CN105096461B - 一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统，包括服务器以及与服务器联网的多台自动售货机，每台自动售货机包括多个分隔的变温空间、常温储存单元、控制单元和受控于控制单元的变温行为模块；控制单元包括：采集自动售货机实际销量的数据采集模块、数据存储模块以及数据收发模块；控制单元根据预计销量数据控制变温行为模块制冷或加热对应数量的变温空间；服务器根据每台自动售货机的实际销量数据计算预计销量；本发明还公开了一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法；本发明实现自动售货机根据销售量的需求进行货品的制冷和加热，在满足消费者需求的同时大幅度节省能量，减少食品变质的可能性，大幅度降低食品安全风险。

Description

一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统及控制方法

技术领域

本发明涉及自动售货机的控制技术，特别涉及一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统及控制方法。

背景技术

自动售货机广泛普及，但是目前的自动售货机均是独立工作的，且是非智能的，这不仅造成了大量的能量损失，还存在待售的加热物品易变质，导致物品的浪费以及影响消费者的严重的食品安全问题。据不完全统计，目前仅在北京、上海、广州、天津、沈阳、西安、杭州、昆明、深圳等地的各种自动售货机由2004年的3万多台增加到2013年的30.2万台。而自动售货机由于需要24小时工作，从而造成大量能耗。据统计，日本自动售货机消耗大量的能量，其总和等于2个核发电堆输出的能量。对自动售货机节能的研究势在必行。

为了可以对自动售货机进行统一的控制，及时获知各自动售货机的销售情况以及运行状态，有研究者提出了一些售货机系统，设有控制中心来接收和传递信号来对自动售货机进行控制，达到节能、及时添加货品、支付方式多样等优点，例如公开号CN 1421825A的专利文献公开了一种智能式售货机系统，包括通过通信链路与服务器连接的多个智能售货机，每个售货机有物品贮存单元、物品输出单元、输入单元、物品贮存单元的温度检测单元及温度调节单元、显示单元、通信单元及控制单元，可控制所贮存物品的输出、温度调节，还可根据远程控制中心的提供的命令进行控制，同时可传送售货机各种状态信息。这种智能式售货机系统，结合网络通信和控制技术，实现购买物品既可以用现金，有可以用人们常有的IC卡，既方便消费，又便于资金的管理；可满足人们期待的冬暖夏凉的消费需求；并通过远程监控和管理，节省人力，改善管理且节能。

又例如授权公告号CN 102231215B的专利文献公开了一种基于GIS技术及无线实时通讯的自动售货机管理系统，其包括自动售货机及送货车与售货机管理服务器；售货机管理服务器包括售货机管理控制器及数据存储部，数据存储部内预先存储有自动售货机的位置信息；售货机管理控制器实时接收自动售货机的使用状态，并将使用状态与数据存储部内相应自动售货机位置信息关联后存储于数据存储部内，且售货机管理控制器能通过售货机GIS呈现模块将自动售货机信息状态输出；售货机管理控制器实时接收送货车的送货定位信息，并将送货车相应的送货定位信息存储于数据存储部内，通过车辆GPS定位置管理模块将数据存储部内存储送货车定位信息输出，上述发明操作方便，管理效率高，定位精确，节能环保，安全可靠。

上述系统虽然实现对自动售货机的管理，但是大多针对售货机的销售情况进行控制，并不能起到很好的节能效果，尤其是对存储于自动售货机内的已加热物品的管理极度缺乏，存在严重的食品安全风险。

发明内容

本发明提供了一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统，可以根据预计的销售量进行制冷或加热对应数量货品，相比于现有技术制冷或加热储存的所有货品，可以大幅度节省能量，降低食品的安全风险，且联网系统化设置，便于进行智能化控制。

一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统，包括服务器以及与服务器联网的多台自动售货机，每台自动售货机包括多个分隔的变温空间、常温存储并可向各变温空间补充货品的储存单元以及控制单元，每个变温空间设有独立且受控于控制单元的变温行为模块；

