一种自动售卖果汁机及其出杯控制系统的制作方法

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种自动售卖果汁机及其出杯控制系统。

背景技术：

近几年，高集成度、智能化的自动化设备如雨后春笋般渐入人们的身边，并融入大家的日常生活之中。

自动售卖橙汁机作为自动化程度很高的一种产品，其能够把新鲜的橙子等水果在客户面前以足够短的时间榨取为新鲜可口的果汁。在橙汁机榨取橙子到消费者拿到盛好橙汁的一杯橙汁的过程中，如何高效、足量、平稳、干净的将一杯新鲜橙汁送到消费者的手中，这就需要灵活、有效和高性能的出杯控制系统。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自动售卖果汁机及其出杯控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自动售卖果汁机出杯控制系统，包括：

液位监测单元，用于基于双传感器实时监测杯子中果汁的实时液位高度；

控制单元，与液位监测单元连接，用于控制液位监测单元启动并在液位监测单元监测到的实时液位高度达到阈值时发送运动控制信号；

隔离单元，与控制单元以及驱动单元连接，用于接收控制单元的运动控制信号并传递至驱动单元；

驱动单元，用于在接收到运动控制信号时驱动步进电机工作以完成出杯；

调节单元，与驱动单元连接，用于在控制单元的运动控制信号切断时，控制步进电机的输出电流减小；

电平转换单元，与控制单元以及驱动单元连接，用于将控制单元的信号电压转换为驱动单元的信号电压。

具体的，所述液位监测单元通过反馈控制方式动态调节双液位传感器的角度以使双液位传感器的交叉点位于液面，并将交叉点距离双液位传感器所在水平面的高度作为果汁的液位高度。

较佳的，所述隔离单元包括发光二极管和光敏三极管构成的光耦隔离电路，发光二极管的正极经由电阻r9接入控制单元的信号电压，所述光敏三极管的集电极经由电阻r10接入驱动单元的信号电压，所述光敏三极管的发射极接地，控制单元的运动控制信号输出端连接发光二极管的负极，驱动单元的运动控制信号接收端连接至光敏三极管的集电极。

较佳的，所述电平转换单元包括开关管q1、开关管q2、电容c2、电容c3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r5、电阻r6；

开关管q2的控制端连接电阻r6的第一端，电阻r6的第二端连接控制单元的电平转换使能信号输出端，电阻r6的第二端还经由电阻r3接入控制单元的信号电压，电阻r5、电容c3均连接于开关管q2的输出端和电阻r6的第二端之间，开关管q2的输入端经由电阻r2接入驱动单元的信号电压，开关管q1的控制端连接开关管q2的输入端，开关管q1的输入端经由电阻r1接入驱动单元的信号电压，电容c2连接于开关管q1的输入端和输出端之间，开关管q1以及开关管q2的输出端接地。

较佳的，开关管q1、开关管q2均为npn型三极管。

较佳的，所述调节单元包括触发器、开关管q3、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14；

所述驱动单元中主控芯片的用于设定输出电流相关的参考电压的引脚经由电阻r12连接电阻r11和电阻r13的一端，电阻r12的另一端经由电阻r11接入驱动单元的信号电压，电阻r13的另一端经由开关管q3接地，开关管q3的控制端经由电阻r14连接触发器的输出端，触发器的输入端连接驱动单元的运动控制信号接收端，所述触发器在其输入端接收到运动控制信号时控制开关管q3断开以及在其输入端切断运动控制信号时控制开关管q3导通。

较佳的，所述调节单元在控制单元的运动控制信号切断时可控制步进电机的输出电流减小一半，其中，电阻r11和电阻r13的阻值相等。

较佳的，所述触发器采用型号为74hc123pw的触发器，触发器的1号引脚接收所述运动控制信号，触发器的4号引脚经由电阻r14连接开关管q3的控制端，所述开关管q3为n沟道mos管。

本发明还公开了一种自动售卖果汁机，其包括如上所述的出杯控制系统。

实施本发明的自动售卖果汁机出杯控制系统以及自动售卖果汁机，具有以下有益效果：本发明基于双传感器能够完成对杯中橙汁液面的精确检测；采用步进电机，一方面并设计相应的调节单元，可以在停机时实现电机的自动减流控制，减少电机噪声和发热，提高电机寿命，能够高效、平稳的将盛好的杯装橙汁运送到出杯口，另一方面，设计相应的隔离单元可以完成运动控制信号的隔离，电平转换单元可以完成控制部分和电机驱动部分的电平转换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明的出杯控制系统的工作流程图；

图2是本发明的出杯控制系统的结构示意图；

图3是液位检测原理图；

图4是较佳实施例中电平转换单元的电路结构示意图；

图5是较佳实施例中隔离单元的电路结构示意图；

图6是较佳实施例中调节单元的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，词语“相等”、“相同”“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

出杯控制系统主要涉及传感控制和运动控制等技术领域，其中传感控制技术确保消费者可以获得足量的橙汁以及保证橙汁不会溢出杯子等；运动控制技术完成空杯在出汁获取橙汁，并高效、平稳的将盛满的一杯橙汁运送到出杯口给消费者。如图1所示即为出杯控制系统的工作流程图。

其中，步进电机位于榨汁出口和取杯口的中间位置，当完成榨汁后，运动控制机制将使能步进电机转动180度即可将盛好的一杯橙汁从榨汁口运送到取杯口，然后呈现在消费者面前。

