硬幣自動識別的電子存錢罐*

劉 燕，陳 娟

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031)

0 引言

在世界范圍內(nèi)，小額貨幣在日常交易與找零結(jié)算中不可或缺，使用最為頻繁。相對于紙質(zhì)貨幣，硬幣以其成本低，流通次數(shù)多、耐磨損、易回收重利用，減少病毒傳播等無可替代的優(yōu)勢，占領(lǐng)著小額貨幣市場。據(jù)統(tǒng)計，小額硬幣是紙幣使用壽命的100倍，并且可以回收重復(fù)利用[1]。所以，小面額貨幣硬幣化是世界各國普遍采用的做法，也是我國央行力推的政策?，F(xiàn)在市面上流通的硬幣主要以第五套人民幣的硬幣為主[2]，1元硬幣是鋼芯鍍鎳，5角硬幣是鋼芯鍍銅合金，1角硬幣有兩種材質(zhì)，鋁合金和不銹鋼。不同幣值的硬幣在使用材質(zhì)和制造工藝、直徑、厚度、防偽標(biāo)志等物理性質(zhì)方面都有所區(qū)別[3]。硬幣因廣泛使用，加之面值小，人們防范意識差，造假難度低，使得造假者盯上了它。假硬幣的大量流通，給人們的財產(chǎn)安全造成了較大影響。目前，對假硬幣進行鑒別的方法主要有圖像對比法[4]、稱重法和渦流傳感器檢測法[5,6]。圖像法硬件成本高，不易做到實時性；渦流傳感器對一些特定硬幣的檢測存在限制性；相比較而言，稱重法更容易實現(xiàn)。

硬幣給人們的生活帶來方便，但是硬幣的存儲有些麻煩。傳統(tǒng)的存錢罐只是簡單地對硬幣進行存儲，不具備自動計數(shù)和判別硬幣真?zhèn)蔚墓δ?。針對這種情況，設(shè)計了一種基于STC89C52的硬幣自動識別存錢系統(tǒng)，它操作簡單，既方便對硬幣進行存儲，又可以快速地辨別出硬幣的幣值及真?zhèn)?，并進行語音播報和實時顯示，具有很好的應(yīng)用前景，對于無人售票車、自動售貨機、投幣式電話等涉及到硬幣大量使用的行業(yè)有一定的借鑒意義[7]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

所設(shè)計的硬幣自動識別電子存錢罐以STC89C52單片機最小系統(tǒng)為主控模塊，由壓力傳感器稱重模塊、紅外傳感器模塊、鍵盤輸入模塊、語音播報模塊、1602液晶顯示模塊和LED燈提示模塊組成。系統(tǒng)總體功能模塊圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖

該電子存錢罐的工作流程為：在單片機的控制下，由紅外傳感器檢測是否有硬幣接近需要存入，然后由壓力傳感器對硬幣進行稱重，并在液晶顯示屏實時顯示該硬幣的重量。當(dāng)測量值符合真硬幣的條件時，顯示屏將顯示幣值以及存錢總額，同時進行語言播報；若測量值不符，則語音播報為假幣。取出硬幣時需要按鍵輸入提前設(shè)置好的密碼，輸入密碼正確時，LED燈提示且系統(tǒng)將會對存錢總額清零。

2 硬件電路設(shè)計

該電子存錢罐的主控模塊采用STC89C52單片機最小系統(tǒng)，包括電源電路、復(fù)位電路和時鐘電路。STC89C52RC單片機具有Flash存儲器，可以通過外部連接下載端口，直接進行內(nèi)部程序更改等操作。作為如今普遍適用的一款單片機，STC89C52性能良好，軟件編程簡單。在運行程序時，要先對程序進行初始化，隨后它才會對按鍵輸入的指令信息進行處理，再根據(jù)指令信息的不同對不同模塊發(fā)布相應(yīng)的信息，各模塊接收信息后才會實現(xiàn)與之對應(yīng)的功能。STC89C52單片機最小系統(tǒng)的電路如圖2所示。

圖2 單片機最小系統(tǒng)

硬幣稱重模塊選用了雙橋電阻應(yīng)變壓力傳感器，它可以對不同幣值的硬幣進行重量檢測。采用的雙橋電阻應(yīng)變壓力傳感器具有耗能小、價格低廉以及靈敏性高等特點。由于STC89C52單片機內(nèi)部沒有AD轉(zhuǎn)換功能，只能處理數(shù)字信號，所以需要在外部連接一個可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換電路。HX117是24位的AD轉(zhuǎn)換模塊，它具有體積小，轉(zhuǎn)換時間短，操作簡單等特點。

