基于單片機的公交車自動找零系統設計

包凡彪+詹乃歡

摘 要：文章介紹了公交車自動找零系統方案的設計思路，根據公交運行的主要特點，初步統計分析乘客的投幣特征，根據規律設置零錢儲備。運用單片機能實現控制錢幣識別、計算差額、找零等分解功能。文章提出找零系統各項功能、組成部分、程序控制等，設計一款由單片機控制的快自動找零系統，將為公交系統提升服務水平發揮重要作用。

關鍵詞：單片機；自動找零；功能模塊；控制系統

引言

自動收費系統是融合計算機技術、信息收集和處理技術、機械制造于一體的自動化售票、檢票系統，具有很強的智能化功能。本設計主要對公交汽車無法快速實現的較大面額找零系統裝置進行研究，針對傳統的公交車投幣系統，自備零錢，不設找續的缺點，以單片機為核心，優化找零系統的內部設計。公共交通是城市重要的服務窗口，通過設計這樣的公交找零系統，不僅讓公交系統智能化更進一步，更讓市民可以隨心所欲的自由乘坐公交汽車，不需要考慮身上是否有零錢，大大提高公交的乘坐率，促進城市公交公益事業的發展。日本、韓國已有相關產品投入使用，而且效果明顯。作為人口第一大國的中國，公交系統的發展需要這樣的一個產品設計很有必要[1]。

1 系統的組成和工作原理

1.1 自動找零系統的主要組成

自動找零系統由以下主要模塊組成：主控單元、紙幣識別處理模塊、紙幣找零模塊、紙幣接收模塊、硬幣模塊、零錢箱信息處理模塊和不間斷電源。

主要功能：零錢的自身儲備、線路價格控制、面額識別、差額計算和找零，可找續的投幣功能，附帶真偽幣識別功能等。

1.2 公交找零系統的工作原理

公交車自動找零系統格局功能模塊其工作過程和基本原理如下[2]：

從投幣口送入貨幣（包括紙幣或硬幣），然后通過傳感器采集數據、感應圖像或判斷重量，識別器判斷貨幣的真偽并判別面值。根據識別的投幣情況，識別器把信息數據傳給通信模塊。通信模塊與設置線路售票價格控制系統通信，操作面板系統顯示面值，做差確定找零的數額。退幣分為兩種情況：一種是由貨幣識別器完成退紙幣，另一種是由硬幣的通信模塊完成退硬幣。如果發現找零金額不足，預警提醒。當無法實現找零，或者找零不夠等意外情況發生時，能及時退還乘客的投幣。乘客取走找零后，完成這一個投幣過程。系統復零，完成等待下一位乘客投幣的準備。

綜上所述，自動找零系統可以分為四部分，即控制子系統、信息傳遞和執行系統、硬幣器子系統以及紙幣器子系統。其中控制子系統是本設計研究重點。

2 公交找零系統的主程序分析

本系統采用AT89C51單片機為核心，乘客上車后把鈔票放進進鈔口（硬幣放進硬幣口），機器自動運轉，單片機根據相應的程序執行對應的工作。系統的主體框架如圖1所示。主程序由單片機和報警系統、硬幣模塊、找零模塊等進行信息連接和處理[3]。

圖1 系統主體框圖

3 公交找零系統的子程序設計

3.1 紙幣真偽及面額辨別的功能子程序設計

現在不乏有些破壞分子使用假幣，尤其當公交系統實現大面額找續之后，所以這樣的系統必須具備真偽幣識別功能。鈔票進入進鈔口，系統對紙幣先進行面額識別，再對紙幣進行真偽識別，當識別為假幣的時候會報警亮燈，并把假幣退出；當為真幣就進入下一個程序。

在本設計中，只有在按鍵選錯，導致系統無法正常處理時，才會出現報警現象。當出現錯誤的時候，輸出信號通過光電耦合，來驅動一個揚聲器工作，實現報警功能，其原理如圖2所示。

圖2 找零子系統流程圖

3.2 公交找零系統實現的主要子程序設計

這部分的設計主要針對紙幣的找零功能。當乘客放進鈔票，以100塊為例，當100進入進鈔口，系統運行，紙幣識別處理模塊識別為100，找零模塊立馬從零錢箱調出97塊零錢進入待機，與此同時100塊在系統中繼續進行真偽幣識別，當為真幣的時候，識別處理模塊會向處理中心發出確認指令，之前已經進入的待機的97塊零錢馬上從出鈔口出來；當為假幣的時候，報警燈亮起，100塊會自動原路返回，之前待機的97塊零鈔會自動進入廢鈔箱。