控制单元包括：采集自动售货机实际销量的数据采集模块、数据存储模块、以及将采集的数据发送至服务器和接收服务器的预计销量数据的数据收发模块；

控制单元根据预计销量数据控制变温行为模块制冷或加热对应数量的变温空间；

服务器根据每台自动售货机的实际销量数据结合历史数据计算预计销量。

所述变温空间可以是制冷，也可以是加热，与变温行为模块有关，变温行为模块可以采用半导体或者压缩机进行制冷或者加热，还可以直接通过电阻丝加热；分隔的变温空间容纳一个单位的货品，变温空间越小、容纳的货品越少，控制精度也越高，同时设备的复杂程度也会增加；通过服务器同时联网控制多台自动售货机，智能化程度高，实现远程控制，联网可以通过有线或无线通讯实现。

本发明还提供了一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，利用历史销售数据分析计算预计销售数据，并根据预测销量数据加工对应的货品，高效利用大数据对销量进行预测、监控和调整，满足消费者需求的前提下大幅度节省能量。

一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)每台自动售货机根据接收自服务器的本次主时间段的预计销量数据，制冷或加热对应数量的货品；

(2)每台自动售货机记录主时间段的实际销量数据并发送给服务器；

(3)服务器根据每台自动售货机的实际销量数据结合历史数据计算下一主时间段的预计销量数据并发送给对应的自动售货机；

(4)循环步骤(1)和(2)。

服务器一次传送一个主时间段的预计销量数据给自动售货机，为了减少通讯量，一般主时间段设置的时间较长，一般为一天，然而一天内，销量变化明显，因此，为了进一步细化一次温控的货品量，降低能耗，优选的，步骤(1)中，所述每一个主时间段的预计销量数据包括n个分时间段的预计销量数据，在第i个分时间段时，制冷或加热第(i+1)分时间段的预计销量数据对应数量的货品。为了便于记录和整理数据，所述分时间段一般为一个小时。

货品长时间处于加热状态容易变质，尤其是需要加热的食品，长时间加热容易变质，本发明分时间段根据销量加热，加热时间短，减少食品变质的可能性，大幅度降低食品安全风险。

为了提高预计销量的准确性，本发明实时对数据进行修正，优选的，步骤(2)中，每隔一个分时间段自动售货机记录在该分时间段的实际销量数据并传送给服务器，服务器将该分时间段的实际销量数据与预计销量数据进行比较，当误差超过预设值时，计算销量的波动趋势，并根据波动趋势更新自动售货机之后的分时间段的预计销量数据。通过对比原预计销量和实际销量来进一步修正下一个分时间段的预计销量，提高预计销量的准确性。

本发明还将所有自动售货机的数据进行整合，以准确预计接下来的销量情况，优选的，步骤(2)中，当超过预定数量的自动售货机同时发生相同的波动趋势，则依照该波动趋势调整所有自动售货机的预计销量数据。例如超过2/3的自动售货机在同一主时间段的同一分时间段销量上涨或下降，则增加所有自动售货机的预计销量，可以对应冷饮销量忽然增加等情况，例如夏季提早到来。

为了提高预计销量的准确性，优选的，步骤(3)中，服务器根据实际销量数据结合历史数据计算第t个主时间段的预计销量数据具体包括以下步骤：

3-1、计算第t个主时间段前，第i个分时间段的销量平均值a_ij为第j个主时间段的第i个分时间段的实际销量，j为任一主时间段的序号，i为任一分时间段的序号；

3-3、用最小二乘法，对步骤3-2中计算得到的(j,r_ij)进行线性拟合，得到预期残差值的计算公式：

其中：

为在第t个主时间段前，第i个分时间段的残差平均值；

第t个主时间段的第i分时间段的预期残差

3-4、第t个主时间段的第i个分时间段的预计销量

之后的预计销量以此类推，历史数据可以保持最近的(t-1)天，也可以逐渐累积。

本发明先通过历史数据计算出残差的变化趋势，然后预计出第t个主时间段各分时间段的预期残差，进而得到预计销量。

根据实际销量对下一分时间段的预计销量进行校正，优选的，服务器将该分时间段的实际销量数据与预计销量数据进行比较的具体内容为：第t个主时间段的第i个分时间段的实际误差绝对值|r_it′|是否大于预期残差绝对值|r_it|的k倍，即|r_it′|＞k|r_it|时，则认为误差超过预设值，0＜k＜2；k为人为设定的参数，调节校正的灵敏度。

实际误差r_it′为第t主时间段的第i分时间段的实际销量和预计销量的差值。

计算销量的波动趋势，并根据波动趋势更新自动售货机之后的分时间段的预计销量数据的具体内容为：计算|r_it′|与|r_it|的差值，第i+1个分时间段的预计销量数据加入所述差值。可以只修正第i+1个分时间段的预计销量，也可以修正接下来的多个分时间段的预计销量，可以根据需要进行选择。

