CN105785875A - 售货商用机器人多功能中央控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种售货商用机器人多功能中央控制系统，该中央控制系统分为3大块，即主控制系统、货道控制系统和出货控制系统，人机界面通过RS233接口连接主控制系统，主控制系统与2维坐标机械手用RS485接口相接，主控制系统还用另一RS485接口相接货架，货架采用一RS485接口相接货斗，货斗采用一RS485接口相接出货控制系统，出货控制系统上设有开关，以控制灯光和制冷。这样，通过RS485总线进行通信，可以简化整机布线，降低成本，方便维护、改良；主控制系统、货道控制系统和出货控制系统配合，实现机械手精确定位取货，支持300个以上的货道控制和安全出货控制。

Description

售货商用机器人多功能中央控制系统

技术领域

本发明涉及自动售货商用机器人领域技术，尤其是指一种售货商用机器人多功能中央控制系统。

背景技术

自动售货机是一种全新的商业零售形式，由于能实现无人自动售货，无需人工现场管理，不受时间、地点限制，降低了销售成本，提高了效率，同时方便交易，因此得到了越来越广泛的应用。

目前自动售卖机所出售的大多为重量较轻、体积较小的商品，如瓶灌装饮料、罐头、香烟、小食品、书刊杂志等等。而目前常采用的自动售货机的出货方式中有如下几种：直列式、螺旋货道、蛇形货道和箱柜式出货。这些出货方式应用在易碎、体积较大、重量较重货物的时候，都存在一定不足之处。如直列式货道不利于易碎易受损货物；螺旋货道承重存在局限，较重货物会导致货道无法工作，较轻货物（例如薯片）卡在弹簧上，旋转后货物重力无法抵消弹簧的夹紧力，导致商品无法出货，此外，螺旋货道弹簧的螺旋置货宽度对商品的大小有一定要求，商品过大塞不入置货空间内，商品过小会夹不稳，因此对售货商品具限局性较大；蛇形货道由于其特殊的货物堆叠方式，限制了其只能用于近似圆柱形货物（如瓶、罐装饮料）中，并且此种货道，对包装形状大小和重量都要特定要求，包装必须在240-600毫升之间，形状一般要求为圆柱体，不得是方形，不得是玻璃瓶或易碎商品；箱柜式则空间利用不充分，一次出货后，须等补货才能进行下一次售货。上述自动售货机就不适用于快餐、水果等货物。如椰子、西瓜等体积较大、较重、易破损的商品则不能使用这种售货机来贩卖。

在付款设计上，目前的自动售货机是一种可以实现“线上”和“线下”体验的购物平台，现有的基于自动售货机的支付、购物方法包括以下几种：a.消费者通过现金直接购买，这种方式的前提是消费者必须携带现金，而且对现金面额、找零等存在诸多限制和不便；b.售货机提供货物支付码，消费者通过支付平台支付，支付成功后售货机得到服务器反馈并出货，支付平台如支付宝的“当面付”、微信的“扫一扫”、银行卡支付等等，这种方式的前提是自动售货机和消费者的移动终端必须都能上网，特别是自动售货机需有通信功能，可以实现与网络(无线或有线)与支付平台相连。然而，目前的售货机仍存在一定缺陷，例如，采用手机支付时，每购买一件产品就必须支付一笔款，无法实现多件不同的商品一次付款。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种售货商用机器人多功能中央控制系统，其不但适用300个货道以上，而且货道对不同商品的适应性强，实现机械手取货出货动作，确保取货出货安全可靠，此外，还满足多件不同商品一次付款，一次出货，购物非常智能和快捷，从而克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种售货商用机器人多功能中央控制系统，包括

一主控制系统，包括主控板主控制器、主控板RS232接口电路、主控板RS485接口电路、主控板CAN接口电路、主控板编码器接口电路、主控板传感器接口电路和主控板电源电路，各接口电路和电源电路均电相连于主控板主控制器，所述主控板主控制器采用STM32F103VBT6控制器，主控板RS232接口电路分为RS232A接口和RS232B接口，主控板RS485接口电路分为RS485A接口和RS485B接口，所述主控板编码器接口电路有两组，主控板传感器接口有4组，负责机械手的控制、货道出货、货斗接货及出货口的指令、输出，协调货道控制系统和出货控制系统完成取货及出货的动作；

