基于FPGA的自动售卖机系统的设计与实现

发布时间：2020-08-08 03:11

【摘要】：当今时代,随着互联网技术,信息快速发展;国内自动售卖行业也处于快速发展时期。根据自动售卖行业的特点,主要集中在公共场所,地点分散,不利于集中的管理与控制。所以,在这样的行业背景下,针对自动售卖机的智能化设计,就体现出了巨大的实际应用价值了。本论文主要研究的内容,重点阐述了自动售卖机发展的历史和现状,重点关注于国内及国际上的自动售卖机应用的技术和智能化过程,同时还介绍了具体应用自动售卖机的相关领域和应用范围。同时,本文重点介绍以现场可编程门阵列为基础的自动售货机控制系统,该系统是在VHDL语言的设计下产生的,它的具体功能主要包括:选择商品、接受投币并显示投币数额以及退还零钱等等。以现场可编程门阵列的ISE作为设计工具,可以实现仿真和编译。之后又采用EDA软件下的PROTEL,以FPGA为核心进行硬件系统的设计。包括系统实现原理的设计,硬件电路的设计。然后,针对系统的实现,进行了软件的流程设计与程序的实现设计;利用MATLAB仿真软件对系统的设计实现进行测试,并得出仿真测试的曲线图,与分析结果。最后利用上述所得数据进行电路板的制作,并对其进行测试,组装实验样机。本论文设计的基于FPGA的自动售卖机系统,最终完成了整个系统的项目设计,也验证了了设计方案的可行性,结果满足预期要求。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH692.6;TN791
【图文】：

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第 3 章自动售卖机原理与需求分析 3 章自动售卖机原理与需求分析绍是一个分散布置的控制系统，通过网络通信售卖终端机联系起来。智能售卖机系统中通过进行商品预定及支付，然后获得订单号；之屏上进行商品的选择及支付，支付方式支持出商品。自动售卖机系统的具体实物图，如要功能区示意图，如下图 3.2 所示。

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第 3 章自动售卖机原理与需求分析10图 3.2 自动售卖机主要功能区示意图3.2 自动售卖机电动控制原理自动售卖机系统主要使用 FPGA 做为控制器，使用的电动机有交流调速电机，交流步进电机，交流伺服电机为执行机构提供动力，构进行动作时需要驱动元件为执行机构提供动力；根据执行机构特点，仿生机械臂使用伺服电机和步进电机作为动力元件为仿生机械臂的运动提供动力，抬升机构使用调速电机为动力元件为售卖商品的抬升提供动力，用光电传感器检测售卖商品是否放置到位，使用小型风扇为智能售卖机提供风能形成风墙阻挡蚊蝇及灰尘进入售卖终端机中，使其具有密闭功能[25]。当消费者从界面上选定商品并进行支付宝，售卖系统就会接到一条指令，根据该条指令中心的信息匹配商品，并启动传输系统，将该商品快速的传递到出货口，这是一次人机之间的交互。自动售卖机电控原理图，如下图 3.3 所示。

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图 3.3 自动售卖机电动控制原理图3.2.1 FPGA 原理电路设计由于 FPGA 电路工作的频率比较高，可以在很短的时间内完成数据转换跳变，因此形成的是陡峭波形，造成电流的频谱数值增大，所以在进行 FPGA 电路设计的过程中需要注意加入滤波电路模块，利用电路中的去偶电容就可以减少那种不良作用，去藕电容安装在 XC6VSX315T 引脚周围，一方面可以有效的过滤高频；另一方面可以对线路板的噪声产生旁路作用。需要注意的是去偶电容的安装位置必须要靠近引脚，可以使去藕效果明显[26]。(1)复位电路:使用复位模式的目的是保障系统发生故障的时候可以回到正常运行状态,一般使用两种模式复位,硬件复位时其中之一,主要的方式通过对复位模块的使用增加了硬件功能,电路配置的位置是芯片 XCF128X-FTG64C，一旦复位模块动作，FPGA 就执行复位程序；其二是软件复位，实际上就是通过程序

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