为了保证每个自动售货机提供足量的货品储蓄，优选的，服务器根据接收的实际销量数据，计算自动售货机的货品存量，若存量低于预定数值，补充货品。

为了更准确地预计销量，除了最近得销量作为计算参数以外，优选的，所述历史数据包括近期的销量纪录以及往年同期的销量纪录平均值。

本发明的有益效果：

本发明通过联网的方式通过服务器对多台自动售货机的制冷和加热量进行控制，实现自动售货机根据销售量的需求进行货品的制冷和加热，在满足消费者需求的同时大幅度节省能量，减少食品变质的可能性，大幅度降低食品安全风险。

附图说明

图1为本发明系统的组成示意图。

图2为本发明方法的线框流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例包括在一个区域的7台存储与制冷加热分离的自动售货机1，这7台存储与制冷加热分离的自动售货机内的控制单元通过利用Sina App Engine平台搭建一个网页程序并且将控制程序都集中到该应用中，从而实现将在网页上输入的数据转换成相关的控制信号到控制电路中。通过Arduino和半导体制冷片驱动组成工作电路，利用DFRduino Ethernet W5100扩展板，将Arduino连接到以太网，实现数据的输入和输出。

终端机(自动售货机)1与主机(服务器)2之间通过3G信号传送数据。终端将实时销量数据和设备运行情况通过3G信号传输给主机的中心控制平台，中心控制平台通过数据处理和算法优化之后传送命令至终端是否调整工作模式。

每台终端(自动售货机)1包括多个分隔的变温空间11、常温存储并可向各变温空间补充货品的储存单元12以及控制单元13，每个变温空间11设有独立且受控于控制单元的变温行为模块；控制单元13包括：采集自动售货机实际销量的数据采集模块、数据存储模块、以及将采集的数据发送至服务器和接收服务器的预计销量数据的数据收发模块；

终端(自动售货机)工作的方式如下：

控制单元每日零点从中心控制台接收次日每小时工作状态，即每小时需要准备多少热饮和多少冷饮；

第n小时来临时，开始准备制冷或制热(也可以同时制冷和制热)第n+1小时所需的冷热饮，并控制变温行为模块工作，制冷或加热对应变温空间内的饮料。

若接收到中心控制台发出的临时预计销量改变命令，则放弃原有的预计销量，按临时接收的预计销量准备制冷/制热饮料。

以小时为单位，计数每种饮料的销量，在整点的时候将实际销量发送给中心控制台，并将结果暂存，中心控制台接收实际销量。实际销量数据每天清零一次，通过中心控制台的命令来执行。

若终端出现故障，向中心控制台发送故障信息。

主机(服务器)的中心控制台工作方式如下：

每小时接受终端传来的实际销量数据，计算终端饮料存量，若存量低于预定数值，则通知工作人员补充饮料；

每小时接受终端传来的销量数据，判断与零点时发送给终端的预计销量的偏差是否在可允许范围内，若可允许，则不向终端发送销量调整信息；若不可允许，则通过时间序列方法找出波动趋势，预计接下来直到零点之前每个小时的销量数据，发送给终端；

中心控制台每日的销量预计来源于：

往年同期的销量纪录平均；

近30天来的销量纪录的时间序列分析；

其他终端的销量数据反馈：如其他若干终端均出现销量上涨，则可以估计所有终端销量均会有上涨趋势，如夏季提早到来。

若收到终端异常的信息，派遣专门的工作人员前往维修。

本实施例中，中心控制台具体的预计销量的算法采用以下方法：

计算31日第i小时的预计销量(一天24小时均采用相同算法)：

假设过去的30天，每天第i小时的销量分别为a_i1,a_i2,a_i3,…,a_i30，则先求其平均值(注意这里下标i越小表示时间越早)：a_ij为第j填的第i个分时间段的实际销量，1≤j≤30；

求每日销量的残差：

计算第31天(即预测日)的预期残差：

计算得到第31天第i小时的预计销量：

之后的预计销量以此类推，历史数据可以保持最近的30天，也可以逐渐累积。

监控异常销售结果情形并予以调整的方法如下：每个小时销售完成，中心控制台将从终端返回的实际销量与预计销量作比较，如果实际误差绝对值小于或等于预期残差r_i31绝对值的1/2(即k＝1/2)，则认为预计销售正常，若超过，则计算实际误差绝对值与预期残差绝对值之差，并在接下来第i+1个小时的销量预计中加上差值的制冷/制热量。