一货道控制系统，包括1个货道板主控制器、1个货道板RS485接口电路、16个货道板电机接口电路、16个货道板货物检测接口电路、16个货道板货道口检测接口电路、32个货道板限位开关电路、16个货道板手动开关电路、1个货道板电源电路和16个货道板指示灯，各电路和指示灯电相接于货道板主控制器，负责完成货道的出货控制，并且货道控制系统设置为16通道，一次控制300个以上的货架；

一出货控制系统，包括出货板主控制器、出货板RS485电路、出货板电机接口电路、出货板传感器接口电路、出货板拨码开关电路、出货板开关量检测电路、出货板电子锁/照明/提示报警控制电路和出货板电源电路，各电路与出货板主控制器电相连，负责实现货斗控制、出货控制及灯光、报警控制，并预留扩展功能接口。

作为一种优选方案，所述主控板主控制器和货道板主控制器均采用ST公司的STM32F103VBT6控制器，包括CPU、电源降噪模块、电源指示模块、时钟模块；

所述电源降噪模块连接于电源端VBAT和VCC上，C48－C53为去耦电容，用于消除电源上的噪声；E8为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度；

所述电源指示模块连接于VCC端，LED3为电源指示灯，R10是限制流电阻，用于控制通过LED3的电流；

时钟模块连接CPU的X2IN端、X2OUT端、X1IN端、X1OUT端，CY1、CY2是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟；C55－C58是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用；R61和R62是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰。

作为一种优选方案，所述出货板主控制器采用ST公司的STM32F030K6的CPU，控制器电路中，C18－C20为去耦电容，用于消除电源上的噪声；E7为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度；LED3为电源指示灯，R21是限制流电阻，用于控制通过LED3的电流；LED1、LED2为工作指示灯，由CPU控制，用于指示工作状态；R24、R25是限制流电阻，用于控制通过LED1、LED2的电流；CY1是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟；C26－C27是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用；R35是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰；S1为地址码选择开关，用于选择电路在RS495总线上的地址；R13、R17为上拉电阻，用于为电路初始状态时提供一个稳定的电平。

作为一种优选方案，所述主控板RS232接口电路中，U19是专用的RS232电平转换芯片，实现电平转换，C43－C46是电荷泵的储能电容，C47为去耦电容。

作为一种优选方案，所述主控板RS485接口电路和货道板RS485接口电路相同，在RS485接口电路中，U4是半双工的RS485电平转换芯片，实现电平转换；C11为去耦电容；R9为上拉电阻，用于保证在没有控制时的电平的正确性；R21是RS485总线的终端匹配电阻，用于总线的阻抗匹配；T1为共模电感，能有效的抑制总线的共模干扰，提高数据传输的可靠性；D9－D11是6.8V的TVS管，用于保护电路，免静电或感应电的损坏，提高电路可靠性。

作为一种优选方案，所述主控板CAN接口电路中，R17为工作模式设置电阻，在这里把U9设置为斜率控制模式，用于调整信号的速率，在使用非屏蔽电缆是可调整电路的电磁兼容性能。

作为一种优选方案，所述主控板编码器接口电路中，U10－U12是高速光耦，最大传输速率可达500Kbps；C27－C29为去耦电容；R47-R49为限流电阻，控制流经光耦的电流；D18－D20为高速二极管，用于反向续流及防止光耦反向击穿。

作为一种优选方案，所述主控板电源电路、货道板电源电路和出货板电源电路相同，各电源电路中，U1、U2为TI的电源管理芯片；C1、C2、C7、C8、C25、C26为滤波电容分别为输入电源和电源输出进行滤波，使电源更干净；E1－E4及E9为储能电容，响应速度极高，能为电路提供瞬时的电能；R1－R4为EN脚提供电源的分压，实现欠压保护功能；R7、R18和R8、R19为VSEN脚提供输出的分压，实现输出电压的闭环控制；C3、C4为软启动电容，能实现电源电路的软启动，减少电路的电流应力和电压应力；C21－C24和R5、R6为环路补偿电路，使用电源的控制环路更稳定，提高电源的可靠性及电源的动态性能；C5、C6为电荷泵的储能电容，用于芯片内部半桥的供电；L1、L2为储能电感，电源电路的能量都通过这2个电感传送；D3、D4为续流二极管，用于电感的续流；

