的设备。
据统计，超过40%的报刊发行量来源于报摊、零售点，但随着城市的现代化建设的要求，街头零售报摊、点的数量的增多将极受限制，甚至有减少的可能。
因此，自动售报机不仅有利于增加各媒体的报刊杂志的发行渠道和发行量，而且有利于规整个城市的市容市貌，适应城市信息化建设的需要。
自动售报机在国际上已有几十年的发展历史，根据使用环境的不同，各个国家和地区售报机的结构和性能也不一样。
欧美等国家的自动售报机大多是一次投币即开门任人自觉取报。
现阶段我国的自动售报机尚属起步，有很大的发展空间。
相对于国外的满大街摆放的即开放式自由取报的售报机，我国的售报机在技术上要复杂得多，其工作原理也不同，加上人们使用习惯和认知度不够，导致了自动售报机这种文明售报方式还未能在报业发行中起到其应有的作用。
本文根据百姓阅读报刊的特点，设计了一款自动售报机。
自动售报机的控制核心一般都是由单片机来实现的。
顾客按下相应的报刊的编号按键后，自动售报机通过按键的电路获知顾客选择哪种货物，控制显示相应报刊名称和单价。
顾客通过投币器投入纸币或硬币，经过识别器识别，单片机通过中断请求的方式获知有币投入，并显示投币的数额。
如果投入总额足够购买此种货物时，自动售报机将查看该种报刊是否有存货，如果有存货则发出信号，驱动此种报刊的分报电机转动。
出报装置开始运转，与此同时，自动售报机将通过传感装置来判断报刊是否顺利达到报口并取走。
如果顺利取出，自动售报机将认为此次交易成功完成，并相应的找零。
同时通过GSM模块发送短信回服务器，如果中间哪步出现异常，自动售报机将提示并取消交易。
自动售报机还拥有存储交易记录和允许管理员修改单价等功能。
这是单片机通过部的存储芯片和程序来实现的。
信息管理系统功能模块（后台管理部分）设计为：
日常统计、添加硬币、异常记录、系统时间、报刊信息、服务、历史统计、日常统计。
1.1自动售报机的介绍
自动售报机的使用对于提高城市的信息化建设很有利，这部分阐述了自动售报机的功能原理和操作规程。
人们可以通过自动售报机快捷便利的买报纸看报纸，同时也起到了保护环境的作用。
自动售报机包括箱体、重量传感器、单片机、电动机、语音报纸警器、弹簧和钱币收集盒，其中，重量传感器、单片机、电动机、语音报纸警器、弹簧和钱币收集盒均设在箱体，箱体上部开有钱币入口，重量传感器位于钱币入口的正下方，钱币收集盒位于箱体重量传感器下方。
前部开有报纸纸出口，报纸纸出口下方设有弹簧。
重量传感器、单片机和电动机通过导线依次电路连接，语音报纸警器通过导线与单片机电路连接。
箱体后部设有电源插头，重量传感器、单片机、电动机和语音报纸警器均通过导线与电源插头电路连接。
本发明通过单片机利用传感器转换的电子信号检测信号的正确性，通过电动机或音响，执行不同的命令，整个系统安全、方便、廉价。
自动售报机的运行分为前台售报纸和后台管理两个状态。
开门后，售报纸机自动进入后台管理状态;相反，售报纸机自动进入前台售报纸状态，屏幕显示待机画面，如图1.1.1-1所示
由上面所展示出的自动售报机的外观可以看出自动售报机上有很多的选择按键和出口入口，可以通过纸币入口或者是硬币入口投币，然后通过选择选报纸按键选择自己所需要的报纸纸类型，也可以按取消键取消选报纸，之后从找币退币口退出钱。
自动售报机上设有两个出报纸口，分别在左右两边，方便顾客取报纸。
自动售报机同时还可以起到宣传的作用，这样既环保又具有效益自动售报机是集光电机一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的下，靠触摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将报纸刊输出。
自动售报机是以单片机为核心，结合机械技术、红外线识别技术和手机无线通信技术于一体的自动化控制装置。
具有功能强大、可靠性高、使用方便、维护简单等特点。
它不仅能够自动识别硬币，还能够自动识别纸币，还会自动找零。
其中可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心的工业控制装置。
自动售报机将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。
1.2自动售报机的发展前景
现在,自动售报机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。
例如实行联机方式,通过线路将自动售报机的库存信息及时地传送各营业点的电脑中,从而确保了报纸纸的发送、补充以及报纸纸选定的顺利进行。
并且,为防止地球暖化,自动售报机的开发致力于能源的节省,节能型清凉饮料自动售报机成为该行业的主流。