具体的，参考图2，本发明的自动售卖果汁机出杯控制系统，包括：控制单元、液位监测单元、隔离单元、电平转换单元、驱动单元，其中，控制单元与液位监测单元连接，隔离单元、电平转换单元均分别与控制单元、驱动单元连接，调节单元连接于驱动单元。具体的：

液位监测单元，用于基于双传感器实时监测杯子中果汁的实时液位高度。如图3，所述液位监测单元通过反馈控制方式动态调节双液位传感器的角度以使双液位传感器的光线的交叉点位于液面，并将交叉点距离双液位传感器所在水平面的高度作为果汁的液位高度h。

控制单元，可控制液位监测单元启动并在液位监测单元监测到的实时液位高度h达到阈值ht时发送运动控制信号。

驱动单元，用于在接收到运动控制信号时驱动步进电机工作以完成出杯。常用的直流电机给电即可运动，但是步进电机不同于直流电机，其需要通过脉冲来控制运动速度，而且本实施例中使用的一款两相四线的高功率、高性能的步进电机。要使它能够高效、平稳的运转起来，就需要设计专门的驱动单元来实现。本实施例中驱动单元的采用toshibatb6600hgmotordriveric作为主控芯片。

电平转换单元，用于将控制单元的信号电压转换为驱动单元的信号电压。一般橙汁机控制单元部分的信号电压为+24v，而驱动单元部分的信号电压为+5v，电平转换单元即是为了两部分信号能够顺利无干扰的传递，将两部分的信号统一起来。

参考图4，所述电平转换单元包括开关管q1、开关管q2、电容c2、电容c3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r5、电阻r6；

开关管q2的控制端连接电阻r6的第一端，电阻r6的第二端连接控制单元的电平转换使能信号y0的输出端，电阻r6的第二端还经由电阻r3接入控制单元的信号电压，电阻r5、电容c3均连接于开关管q2的输出端和电阻r6的第二端之间，开关管q2的输入端经由电阻r2接入驱动单元的信号电压，开关管q1的控制端连接开关管q2的输入端，开关管q1的输入端经由电阻r1接入驱动单元的信号电压，电容c2连接于开关管q1的输入端和输出端之间，开关管q1以及开关管q2的输出端接地。

可以理解的是，开关管q1、开关管q2包括各种等效开关电子器件，不限于mos管或者三极管。本实施例中开关管q1、开关管q2采用的是npn型三极管。

隔离单元，用于接收控制单元的运动控制信号并传递至驱动单元。如图5中，所述隔离单元包括发光二极管和光敏三极管构成的光耦隔离电路，发光二极管的正极经由电阻r9接入控制单元的信号电压，所述光敏三极管的集电极经由电阻r10接入驱动单元的信号电压，所述光敏三极管的发射极接地，控制单元的运动控制信号输出端连接发光二极管的负极，驱动单元的运动控制信号接收端连接至光敏三极管的集电极，如图中y1表示控制单元发送至隔离单元的运动控制信号，clk表示隔离单元转发至驱动单元的运动控制信号。

实际上，本实施例中光耦隔离电路的作用一方面可以防止clk信号被干扰，另一方面是能够快速的传递clk信号，此光耦隔离电路的开关频率可达100khz，其足以满足系统的需求。

调节单元，用于在控制单元的运动控制信号切断时，控制步进电机的输出电流减小。减小幅度可以根据情况设定，优选的，本实施例中减小为一半。

参考图6，所述调节单元包括触发器、开关管q3、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14，较佳实施例中，开关管q3为n沟道mos管，触发器采用型号为74hc123pw的触发器，为了控制输出电流减小一半，电阻r11和电阻r13的阻值相等。

所述驱动单元中主控芯片的用于设定输出电流相关的参考电压vref的引脚经由电阻r12连接电阻r11和电阻r13的一端，电阻r12的另一端经由电阻r11接入驱动单元的信号电压，电阻r13的另一端连接q3漏极，q3的源极接地，q3的栅极经由电阻r14连接触发器的4号引脚，触发器的1号引脚连接驱动单元的运动控制信号接收端，即从隔离单元转发过来的信号clk同时给到电机驱动单元和调节单元中触发器的1号引脚，所述触发器在其1号引脚接收到运动控制信号clk时控制q3断开以及在其1号引脚切断运动控制信号clk时控制q3导通。

调节单元的调节原理如下：触发器将clk信号与tb6600hgpin5的输入电压vref联系起来。因为vref与输出电流成正比例关系。当电机正常工作时，clk有持续的脉冲，则q3一直处于断开状态，这时tb6600hgpin5脚的电压vref为5v；当clk切断，clk输入即为高，1q_n就为高，q3导通，那么tb6600hgpin5脚的电压为vref＝r13/(r11+r13)*5v，因r11＝r13，那么此时的vref＝0.5*5v，当vref减半的时候，输出电流自然也减半。如此，可以解决当切断脉冲输入时电机发热量剧增，噪声大的技术问题。

本发明还公开了一种自动售卖果汁机，其包括如上所述的出杯控制系统。

综上所述，实施本发明的自动售卖果汁机出杯控制系统以及自动售卖果汁机，具有以下有益效果：本发明基于双传感器能够完成对杯中橙汁液面的精确检测；采用步进电机，一方面并设计相应的调节单元，可以在停机时实现电机的自动减流控制，减少电机噪声和发热，提高电机寿命，能够高效、平稳的将盛好的杯装橙汁运送到出杯口，另一方面，设计相应的隔离单元可以完成运动控制信号的隔离，电平转换单元可以完成控制部分和电机驱动部分的电平转换。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。