各电源电路连接RTC电路，RTC电路中，D6和R24组成电池组的充电电路，D6起到电压降的作用，使电池充电时不过压；E24起到限流的作用，使电池充电时不过流；D7为正常工作时的供电开关，D8为电池供电时的供电开关。

作为一种优选方案，所述货道板电机接口电路和出货板电机接口电路相同，电机接口电路选用Allearo的A3988型号，带有4个H桥，能驱动4个有刷电机进行正反转控制，驱动电流可达1A，并且带有过流、过热和欠压保护功能；

货道板货物检测接口电路、货道板限位开关电路、货道板手动开关电路、出货板开关量检测电路为RC滤波方式进行开关量的检测；

所述货道板货道口检测接口电路、出货板传感器接口电路为红外检测方式，16路的输出共用各自的主控制器的1个CPU管脚。

作为一种优选方案，所述出货板电子锁/照明/提示报警控制电路则采用CPU的管脚控制N型MOS管作为输出，最大可驱动12V1A的负载，当驱动感性负载时，必须外接续流二极管或RDC吸收电路，防止输出管损坏；其中，Q1为放大器，它为开关管Q2提供足够大的驱动电流；R5为上拉电阻，防止Q1误动作；R36为限流电阻，用于限制Q1的基极电流；R38为限流电阻，用于限制Q2的栅极电流；R39为放电电阻，用于Q2栅极放电，使Q2关闭；F1为过流保险管，用于保护Q2，避免Q2过流损坏。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，

一，在主控制系统上设置了主控板主控制器、主控板RS232接口、主控板RS485接口、主控板CAN接口、主控板编码器接口、主控板传感器接口和主控板电源等电路，当手动调试介面，由主控板主控制器发出控制命令，负责完成工控机出货指令的执行，具体分为机械手的控制，货道出货、货斗接货及出货口出货的指令转换、输出，协调各电路板完成取货及出货的动作。本电路实现通过RS232串行接口接收工控机的指令，控制2坐标机械手运动到指定的位置，并通过RS485总线控制货道控制系统和出货控制系统完成取货、出货动作，中央控制的机械手能大范围灵活移动，区别于传统自动售卖机机械手活动空间狭小的特点，满足水平行程3600mm，竖直行程2200mm的较大空间内物理寻址的需求；区别于市面常见各类自动售卖机机械手依附于机身工作的特点，此机械手独立定位，不受其他因素工作干扰；能够在其寻址空间内精确定位、快速移动；满足大空间寻址要求，机械手本身体量小巧，因此，对于不同种类的货物均能顺利取货，解决传统售货机卡货，无法顺利出货的问题。

二，在货道控制系统上设置了货道板主控制器、货道板RS485接口、货道板电机接口、货道板货物检测接口、货道板货道口检测接口、货道板限位开关、货道板手动开关和货道板电源电路等几个部分，应用于支持300个货道的货架上，由于数量超过标准RS485总线的最大节点数，为提高可靠性，最大节点数要小于200个，每个节点设计可控制16个货道，以实现300个货架的控制、降低硬件成本、减少节点数量。本电路实现通过RS485总线接收主控制系统的指令，并进行货物检测，控制货道电机动作，完成取货动作，此外，还可以调节货道的宽度，适应不同的商品摆放，能满足普通瓶装、灌装、利乐包装、立式袋等液体饮料售卖，满足各类盒装药品、化妆品、保健品售卖；满足盒饭及其他经简单二次包装的零食、水果、蔬菜等售卖；满足整体块状包装各类工艺品、电子类产品等售卖，具有广泛的商品适应性；满足塑料、纸质、金属、玻璃等多样化材质的货品包装形式。广泛适用于各类固液食品、蔬菜、水果、药类、电子类、工具类等多种商品的货架售卖方式。

三，在出货控制系统设置了出货板主控制器、出货板RS485、出货板电机接口、出货板传感器接口、出货板拨码开关、出货板开关量检测、出货板报警控制等电路，实现通过RS485总线接收主控制系统的指令，进行已取货检测及人体安全检测，控制出货闸门电机动作，完成出货动作，从而确保货物安全送到消费者手中，由于本售货机在购买多种不同商品后可以一次性付款，付款后，由出货板主控制器控制出货数量同样是多种不同商品一次性出货，这样，消费者如同在商场自选商品一样简单，相对于传统售货机第购买一种商品就要付款一次而言，本售货机更为智能化，适应人们的购物习惯，购物形式更趋近于大型购物超市，满足人们的购物需求。本电路板除了实现出货口控制和货斗控制的功能之外，还作为一块扩展用的电路板，可方便的进行其它功能模块的扩展。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之实施例的售货商用机器人多功能中央控制系统整体结构框图。