在居季电力消费高峰时,这种机型的自动售报机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温,与以往的自动售报机相比,它能够节约10,15的电力。
进入21世纪时,自动售报机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。
同时因经济复缓慢,社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。
自动售报机不仅保障了惬意的工休时间,也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。
特别是在24小时无休工作状态中的办公场所,使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机,解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题,这种服务加速了自动售报机与咖啡饮品服务的融合。
从自动售报业的发展历程看,其具有快速发展的潜力1、自动售报技术的发展促进了自动售报业的成长。
自动售报机作为一种集声、光、机电一体化的高新智能化产品,一般由识别系统、找币系统、传输系统、制冷（恒温）系统组成。
随着防伪识别技术、数码技术、软件技术和制冷技术的发展,自动售报机运行的可靠性大大提高,减少了报纸出售和报纸币识别的误差,有效地维护了运营商和消费者双方的权益。
自动售报机从仅能识别硬币到准确的识别纸币,方便了消费者的购买行为,为自动售报业的发展提供了基础保障。
2、自动售报机的分布密度高,满足了消费者的便利性和即时性需求。
随着人们生活方式向快节奏、高效率变化,时间的价值显著提高,消费者在购时更加注重便利性、即时性。
随着自动售报机数量的增加,报纸纸包装的定量化和标准化,出售的报纸纸多样化,自动售报的便利性日益显现。
同时,被称为“永不下班的超级营业员”的自动售报机在满足人们的即时性需求方面是其它零售方式不可替代的。
3、满足运营商获取高收益的要求。
零售业各业态日趋激烈的竞争,使得商家不断寻求新的投资机会,而自动售报业态恰好符合投资的风险———收益原则。
由于自动售报机的销售效率高（平均每台自动售报机销售额达到1万美元）,运营商规模大（一般拥有10多万台甚至100多万台）,加上自动售报机本身具有的节约劳动力与场地等优势,从而降低了经营成本,提高了投资收益。
专家预测,未来几年中国市场上的自动售报机将每年增加5—10万台。
中国沿海比较富裕的地区,将大约有3.5亿人口经常使用自动售报机。
目前按人均台数计算,自动售报机在日本达到每台25人,在美国达到50-60人,在欧洲每台50-120人,而中国的人均拥有量却很低,若按每台500人计算,中国城市人口3.6亿,中国自动售报机的潜在容量为73万台,以每天销售200元计,73万台自动售报机的全年销售额可达500亿。
因此加快发展中国自动售报业,对提高投资效益具有重要的意义。
1.3本次设计的主要目的及主要容
本次设计的主要目的能够实现自动售报机的自动控制系统的PLC设计，进一步增强和完善学生自我的创新与动手能力。
主要容是首先整个控制系统的设计思路，从硬件到软件的资料收集，对一些硬件以及自动售报机部接线电路都逐一进行了研究学习。
包括投币系统、验钞系统、交易系统以及退币系统的制作，在某些环节都有相应的保护设置，这样对机器本身和顾客都有了安全保障。
其中钱币装置是售报纸机的核心，其主要功能是确定投入钱币的真伪，分类钱币的种类，计算金额，在程序设计里都有介绍
第二章PLC的介绍
2.1PLC的概论
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。
2.1.1PLC的基本功能
1，条件控制功能
2，定时/计数控制功能
3，数据处理功能
4，A/D与D/A转换功能
5，运动控制功能
6，过程控制功能
7，扩展功能
2.2PLC的基本结构和原理
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。
如图2-1所示。
图2-1PLC工作原理
（1）中央处理器CPU是由控制器和运算器组成的。
运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。
控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊的工作，它的基本功能是从存中取出指令和
执行性指令。
它的重要功能如图2-2所示。
图2-2结构图
（2）存储器PLC的存储器分为两大部分：