例如，第8小时，预计销量45，预期残差-4，实际销量47，实际误差2，则绝对值的差值2，恰好不超过，不做任何干预；

若实际销量48，实际误差3，超过预期残差4的一半，则接下来从第9小时开始，预计销量+1。

每一天的24:00，统计当天需要临时调整销量的自动售货机数目，如果超过4台自动售货机需要调整，则求出调整的均值，并在所有自动售货机次日的预期数量中加入该调整的均值。

实施例2

本实施例中包括在一个区域内的16台存储与制冷加热分离的自动售货机，这16台存储与制冷加热分离的自动售货机内的控制单元通过利用通过单片机采集实际销量信息、机械故障信息、控制制冷片制冷和制热单元制热，通过数据转换模块将以太网信号转换成单片机串口输入输出信号，终端机(自动售货机)与主机(服务器)之间通过有线以太网传送数据。

本实施例的制冷/制热结构与实施例1相同。

终端(自动售货机)将实时销量数据和设备运行情况通过以太网传输给主机(服务器)的中心控制平台，中心控制平台通过数据处理和算法优化之后命令终端是否调整工作模式。

终端(自动售货机)工作的方式如下：

每日正午12:00从中心控制台接收次日每小时预计销量，即每小时需要准备多少热饮和多少冷饮。

第n小时来临时，开始准备制冷或制热第n+1小时所需的冷热饮。

若收悉中心控制台的预计销量改变，则更新预计销量，按照更新后的预计销量准备制冷或者制热饮料。

以小时为单位，计数每种饮料的实际销量，在整点的时候将计数结果发送给中心控制台，并将结果暂存。中心控制台反馈收悉信号，终端的数据每天清零一次，通过中心控制台的命令来执行。

若终端出现故障，向中心控制台发送故障信息。

主机的中心控制台工作方式如下：

每小时接受终端传来的实际销量信息，计算终端饮料存量，若存量低于预定数值，则通知工作人员补充饮料。

每小时接受终端传来的实际销量信息，判断与正午12:00时分发给终端的预计销量的偏差是否在可允许范围内，若可允许，则不向终端发送预计销量调整信息；若不可允许，则通过时间序列方法找出波动趋势，预计接下来3个小时的销量信息，发送给终端；

中心控制台每日的销量预计来源于：

往年同期的销量纪录平均；

近40天来的销量纪录的时间序列分析；

其他终端的销量信息反馈：如其他若干终端均出现销量上涨，则可以估计所有终端销量均会有上涨趋势，如夏季提早到来。

若收到终端异常的信息，派遣专门的工作人员前往维修。

本实施例中，中心控制台具体的算法采用以下方法：

计算次日第i小时的预计销量(一天24小时均采用相同算法)：

假设过去的40天，每天第i小时的销量分别为a_i1,a_i2,a_i3,…,a_i40，则先求其平均值(注意这里下标i越小表示时间越早)：a_ij为第j填的第i个分时间段的实际销量，1≤j≤40；

求每日销量的残差：

计算第41天(即预测日)的预期残差：

计算第41天第i小时的预计销量：

之后的预计销量以此类推，历史数据可以保持最近的40天，也可以逐渐累积。

监控异常销售结果情形并予以调整的方法如下：每个小时销售完成，将从终端返回的实际销量与预计销量作比较，如果实际误差绝对值小于或等于预期残差r_i31绝对值，此时k＝1，则认为销售正常，若超过，则计算实际误差绝对值与预期残差绝对值之差，在接下来第i+1个小时的销量预计中加入这一差值。

例如，第8小时，预计销量45，预期残差-4，实际销量47，实际误差2，则绝对值相差2，不超过，不做任何干预；

若实际销量53，实际误差8，超过预期残差4，则接下来从第9小时开始，预计销量+4。

Claims (8)

1.一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统，包括服务器以及与服务器联网的多台自动售货机，其特征在于，每台自动售货机包括多个分隔的变温空间、常温存储并可向各变温空间补充货品的储存单元以及控制单元，每个变温空间设有独立且受控于控制单元的变温行为模块；