图2是本发明之实施例的主控制系统的结构框图。

图3是本发明之实施例的货道控制系统的结构框图。

图4是本发明之实施例的出货控制系统的结构框图。

图5是本发明之实施例的主控板主控制器/货道板主控制器的电路图。

图6是本发明之实施例的出货板主控制器的电路图。

图7是本发明之实施例的RS232接口电路图。

图8是本发明之实施例的RS232接口硬件图。

图9是本发明之实施例的RS485接口电路图。

图10是本发明之实施例的CAN接口电路图。

图11是本发明之实施例的主控板编码器接口电路图。

图12是本发明之实施例的电源电路图。

图13是本发明之实施例的RTC电路图。

图14是本发明之实施例的货道板电机接口电路/出货板电机接口电路图。

图15是本发明之实施例的出货板电子锁/照明/提示报警控制电路图。

附图标识说明：

10、主控制系统11、主控板主控制器

12、主控板RS232接口电路13、主控板RS485接口电路

14、主控板CAN接口电路15、主控板编码器接口电路

16、主控板传感器接口电路17、主控板电源电路

20、货道控制系统21、货道板主控制器

22、货道板RS485接口电路23、货道板电机接口电路

24、货道板货物检测接口电路25、货道板货道口检测接口电路

26、货道板限位开关电路27、货道板手动开关电路

28、货道板电源电路29、货道板指示灯

30、出货控制系统31、出货板主控制器

32、出货板RS485电路33、出货板电机接口电路

34、出货板传感器接口电路35、出货板拨码开关电路

36、出货板开关量检测电路37、出货板电子锁/照明/提示报警控制电路

38、出货板电源电路。

具体实施方式

请参照图1至图3所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，是一种售货商用机器人多功能中央控制系统，该中央控制系统分为3大块，即主控制系统10、货道控制系统20和出货控制系统30，如图1所示，人机界面通过RS233接口连接主控制系统10，主控制系统10与2维坐标机械手用RS485接口相接，主控制系统10还用另一RS485接口相接货架，货架采用一RS485接口相接货斗，货斗采用一RS485接口相接出货控制系统30，出货控制系统30上设有开关，以控制灯光和制冷。这样，通过RS485总线进行通信，可以简化整机布线，降低成本，方便维护、改良。

其中，如图2所示，主控制系统10包括主控板主控制器11、主控板RS232接口电路12、主控板RS485接口电路13、主控板CAN接口电路14、主控板编码器接口电路15、主控板传感器接口电路16和主控板电源电路17，各接口电路和电源电路均电相连于主控板主控制器11，所述主控板主控制器11采用STM32F103VBT6控制器，主控板RS232接口电路12分为RS232A接口和RS232B接口，主控板RS485接口电路13分为RS485A接口和RS485B接口，所述主控板编码器接口电路15有两组，主控板传感器接口有4组，负责机械手的控制、货道出货、货斗接货及出货口的指令、输出，协调货道控制系统20和出货控制系统30完成取货及出货的动作。

如图3所示，货道控制系统20包括1个货道板主控制器21、1个货道板RS485接口电路22、16个货道板电机接口电路23、16个货道板货物检测接口电路24、16个货道板货道口检测接口电路25、32个货道板限位开关电路26、16个货道板手动开关电路27、1个货道板电源电路28和16个货道板指示灯29，各电路和指示灯电相接于货道板主控制器21，负责完成货道的出货控制，并且为控制成本及方便装配、布线，每个货道控制系统20设计为16通道，长条形的PCB板。本控制板应用于支持300个货道的货架上，由于数量超过标准RS485总线的最大节点数。为提高可靠性，最大节点数要小于200个。要实现300个货架的控制、降低硬件成本、减少节点数量，每个节点设计可控制16个货道，也即是，在人机界面允许多货道商品组合选货，一次支付，相对于传统其它售货机，采用手机支付，必须买一件商品付一笔款，无法实现多种商品一次性付款，本发明的售货更快捷。