一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统部数据。
而大部分使用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。
（3）输入输出接口电路PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。
输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。
（4）电源PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。
（5）输入输出I/O扩展接口若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。
（6）PLC的基本工作原理PLC采用的是循环扫描工作方式。
对每个程序,COU从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，知道遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。
PLC的扫描周期全过程如图2-3所示。
具体过程如下：
（1）输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。
完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。
（2）程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的部辅助寄存器和输出状态寄存器。
（3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。
图2-3PLC的扫描周
第三章自动售报机各部件简介
自动售报机是集光电机一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将报刊输出。
自动售报机是以单片机为核心，结合机械技术、红外线识别技术和手机无线通信技术于一体的自动化控制装置。
具有功能强大、可靠性高、使用方便、维护简单等特点。
它不仅能够自动识别硬币，还能够自动识别纸币，还会自动找零。
其中可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心的工业控制装置。
自动售报机将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。
它的控制部分是一套基于MDB/ICP和32位RISCARM7TDMI体系结构的售报机多机多总线控制系统，
VMC为基于32位RISCARM7TDMI体系结构的售报机控制器，是该控制系统的核心。
VMC控制12个出报器和2个取报箱，不同型号的报售报机配置不同数量的出报器。
3.2.1MDB的介绍
MDB是欧洲售货机制造协会定的一套用于协调VMC与多个外设之间通信的协议，该协议简洁明了，功能强大，可扩展性强，最多可挂32个外设，是理想的自动售卖系统部总线协议，本项目在此总线上设计安装硬币识别找零器（识别和找零一角、五角、一元硬币）、纸币识别器（识别1、2、5、10和20元纸币）和系统外设（键盘和灯箱控制）；RTC（RealTimeClock）为生成交易记录、异常记录和广告灯箱的定时开启等功能提供时间依据；LCM为宽温128*64点阵液晶显示模块；基于I2C总线的2K字节EEPROM存储器用于存储销售统计、报刊名称、报刊价格和服务等信息；基于片总线的512K字节FLASHROM用于存放uC/OS-II嵌入式操作系统的应用程序。
3.2.2LCM的介绍
LCM即是LCD显示模组、液晶模块，是指将液晶显示器件，连接件，控制与驱动等外围电路，PCB电路板，背光源，结构件等装配在一起的组件。
LCM提供用户一个标准的LCD显示驱动接口（有4位、8位、VGA等不同的类型），用户按照接口要求进行操作来控制LCD正确显示。
LCM相比较玻璃是一种更高级程度的LCD产品，对于小尺寸的LCD显示，LCM可以比较方便的与各种微控制器（比如单片机）连接。
但是，对于大尺寸或者是彩色的LCD显示，一般会占用控制系统想当大部分的资源，有时根本无法控制。
在自动售报机中，LCM可以比较容易实现连接。
3.2.3RTC的介绍
RTC是RealTimeClock的简称，中文意思是实时时钟芯片。
RTC是PC主板上的晶振及相关电路组成的时钟电路的生成脉冲，RTC经过电路的变频产生一个频率较低一点的OS系统时钟，系统时钟每一个CPU周期加一，每次系统时钟在系统初始化时通过RTC初始化。
