一種基于STC80C51單片機(jī)的智能硬幣分揀機(jī)的設(shè)計(jì)

錢鴻志+胡天立+陳智+席嘉俊

摘 要：針對(duì)現(xiàn)今人工清點(diǎn)硬幣效率低、圖像識(shí)別清點(diǎn)硬幣容易混入假幣等問(wèn)題，文章以發(fā)行的第五套人民幣硬幣為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種以51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)稱重傳感器來(lái)識(shí)別硬幣質(zhì)量大小，并且通過(guò)算法控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)4個(gè)角度來(lái)自動(dòng)分揀各類幣種（包括假幣）的硬幣分揀機(jī)。該硬幣分揀機(jī)不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同硬幣的面值識(shí)別、分揀功能，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了假幣報(bào)警提示、人機(jī)交互界面的幣種數(shù)量顯示。

關(guān)鍵詞：STC80C51；稱重傳感器；硬幣分揀；鑒定真?zhèn)?/p>

1 硬幣分類概述

眾所周知，硬幣是一個(gè)國(guó)家金融系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)，它規(guī)格統(tǒng)一、易于識(shí)別、不易磨損，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的流通。因此，硬幣作為一種流通貨幣在商場(chǎng)、無(wú)人售票公交車、投幣洗衣機(jī)等場(chǎng)所廣泛運(yùn)用，使其市場(chǎng)投放量也大幅增加。日益龐大的硬幣數(shù)為后期分類整理工作帶來(lái)了不小的麻煩，人工分揀效率低、圖像識(shí)別清點(diǎn)識(shí)別不出假幣。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種智能分揀硬幣裝置。

2 硬幣分揀機(jī)總體設(shè)計(jì)

本硬幣分揀機(jī)系統(tǒng)由中央處理器模塊、信息檢測(cè)模塊（包括質(zhì)量采集模塊和速度檢測(cè)模塊）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)控制模塊、顯示模塊、響鈴模塊、電源模塊等組成。

中央處理器模塊選用STC80C51微處理器，是整個(gè)硬幣分揀機(jī)控制系統(tǒng)的核心。首先，微處理器需要對(duì)速度控制模塊控制的42步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行處理，控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度及停留時(shí)間來(lái)保證硬幣有充足的稱重時(shí)間。再者，質(zhì)量采集模塊采集到的硬幣質(zhì)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微處理器的分析和處理判斷出幣種類型，然后通過(guò)電機(jī)控制模塊控制28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向4個(gè)不同的角度，從而實(shí)現(xiàn)幣種的分揀過(guò)程。

3 硬幣分揀機(jī)硬件設(shè)計(jì)

3.1 質(zhì)量采集模塊

質(zhì)量采集模塊的核心部件是稱重傳感器。本設(shè)計(jì)采用應(yīng)變片壓力傳感器。應(yīng)變片壓力傳感器以電阻應(yīng)變計(jì)為轉(zhuǎn)換元件的電阻式傳感器，可根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)形式。具有精度高、測(cè)量范圍廣、頻率響應(yīng)特性較好；價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇。所以采用應(yīng)變片壓力傳感器來(lái)對(duì)硬幣進(jìn)行稱重測(cè)量。

3.2 速度控制模塊

本設(shè)計(jì)中速度控制模塊選用42步進(jìn)電機(jī)。42步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以用頻率來(lái)控制，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率跟轉(zhuǎn)速成正比，可以通過(guò)計(jì)算公式，計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本裝置中將硬幣放入入口處，通過(guò)程序設(shè)置將42步進(jìn)電機(jī)調(diào)至每次轉(zhuǎn)動(dòng)72°并暫停80 ms，來(lái)滿足硬幣在壓力傳感器上有足夠時(shí)間來(lái)精準(zhǔn)稱重。

3.3 電機(jī)控制模塊

本設(shè)計(jì)中電機(jī)控制模塊電機(jī)選用28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)，電壓為DC5V-DC12V。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷地控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（一個(gè)步距角）。28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移用X表示，四拍運(yùn)行時(shí)步距角為X=360°/（50*4）=1.8°。滿足對(duì)于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的要求，實(shí)現(xiàn)程序控制28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)4個(gè)不同的角度來(lái)分揀硬幣。

3.4 顯示電路模塊

本設(shè)計(jì)中顯示電路模塊電機(jī)選用LCD12864液晶顯示。該模塊低電壓低功耗，靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，在硬幣分揀的同時(shí)通過(guò)程序?qū)Σ煌瑤欧N進(jìn)行計(jì)數(shù)并在顯示屏上顯示出具體數(shù)據(jù)。

3.5 電源管理模塊

電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供5V或者12V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡(jiǎn)單，都采用3端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)，故不作詳述。本硬幣分揀機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 硬幣分揀機(jī)軟件設(shè)計(jì)

4.1 主程序設(shè)計(jì)

軟件主程序流程如圖2所示，本硬幣分揀機(jī)軟件部分首先通過(guò)串口通信采集應(yīng)變片壓力傳感器硬幣質(zhì)量數(shù)據(jù)，再根據(jù)所得質(zhì)量與程序算法來(lái)對(duì)比計(jì)算，系統(tǒng)自動(dòng)記錄出是何種硬幣類型，然后再調(diào)用對(duì)應(yīng)的28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)控制函數(shù)得出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)指令，最后通過(guò)串口發(fā)送給控制器實(shí)現(xiàn)硬幣分揀。與此同時(shí)，通過(guò)LCD12864顯示屏顯示出幣種及數(shù)目。當(dāng)檢測(cè)出假幣時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)LED燈發(fā)出警報(bào)信號(hào)，并且蜂鳴器一同隨著工作發(fā)出警報(bào)聲響。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的硬幣分揀機(jī)，經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試測(cè)試后，性能良好，運(yùn)行平穩(wěn)，可完成以下任務(wù)：（1）實(shí)現(xiàn)硬幣準(zhǔn)確分揀；（2）實(shí)現(xiàn)假幣響鈴報(bào)警提示；（3）在分揀過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)硬幣種類和數(shù)量的準(zhǔn)確顯示。