如图4所示，出货控制系统30包括出货板主控制器31、出货板RS485电路32、出货板电机接口电路33、出货板传感器接口电路34、出货板拨码开关电路35、出货板开关量检测电路36、出货板电子锁/照明/提示报警控制电路37和出货板电源电路38，各电路与出货板主控制器31电相连，本出货控制系统30是一块多功能板，售货机的其它功能都由它来完成。可用于实现货斗控制、出货口控制及一些灯光、报警的控制。并且后续的一些扩展功能都由这个板完成。

具体而言，如图5所示，所述主控板主控制器11和货道板主控制器21均采用ST公司的STM32F103VBT6控制器，最高工作频率72MHZ，内部带有20KB的SRAM，128KB的FLASH及非常丰富的接口资源。主控制器1电路如下：包括CPU、电源降噪模块、电源指示模块、时钟模块。

所述电源降噪模块连接于电源端VBAT和VCC上，C48－C53为去耦电容，用于消除电源上的噪声；E8为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度；

所述电源指示模块连接于VCC端，LED3为电源指示灯，R10是限制流电阻，用于控制通过LED3的电流；

时钟模块连接CPU的X2IN端、X2OUT端、X1IN端、X1OUT端，CY1、CY2是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟；C55－C58是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用；R61和R62是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰。

如图6所示，所述出货板主控制器31采用ST公司性价比很高的STM32F030K6，由于这个板功能简单，很多CPU都能满足控制的要求。选用这个芯片主要考虑到程序开发的通用性及芯片价格。出货板主控制器31的电路如图6：

出货板主控制器31的电路中，U4为ST的STM32F030K6T6，是一颗性价比极高的通用CPU。C18－C20为去耦电容，用于消除电源上的噪声。E7为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度。LED3为电源指示灯，R21是限制流电阻，用于控制通过LED3的电流。LED1、LED2为工作指示灯，由CPU控制，用于指示工作状态。R24、R25是限制流电阻，用于控制通过LED1、LED2的电流。CY1是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟。C26－C27是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用。R35是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰。S1为地址码选择开关，用于选择电路在RS495总线上的地址。R13、R17为上拉电阻，用于为电路初始状态时提供一个稳定的电平。

主板上的RS232、RS485和CAN接口都是使用CPU的内部接口，并通过常用的接口电平转换芯片实现，如下。

如图7和图8所示，所述主控板RS232接口电路12中，U19是专用的RS232电平转换芯片，实现电平转换，C43－C46是电荷泵的储能电容，C47为去耦电容。

如图9所示，所述主控板RS485接口电路13和货道板RS485接口电路22相同，在RS485接口电路中，U4是半双工的RS485电平转换芯片，实现电平转换；C11为去耦电容；R9为上拉电阻，用于保证在没有控制时的电平的正确性；R21是RS485总线的终端匹配电阻，用于总线的阻抗匹配；T1为共模电感，能有效的抑制总线的共模干扰，提高数据传输的可靠性；D9－D11是6.8V的TVS管，用于保护电路，免静电或感应电的损坏，提高电路可靠性。

如图10所示，所述主控板CAN接口电路14中，R17为工作模式设置电阻，在这里把U9设置为斜率控制模式，用于调整信号的速率，在使用非屏蔽电缆是可调整电路的电磁兼容性能。

为保证机械手的控制性能，主控制系统10预留一路RS485总线，可单独用于机械手与主控制系统10的通信，提高控制性电路的可靠性，并且接口电路设置ESD器件及共模干扰抑制器件，更能大大的提高CAN和485接口可靠性。

主控制系统10的EEPRAM采用的是ST公司的24C256，它是一颗IIC接口的256bit的EEPRAM，直接连接到CPU的IIC接口即可。

通用传感器接口则采用CPU的IO脚实现通用的开关量的输入，实现传感器的检测。

由于本实施例的编码器采用12V电源，所以编码器接口采用的是高速光耦的方案。既起到电平转换的功能也实现隔离，提高产品可靠性。解码则由CPU内部的定时器实现正交信号计数。

如图11所示，所述主控板编码器接口电路15中，U10－U12是高速光耦，最大传输速率可达500Kbps；C27－C29为去耦电容；R47-R49为限流电阻，控制流经光耦的电流；D18－D20为高速二极管，用于反向续流及防止光耦反向击穿。