简单的说，RTC的作用就是提供稳定的时钟信号给后续电路用。
3.2.4EEPROM的介绍
EEPROM是一种电可插可编程只读存储器，它是指在掉电后数据也不会丢失的一种只读的存储芯片，EEPROM可以在电脑上或者专用设备上擦除已有的信息，然后重新进行编程。
EEPROM不需要从计算机中取出即可修改，当计算机在使用的时候可以频繁的重编程。
EEPROM的寿命是一个很重要的设计考虑参数。
它的一种独特形式是闪存，其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
一般用在即插即用，常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据，也常用在防止软件非法拷贝的硬件锁上面。
3.2.5FLASHROM的介绍
FLASHROM是快速擦写只读编程器，也就是我们常说的闪存，所谓闪存是一种非易失性的存，属于EEPROM的改进产品。
它的最大特点是必须按块擦除（每个区块的大小不定，不同厂家的产品有不同的规格），而EEPROM则是一次只可以擦除一个字节（BYTE）。
目前，闪存被广泛的应用于PC机的主板上，用来保存程序，便于进行程序的升级。
其另外一大应用领域是用来作为硬盘的替代品，具有抗震、速度快、无噪声、耗电低的优点，但是将其用来取代RAM就显得不合适，因为RAM需要能够按字节改写，而FLASHROM不需要。
第四章自动售报机功能分析
4.1自动售报机的基本功能
在进行上、下位机程序编写之前,首先要做的工作是确定自动售报机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。
在实际生活中,我们见到的售报纸机可以销售一些简单的报纸纸，如日报纸、南方晨报纸等。
售报纸机的基本功能就是对投入的报纸币进行运算,并根据报纸币数值判断是否能够购买某种报纸纸,并作出相应的反应。
举一个简单的例子来说明,例如,售报纸机中有4中报纸纸,其中01号报纸纸代表第一种报纸纸,价格为1元,02报纸纸为3元,其余类推。
现投入1个1元硬币,当投入的报纸币超过01报纸纸的价格时,01报纸纸的选择按钮处应有变化,提示可以购买,其他报纸纸同比。
当按下选择01报纸纸的价格时,售报纸机进行减法运算,从投入的报纸币总值中减去01报纸纸的价格同时启动相应的电机,提取01号报纸纸到出报纸口。
此时售报纸机继续进行等待外部命令,如继续交易,则同上,如果此时不再购买而按下退币按钮,售报纸机则要进行退币操作,退回相应的报纸币,并在程序中清零,完成此次交易。
由此看来,售报纸机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算,这是它的部功能。
还要有报纸币识别系统和报纸币的传动来实现完整的售报纸、退币功能。
本次自动售报机控制系统采用PLC作为控制核心,具有抗干扰能力强,可靠性好,控制系统结构简单,通用性强,编程方便,易于使用,功能完善,设计、施工、调试的周期短,体积小,维护操作方便,易于实现网络,可实现三电一体化等功能,这在现代化商业社会的今天尤为重要。
4.2自动售报机控制要求及流程
该自动售报机可识别三种钱币，分别是1元、2元、5元，采用三个按钮进行模拟，自动售报机共出售四种报纸，其价格分别定为1元、3元、4元、6元，当投币数大于等于报纸价格时且售报纸机里有这种报纸时，指示灯亮，表示可以进行购买，四种报纸分别用四个小灯代替进行模拟。
除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、送报纸等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用从高到低递减的形式进行清零，例如：
当余额为17元时，按下找零按钮后，先找三个五元数码管分别显示12、7、2，然后再找2元，清零。
送报纸部分采用小车直线运动进行模拟，将四种报纸分别送到四个不同的地点，采用四个光电开关分别代表四个不同的送报纸地点，当按下不同的送报纸按钮后，小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动，表示送报纸。
系统流程分析
根据当三原则（整体性原则、分作—协调原则、目标优化原则）和系统开发的结构化生命周期法以及原型法。
通过对系统的调查和可行性分析，画出系统的实际操作流程图，如图3.1-1所示:
图4.1-1自动售报机系统流程图
第五章自动售报机控制系统的PLC设计
5.1整体系统工作流程
图4-1工作流程
5.2I/O地址分配表
