基于虛擬儀器技術(shù)LabVIEW的自動(dòng)飲料機(jī)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)飲料機(jī)在日常生活中常見(jiàn)，比如戶外、商場(chǎng)、公交、地鐵等處常見(jiàn)的自動(dòng)飲料機(jī)。自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有許多種，例如可用中小規(guī)模集成電路組成自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，也可以利用專用的芯片配以所需要的外圍電路組成特定功能自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，還可以利用數(shù)字電路、FPGA、PLC、單片機(jī)和ARM來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飲料機(jī)等等。

而利用虛擬儀器技術(shù)LabVIEW設(shè)計(jì)的自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，可以用來(lái)模擬真實(shí)的自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)而進(jìn)行工作。使用虛擬儀器技術(shù)，工程師可以利用圖形化開(kāi)發(fā)軟件LabVIEW方便、高效的創(chuàng)建完全自定義的解決方案，以滿足靈活多變的需求趨勢(shì)。

該論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)是充分利用虛擬儀器LabVIEW技術(shù)獨(dú)特而強(qiáng)大的狀態(tài)機(jī)技術(shù)而完成的，省去傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言繁瑣，且能做到更新維護(hù)非常方便。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 實(shí)現(xiàn)的功能

主要功能是：自動(dòng)飲料機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)：一是投錢，二是出貨，三是找零。

1.2 設(shè)計(jì)思路

圖1中直觀的表現(xiàn)了可樂(lè)機(jī)投入不同金額硬幣時(shí)的情況以及各個(gè)處理步驟的各個(gè)狀態(tài)和它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)投入硬幣的不同面值，對(duì)總金額進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)各種操作進(jìn)行響應(yīng)以完成一次購(gòu)買。

2 程序的設(shè)計(jì)

LabVIEW編程最大的特色圖形化的編程語(yǔ)言，外加十分豐富的函數(shù)庫(kù)，使程序設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單和直觀。該自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)就是充分利用LabVIEW豐富的函數(shù)庫(kù)里一些

特殊的函數(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，以及利用LabVIEW中狀態(tài)機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)整體編程思路。

2.1 狀態(tài)機(jī)模式圖

圖2是LabVIEW中的狀態(tài)機(jī)的經(jīng)典模式圖

2. 2 整體程序框圖設(shè)計(jì)

圖3用的就是LabVIEW中的狀態(tài)機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)，最外層用的就是while循環(huán)，里層是條件結(jié)構(gòu)，只不多是多分支的條件結(jié)構(gòu)。第三個(gè)部分是移位寄存器，把指令傳輸?shù)较乱粋€(gè)循環(huán)狀態(tài)判斷中。另外，在圖3所示的狀態(tài)中，提供了初始狀態(tài)，每一狀態(tài)的執(zhí)行步驟及其切換到下一個(gè)狀態(tài)代碼等等。

2.3 自動(dòng)飲料機(jī)界面的設(shè)計(jì)

圖4所示的狀態(tài)是自動(dòng)飲料機(jī)前面板正在運(yùn)行的狀態(tài)的界面。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)LabVIEW設(shè)計(jì)自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，有自己獨(dú)特的技術(shù)特色。

2.4.1 狀態(tài)機(jī)的使用

經(jīng)典的狀態(tài)機(jī)模式融合了while循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)和移位寄存器，使原本復(fù)雜的圖1工作流程圖編程變得思路清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中條件結(jié)構(gòu)是多分支的條件機(jī)構(gòu)，移位寄存器是用的是兩個(gè)移位寄存器，一個(gè)是實(shí)行狀態(tài)指令的向下一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，另一個(gè)是累計(jì)投幣的金額，以判斷工作狀態(tài)。

2.4.2 轉(zhuǎn)換數(shù)組轉(zhuǎn)換

條件結(jié)構(gòu)雖然能解決多狀態(tài)的選擇的問(wèn)題，但從結(jié)構(gòu)上來(lái)看不太直觀，管理不夠方便。可以把所有待選擇的狀態(tài)放人數(shù)組中，通過(guò)判斷子VI輸出不同的索引值，直接從數(shù)組中索引出下一個(gè)狀態(tài)到移位寄存器。如圖5所示。

此外，該自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)還用了不少其它功能函數(shù)。從而使編程變得非常簡(jiǎn)潔。

2.5 運(yùn)行結(jié)果分析

運(yùn)行結(jié)果分析：實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)的三大功能——投幣、出貨和找零，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。此外，該系統(tǒng)雖然只提供了一種飲料，要是想多幾種飲料且價(jià)格各不相同作選擇，只需要增加一個(gè)子VI用來(lái)選擇不同的飲料。

3 結(jié)論

運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)LabVIEW中的狀態(tài)機(jī)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)飲料機(jī)系統(tǒng)，思路清晰，編程、調(diào)試和增加功能十分簡(jiǎn)單，非常適合大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，以及為相關(guān)的企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)自助設(shè)備提供參考。

該文設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)用狀態(tài)機(jī)技術(shù)的另一大好處，在于狀態(tài)機(jī)技術(shù)相比其它的技術(shù)，維護(hù)自動(dòng)更新或增加功能更加方便簡(jiǎn)潔。

該文只不過(guò)是典型狀態(tài)機(jī)技術(shù)的一個(gè)經(jīng)典應(yīng)用，其實(shí)labview中的狀態(tài)機(jī)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛。自動(dòng)售票器、自動(dòng)取款機(jī)等都可以運(yùn)用狀態(tài)機(jī)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。

故該系統(tǒng)的研制不管是對(duì)學(xué)習(xí)或儀器研發(fā)，還是實(shí)際應(yīng)用，具有一定的實(shí)際意義和理論價(jià)值。