电源电路考虑到成本和可靠性，选择了TI的低成本的电源方案TPS54231，它的工作频率在570KHZ左右，能降低电感器的成本。最大2A的电流输出能力，能完全满足我们的系统要求。并且TI公司本身有多个型号PIN－TO－PIN兼容，可满足更多不同电路需求。

主控制系统10上设计有2路DC－DC电源，一路12V输出，可用于其它电路板供电，这样整个售货机只需要1个24V电源盒即，降低电源盒成本。另一路为控制电路提供逻辑控制电源。

如图12所示，所述主控板电源电路17、货道板电源电路28和出货板电源电路38相同，各电源电路中，U1、U2为TI的电源管理芯片，成本低、可靠性高，并有多个兼容型号。C1、C2、C7、C8、C25、C26为滤波电容分别为输入电源和电源输出进行滤波，使电源更干净；E1－E4及E9为储能电容，响应速度极高，能为电路提供瞬时的电能；R1－R4为EN脚提供电源的分压，实现欠压保护功能；R7、R18和R8、R19为VSEN脚提供输出的分压，实现输出电压的闭环控制；C3、C4为软启动电容，能实现电源电路的软启动，减少电路的电流应力和电压应力；C21－C24和R5、R6为环路补偿电路，使用电源的控制环路更稳定，提高电源的可靠性及电源的动态性能；C5、C6为电荷泵的储能电容，用于芯片内部半桥的供电；L1、L2为储能电感，电源电路的能量都通过这2个电感传送；D3、D4为续流二极管，用于电感的续流；

如图13所示，各电源电路连接RTC电路，RTC电路由于CPU内置比较简单，采用可充电电池给CPU的内部RTC供电即可。RTC电路中，D6和R24组成电池组的充电电路，D6起到电压降的作用，使电池充电时不过压；E24起到限流的作用，使电池充电时不过流；D7为正常工作时的供电开关，D8为电池供电时的供电开关。

如图14所示，所述货道板电机接口电路23和出货板电机接口电路33相同，电机接口电路选用Allearo的A3988型号，它是专门用于步进电机的控制芯片。带有4个H桥，能驱动4个有刷电机进行正反转控制，但不能实现制动功能。驱动电流可达1A，并且带有过流、过热和欠压保护。这个原厂的芯片价格校高，可以考虑国产的替换型号：HR3988。HR3988是4路电机控制芯片，它能实现4路电机的正反转控制及过流、过压的保护。其中，C35、C38、C39为去耦电容，E7、E8为储能电容。C36、C37为电荷泵的储能电容。C40-C43为EMC电容，可有效的降低电路的电磁干扰。RN4A－D为上拉电阻，为电路初始状态时提供一个稳定的电平。R21－R24为每路电机的限流电阻，每一路电机都可以通过对应的电阻限制工作电流。R18、R19使用分压的方式为芯片提供一个参考电压，C34使参考电压更稳定。

货道板货物检测接口电路24、货道板限位开关电路26、货道板手动开关电路27、出货板开关量检测电路36这几个接口硬件电路都是一样的方式，采用RC滤波方式进行开关量的检测。

所述货道板货道口检测接口电路25、出货板传感器接口电路34为红外检测方式，采用56KHZ的红外方式，16路的输出共用各自的主控制器的1个CPU管脚，CPU须在这个管脚输出56KHZ的方波驱动940nm的红外发射管。接收管收到后会输出低电平，接收通过74LV4051进行通道选择，然后送至CPU管脚，实现检测功能。

如图15所示，所述出货板电子锁/照明/提示报警控制电路37则采用CPU的管脚控制N型MOS管作为输出，最大可驱动12V1A的负载，当驱动感性负载时，必须外接续流二极管或RDC吸收电路，防止输出管损坏；其中，Q1为放大器，它为开关管Q2提供足够大的驱动电流；R5为上拉电阻，防止Q1误动作；R36为限流电阻，用于限制Q1的基极电流；R38为限流电阻，用于限制Q2的栅极电流；R39为放电电阻，用于Q2栅极放电，使Q2关闭；F1为过流保险管，用于保护Q2，避免Q2过流损坏。