表4.1I/O分配表
输入单元
PLC地址
输出单元
PLC地址
投币1元
I0.1
A报纸显示
Q1.0
投币2元
I0.2
B报纸显示
Q1.1
投币5元
I0.3
C报纸显示
Q2.0
送报纸（A报纸）
I0.4
D报纸显示
Q2.1
送报纸（B报纸）
I0.5
找零出口
Q2.2
送报纸（C报纸）
I0.6
出报纸口
Q2.3
送报纸（D报纸）
I0.7
电机正转
Q2.6
找零
I0.0
电机反转
Q2.5
数码个位显示
Q0.0—Q0.3
数码十位显示
Q0.4—Q0.7
限位开关S1
I1.0
限位开关S2
I1.1
限位开关S3
I1.2
限位开关S4
I1.3
5.3硬件接线图
图5-2硬件接线图
5.4程序设计
5.4.1中间辅助继电器分配表
辅助继电器
功能
辅助继电器
功能
M0.0
送A报纸
M1.2
电机反转
M0.1
限位开关S1
M1.3
电机正转
M0.2
限位开关S2
M1.4
电机正转
M0.3
送B报纸
M1.5
电机反转
M0.4
送C报纸
M1.6
电机正转
M0.5
限位开关S3
M2.0
送报纸延时
M0.6
送D报纸
M2.1
送报纸延时
M0.7
限位开关S4
M2.2
送报纸延时
M1.0
电机反转
M20.0
找零
M1.1
电机正转
表4.2中间辅助继电器分配表
5.4.2典型程序分析
开始程序，先进行程序初始化，具体程序如图5-3所示。
图5-3初始化程序
每投入一种钱币就执行一次与MW3里面的数相应的加一次，并在此寄存在MW3中，直到投币结束为止，具体程序如图4-4所示。
图4-4钱币相加程序
显示当前投入的钱币可以购买的报纸程序如图4-5所示。
图5-5显示程序
确定购买报纸后，进行延时等待再将报纸送到出报纸口处，如图4-6所示。
图5-6送报纸程序
每当购买某种报纸一次，就进行一次这种报纸的计数，分别由计数器C1、C2、C3进行计数，具体程序如图5-7所示。
图5-7报纸计数程序
购买报纸后如有剩余钱币，按下找零按钮I0.0，程序立即会将所投进的总钱数与购买的报纸花费的钱数相减，将剩余的钱进行区间比较，最后再将相应的钱数进行I_BCD码的转换，通过传送指令由数码管QB0输出显示，具体程序如图5-8所示。
图5-8显示剩余钱数程序
5.5程序调试
在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将购买之后送报纸的过程加进设计的方案中，后来在老师的提醒之下，我又将送报纸的过程采用了小车直线运动进行模拟，将四个光电开关模拟成四种报纸的送报纸地点，分别在按下四个送报纸按钮之后，将报纸送到四种地点，使得整个系统更加完善，功能更加强大。
在数码显示的过程中也遇到了一些问题，数码显示时数据的传输所用到的中间继电器和后来送报纸时的中间继电器发生了冲突，使得程序运行过程发生了紊乱，后来在同学的帮助下，我明白了问题的关键，将其解决，使数码显示功能顺利实现。
在最后的送报纸过程中，由于有四个地点，所以要对电机的正反转分别进行控制，最初我是将所有的正转输入都采用了Q2.6进行驱动，所有的反转输入都采用了Q2.5进行驱动，当程序运行时，发现得不到预期的现象，经检查程序没有问题，后来经过考虑和同学的提醒，采用中间继电器进行驱动，现象就出现了，实现了最初预想的送报纸过程。
在找零阶段，最初只是按下找零按钮后直接将数码显示清零，后来经过思考和老师的提醒，将找零部分又逐步进行了完善，将找零的过程在数码管上显示了出来先找大面额的钱币，后找小面额的钱币，其部进行减法运算，使得整个找零的过程清晰可见。
在购买报纸的过程中最初忽略了如果报纸售完该怎么办，后来经过完善将报纸的数量进行了设定，只有当投币金额大于等于所要购买的报纸时，且报纸数量大于零时才能进行购买，这使得整个过程更加完善。
第六章总结与展望
目前,可编程序控制器、机器人、CAD/CAM已经成为工业生产自动化的三大支柱。
在以PLC为核心的自动售报机控制系统中,当需要增加可选择的报纸纸数量时,该控制系统的硬件只需要增加相应的输入信号,其硬件的原有接线不需要改变,软件则可以根据不同的控制要求进行修改,具有较强的适应性,因此在自动售报机行业中得到广泛的应用。
根据日本、美国等国家的经验,自动售报机将在全球围得到更大的普及,其未来的发展趋势主要有如下3点:
（1）自动售报机的机体部结构已经相当完善,影响其普及的关键因素:
在现有的各种通信网络平台上如何让自动售报机形成一种销售连锁网,为其提供更方便的营销方式和管理机制,能最大限度地降低生产、运营成本。
目前,无论是基于Int
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