語音播報模塊選用的是廣州唯創(chuàng)科技公司研發(fā)的WT588D可編輯語音模塊。擁有外置Flash存儲空間，而且抗干擾性良好，可以多次重復(fù)擦除燒寫，其內(nèi)部的音頻處理器處理速度非?？欤乙糍|(zhì)很好。當(dāng)語音信號通過單片機處理發(fā)送到WT588D語音模塊時，系統(tǒng)將按照提前設(shè)定的語音進行播報。

3 軟件設(shè)計

軟件編寫完成后，在Protues軟件中打開提前設(shè)計好的電路仿真圖，將源程序編譯生成的*.hex格式文件傳入，即可開始仿真。在仿真過程中，會出現(xiàn)仿真電路與軟件程序不匹配的情況，如：液晶顯示模塊無法顯示字符、在按鍵后系統(tǒng)沒有做出相應(yīng)的操作等，所以需要多次修改源程序的代碼。在最終達到仿真電路各模塊均能實現(xiàn)與之相對應(yīng)的操作后，就可以開始將程序下載到實物電路板中繼續(xù)進行軟件與硬件的調(diào)試。該硬幣自動識別存錢系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

該電子存錢罐的輸入部分就是鍵盤的輸入控制。對于按鍵的選擇，不僅可以輸入密碼，還帶有清除密碼狀態(tài)和設(shè)置密碼狀態(tài)。對于按鍵抖動的情況，在編寫程序時通過增加一個延時程序的方法消除抖動。設(shè)計的按鍵主要功能有：設(shè)置取錢密碼，輸入存取密碼，以及為解決忘記取錢密碼的情況下設(shè)置的消除密碼功能。液晶顯示信息包括被測硬幣的重量和幣值，當(dāng)前存入硬幣的總金額、輸入的密碼。

4 系統(tǒng)測試與分析

操作步驟具體如下：當(dāng)紅外傳感器檢測到有硬幣投入時，壓力傳感器對該硬幣進行稱重，并在液晶屏顯示重量，以及當(dāng)前存錢罐內(nèi)的硬幣總金額。當(dāng)測量值符合真硬幣的條件時，顯示屏將顯示該硬幣的幣值并進行語音播報；若測量值不符，則語音播報為“假幣”。取出已存入的硬幣時則需要先輸入提前設(shè)置好的密碼，輸入密碼正確時，LED燈點亮提示且系統(tǒng)將會清零存錢總金額。該電子存錢罐的實物圖如圖4所示。

圖4 電子存錢罐的實物圖

由于流通過程中硬幣會造成不同程度的磨損，前期對硬幣重量進行了多次測試，得出結(jié)果：1元硬幣的重量6.0g～6.2g；5角硬幣的重量介于3.7g～3.9g；1角鋁合金硬幣的重量1.05～1.25g；1角不銹鋼硬幣的重量3.1g～3.3g，程序設(shè)計以這個數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)來進行硬幣真?zhèn)蔚呐袆e。

為了測試所設(shè)計的存錢罐硬幣識別系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。使用2000年以來的不同年份的各種幣值的硬幣各10枚進行實驗，按照幣值分為3組，每組隨機投擲50次，連續(xù)3天在不同的時間進行測試，分別記錄下每天各組硬幣識別準(zhǔn)確的次數(shù)。表1為實驗數(shù)據(jù)。

表1 電子存錢罐的測試數(shù)據(jù)

從表中數(shù)據(jù)可以看出，該電子存錢罐的準(zhǔn)確性很好，平均準(zhǔn)確率在98.6%左右，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性能良好，抗干擾能力強，基本不受外界環(huán)境變化的影響。

5 結(jié)語

所設(shè)計的電子存錢罐采用稱重法進行硬幣識別，以STC89C52單片機最小系統(tǒng)為主控模塊，由壓力傳感器稱重模塊、紅外傳感器模塊、鍵盤輸入模塊、語音播報模塊、1602液晶顯示模塊和LED燈提示模塊組成。系統(tǒng)準(zhǔn)確性較高，穩(wěn)定性較好，不受外界環(huán)境的影響，操作簡單，既方便對零散的硬幣進行集中存儲，又可以快速地辨別出硬幣的幣值及真?zhèn)危崟r語音播報和液晶顯示，具有很好的應(yīng)用前景，對于無人售票車、自動售貨機、投幣式電話等涉及到硬幣大量使用的行業(yè)有一定的借鑒意義。