本发明之售货机能满足普通瓶装、灌装、利乐包装、立式袋等液体饮料售卖，满足各类盒装药品、化妆品、保健品售卖；满足盒饭及其他经简单二次包装的零食、水果、蔬菜等售卖；满足整体块状包装各类工艺品、电子类产品等售卖，具有广泛的商品适应性；满足塑料、纸质、金属、玻璃等多样化材质的货品包装形式。广泛适用于各类固液食品、蔬菜、水果、药类、电子类、工具类等多种商品的货架售卖方式。

综上所述，本发明的设计重点在于，其主要是：

一、在主控制系统10上设置了主控板主控制器11、主控板RS232接口12、主控板RS485接口13、主控板CAN接口14、主控板编码器接口15、主控板传感器接口16和主控板电源17等电路，当手动调试介面，由主控板主控制器11发出控制命令，负责完成工控机出货指令的执行，具体分为机械手的控制，货道出货、货斗接货及出货口出货的指令转换、输出，协调各电路板完成取货及出货的动作；中央控制的机械手能大范围灵活移动，区别于传统自动售卖机机械手活动空间狭小的特点，满足水平行程3600mm，竖直行程2200mm的较大空间内物理寻址的需求；区别于市面常见各类自动售卖机机械手依附于机身工作的特点，此机械手独立定位，不受其他因素工作干扰；能够在其寻址空间内精确定位、快速移动；满足大空间寻址要求，机械手本身体量小巧。

二、在货道控制系统20上设置了货道板主控制器21、货道板RS485接口22、货道板电机接口23、货道板货物检测接口24、货道板货道口检测接口25、货道板限位开关26、货道板手动开关27和货道板电源电路28等几个部分，应用于支持300个货道的货架上，由于数量超过标准RS485总线的最大节点数，为提高可靠性，最大节点数要小于200个，每个节点设计可控制16个货道，以实现300个货架的控制、降低硬件成本、减少节点数量。

三、在出货控制系统30设置了出货板主控制器31、出货板RS485接口32、出货板电机接口33、出货板传感器接口34、出货板拨码开关35、出货板开关量检测36、出货板报警控制37等电路，实现出货口控制和货斗控制的功能，并作为一块扩展用的电路板，可方便的进行其它功能模块的扩展。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：包括

一主控制系统，包括主控板主控制器、主控板RS232接口电路、主控板RS485接口电路、主控板CAN接口电路、主控板编码器接口电路、主控板传感器接口电路和主控板电源电路，各接口电路和电源电路均电相连于主控板主控制器，所述主控板主控制器采用STM32F103VBT6控制器，主控板RS232接口电路分为RS232A接口和RS232B接口，主控板RS485接口电路分为RS485A接口和RS485B接口，所述主控板编码器接口电路有两组，主控板传感器接口有4组，负责机械手的控制、货道出货、货斗接货及出货口的指令、输出，协调货道控制系统和出货控制系统完成取货及出货的动作；

一货道控制系统，包括1个货道板主控制器、1个货道板RS485接口电路、16个货道板电机接口电路、16个货道板货物检测接口电路、16个货道板货道口检测接口电路、32个货道板限位开关电路、16个货道板手动开关电路、1个货道板电源电路和16个货道板指示灯，各电路和指示灯电相接于货道板主控制器，负责完成货道的出货控制，并且货道控制系统设置为16通道，一次控制300个以上的货架；

一出货控制系统，包括出货板主控制器、出货板RS485电路、出货板电机接口电路、出货板传感器接口电路、出货板拨码开关电路、出货板开关量检测电路、出货板电子锁/照明/提示报警控制电路和出货板电源电路，各电路与出货板主控制器电相连，负责实现货斗控制、出货控制及灯光、报警控制，并预留扩展功能接口。

2.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述主控板主控制器和货道板主控制器均采用ST公司的STM32F103VBT6控制器，包括CPU、电源降噪模块、电源指示模块、时钟模块；

所述电源降噪模块连接于电源端VBAT和VCC上，C48－C53为去耦电容，用于消除电源上的噪声；E8为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度；

所述电源指示模块连接于VCC端，LED3为电源指示灯，R10是限制流电阻，用于控制通过LED3的电流；

时钟模块连接CPU的X2IN端、X2OUT端、X1IN端、X1OUT端，CY1、CY2是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟；C55－C58是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用；R61和R62是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰。