控制单元包括：采集自动售货机实际销量的数据采集模块、数据存储模块、以及将采集的数据发送至服务器和接收服务器的预计销量数据的数据收发模块；

控制单元根据预计销量数据控制变温行为模块制冷或加热对应数量的变温空间；

服务器根据每台自动售货机的实际销量数据结合历史数据计算预计销量，具体步骤如下：

(1)每台自动售货机根据接收自服务器的本次主时间段的预计销量数据，制冷或加热对应数量的货品；

每一个主时间段的预计销量数据包括n个分时间段的预计销量数据，在第i个分时间段时，制冷或加热第(i+1)分时间段的预计销量数据对应数量的货品；

(2)每台自动售货机记录本次主时间段的实际销量数据并发送给服务器；

(3)服务器根据每台自动售货机的实际销量数据结合历史数据计算下一主时间段的预计销量数据并发送给对应的自动售货机；

服务器根据实际销量数据结合历史数据计算第t个主时间段的预计销量数据具体包括以下步骤：

3-1、计算第t个主时间段前，第i个分时间段的销量平均值a_ij为第j个主时间段的第i个分时间段的实际销量，j为任一主时间段的序号，i为任一分时间段的序号；

3-2、在第t个主时间段前，第j个主时间段的第i个分时间段的残差

3-3、用最小二乘法，对步骤3-2中计算得到的(j,r_ij)进行线性拟合，得到预期残差值的计算公式：

其中：

为在第t个主时间段前，第i个分时间段的残差平均值；

第t个主时间段的第i分时间段的预期残差

3-4、第t个主时间段的第i个分时间段的预计销量

(4)循环步骤(1)和(3)。

2.一种存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)每台自动售货机根据接收自服务器的本次主时间段的预计销量数据，制冷或加热对应数量的货品；

每一个主时间段的预计销量数据包括n个分时间段的预计销量数据，在第i个分时间段时，制冷或加热第(i+1)分时间段的预计销量数据对应数量的货品；

(2)每台自动售货机记录本次主时间段的实际销量数据并发送给服务器；

(3)服务器根据每台自动售货机的实际销量数据结合历史数据计算下一主时间段的预计销量数据并发送给对应的自动售货机；

服务器根据实际销量数据结合历史数据计算第t个主时间段的预计销量数据具体包括以下步骤：

3-1、计算第t个主时间段前，第i个分时间段的销量平均值a_ij为第j个主时间段的第i个分时间段的实际销量，j为任一主时间段的序号，i为任一分时间段的序号；

3-2、在第t个主时间段前，第j个主时间段的第i个分时间段的残差

3-3、用最小二乘法，对步骤3-2中计算得到的(j,r_ij)进行线性拟合，得到预期残差值的计算公式：

其中：

为在第t个主时间段前，第i个分时间段的残差平均值；

第t个主时间段的第i分时间段的预期残差

3-4、第t个主时间段的第i个分时间段的预计销量

(4)循环步骤(1)和(3)。

3.如权利要求2所述的存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，其特征在于，步骤(2)中，每隔一个分时间段自动售货机记录在该分时间段的实际销量数据并传送给服务器，服务器将该分时间段的实际销量数据与预计销量数据进行比较，当误差超过预设值时，计算销量的波动趋势，并根据波动趋势更新自动售货机之后的分时间段的预计销量数据。

4.如权利要求2所述的存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，其特征在于，步骤(2)中，当超过预定数量的自动售货机同时发生相同的波动趋势，则依照该波动趋势调整所有自动售货机的预计销量数据。

5.如权利要求3所述的存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，其特征在于，服务器将该分时间段的实际销量数据与预计销量数据进行比较的具体内容为：第t个主时间段的第i个分时间段的实际误差绝对值|r′_it|是否大于预期残差绝对值|r_it|的k倍，即|r′_it|＞k|r_it|时，则认为误差超过预设值，0＜k＜2。

6.如权利要求5所述的存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，其特征在于，根据波动趋势更新自动售货机之后的分时间段的预计销量数据的具体内容为：计算|r′_it|与|r_it|的差值，第i+1个分时间段的预计销量数据加入所述差值。

7.如权利要求2所述的存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，其特征在于，服务器根据接收的实际销量数据，计算自动售货机的货品存量，若存量低于预定数值，补充货品。

8.如权利要求2所述的存储与制冷加热分离的自动售货机系统的控制方法，其特征在于，所述历史数据包括近期的销量纪录以及往年同期的销量纪录平均值。