3.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述出货板主控制器采用ST公司的STM32F030K6的CPU，控制器电路中，C18－C20为去耦电容，用于消除电源上的噪声；E7为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度；LED3为电源指示灯，R21是限制流电阻，用于控制通过LED3的电流；LED1、LED2为工作指示灯，由CPU控制，用于指示工作状态；R24、R25是限制流电阻，用于控制通过LED1、LED2的电流；CY1是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟；C26－C27是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用；R35是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰；S1为地址码选择开关，用于选择电路在RS495总线上的地址；R13、R17为上拉电阻，用于为电路初始状态时提供一个稳定的电平。

4.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述主控板RS232接口电路中，U19是专用的RS232电平转换芯片，实现电平转换，C43－C46是电荷泵的储能电容，C47为去耦电容。

5.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述主控板RS485接口电路和货道板RS485接口电路相同，在RS485接口电路中，U4是半双工的RS485电平转换芯片，实现电平转换；C11为去耦电容；R9为上拉电阻，用于保证在没有控制时的电平的正确性；R21是RS485总线的终端匹配电阻，用于总线的阻抗匹配；T1为共模电感，能有效的抑制总线的共模干扰，提高数据传输的可靠性；D9－D11是6.8V的TVS管，用于保护电路，免静电或感应电的损坏，提高电路可靠性。

6.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述主控板CAN接口电路中，R17为工作模式设置电阻，在这里把U9设置为斜率控制模式，用于调整信号的速率，在使用非屏蔽电缆是可调整电路的电磁兼容性能。

7.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述主控板编码器接口电路中，U10－U12是高速光耦，最大传输速率可达500Kbps；C27－C29为去耦电容；R47-R49为限流电阻，控制流经光耦的电流；D18－D20为高速二极管，用于反向续流及防止光耦反向击穿。

8.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述主控板电源电路、货道板电源电路和出货板电源电路相同，各电源电路中，U1、U2为TI的电源管理芯片；C1、C2、C7、C8、C25、C26为滤波电容分别为输入电源和电源输出进行滤波，使电源更干净；E1－E4及E9为储能电容，响应速度极高，能为电路提供瞬时的电能；R1－R4为EN脚提供电源的分压，实现欠压保护功能；R7、R18和R8、R19为VSEN脚提供输出的分压，实现输出电压的闭环控制；C3、C4为软启动电容，能实现电源电路的软启动，减少电路的电流应力和电压应力；C21－C24和R5、R6为环路补偿电路，使用电源的控制环路更稳定，提高电源的可靠性及电源的动态性能；C5、C6为电荷泵的储能电容，用于芯片内部半桥的供电；L1、L2为储能电感，电源电路的能量都通过这2个电感传送；D3、D4为续流二极管，用于电感的续流；

各电源电路连接RTC电路，RTC电路中，D6和R24组成电池组的充电电路，D6起到电压降的作用，使电池充电时不过压；E24起到限流的作用，使电池充电时不过流；D7为正常工作时的供电开关，D8为电池供电时的供电开关。

9.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述货道板电机接口电路和出货板电机接口电路相同，电机接口电路选用Allearo的A3988型号，带有4个H桥，能驱动4个有刷电机进行正反转控制，驱动电流可达1A，并且带有过流、过热和欠压保护功能；

货道板货物检测接口电路、货道板限位开关电路26、货道板手动开关电路27、出货板开关量检测电路为RC滤波方式进行开关量的检测；

所述货道板货道口检测接口电路、出货板传感器接口电路为红外检测方式，16路的输出共用各自的主控制器的1个CPU管脚。

10.根据权利要求1所述的售货商用机器人多功能中央控制系统，其特征在于：所述出货板电子锁/照明/提示报警控制电路则采用CPU的管脚控制N型MOS管作为输出，最大可驱动12V1A的负载，当驱动感性负载时，必须外接续流二极管或RDC吸收电路，防止输出管损坏；其中，Q1为放大器，它为开关管Q2提供足够大的驱动电流；R5为上拉电阻，防止Q1误动作；R36为限流电阻，用于限制Q1的基极电流；R38为限流电阻，用于限制Q2的栅极电流；R39为放电电阻，用于Q2栅极放电，使Q2关闭；F1为过流保险管，用于保护Q2，避免Q2过流损坏。