3.3 零錢箱信息處理模塊的子程序設計

由于最高面額是100，所以準備的零錢從50元起，分別有50、20、10、5、1元等面額，初次系統運行，零錢箱一般設計為1000張零錢，其中50元占1%，20元占13%，10元占22%，5元占26%，1元占38%。零錢箱的設計可以根據每個公交線路途徑的地方不同而對各面額所占的百分比進行調整。每次公交出行，零錢箱會整理上次的出行記錄，反饋出“哪些紙幣需要準備更多”的信息。

假設公交車票是3元一人，一開始乘客準備的是100元，那么系統優先找一張50元、兩張20元、一張5元、兩張1元，假如缺少某種幣值，就選擇另一種找零模式，會根據零錢箱哪種幣值多而優先更多使用該幣值。

零錢箱也有自動報警系統，當零錢箱的紙幣不夠的時候，反饋到處理器，報警系統自動亮燈，告訴司機這時候乘客開始要自備零錢。

零錢箱還包括廢紙箱，根據系統的需要，當系統檢測出假幣的時候，零錢箱準備的零錢會被自動送進零錢箱。

4 結束語

市面上出現過自動的找零系統，因為其不具備真偽幣識別的功能，所以使公交集團受到很大的損失，也因系統經常無法正常運行，程序冗長，找零緩慢，增加公交車在每一站的停留時間，導致交通混亂，所以并未在市場上推出過一套成熟的公交找零系統。文章主要從硬件和軟件了進行設計，分析如何實現公交自動找零，對各子程序的控制進行程序設計。

文章設計的公交車自動找零系統具有現實意義，可投入生產。最終實現的功能就是公交車有找續，進一步智能化，便民化。對于本次的設計，在零錢箱處理的模塊會出現缺陷，可以進一步對各線路進行調查，確保零錢箱有足夠的零錢儲備。

參考文獻

[1]自動售貨機主控制器及執行機構的設計與實現[J].東南大學學報（自然科學版），2007年11期.

[2]富安.單片機與可編程控制應用技術[M].北京：電子工業出版社， 2003，8第1版：89-94.

[3]茂祥，鞏榮芬，吳慶洪.一種紙幣識別系統的設計，2004年第12期.

摘 要：文章介紹了公交車自動找零系統方案的設計思路，根據公交運行的主要特點，初步統計分析乘客的投幣特征，根據規律設置零錢儲備。運用單片機能實現控制錢幣識別、計算差額、找零等分解功能。文章提出找零系統各項功能、組成部分、程序控制等，設計一款由單片機控制的快自動找零系統，將為公交系統提升服務水平發揮重要作用。

關鍵詞：單片機；自動找零；功能模塊；控制系統

引言

自動收費系統是融合計算機技術、信息收集和處理技術、機械制造于一體的自動化售票、檢票系統，具有很強的智能化功能。本設計主要對公交汽車無法快速實現的較大面額找零系統裝置進行研究，針對傳統的公交車投幣系統，自備零錢，不設找續的缺點，以單片機為核心，優化找零系統的內部設計。公共交通是城市重要的服務窗口，通過設計這樣的公交找零系統，不僅讓公交系統智能化更進一步，更讓市民可以隨心所欲的自由乘坐公交汽車，不需要考慮身上是否有零錢，大大提高公交的乘坐率，促進城市公交公益事業的發展。日本、韓國已有相關產品投入使用，而且效果明顯。作為人口第一大國的中國，公交系統的發展需要這樣的一個產品設計很有必要[1]。

1 系統的組成和工作原理

1.1 自動找零系統的主要組成

自動找零系統由以下主要模塊組成：主控單元、紙幣識別處理模塊、紙幣找零模塊、紙幣接收模塊、硬幣模塊、零錢箱信息處理模塊和不間斷電源。

主要功能：零錢的自身儲備、線路價格控制、面額識別、差額計算和找零，可找續的投幣功能，附帶真偽幣識別功能等。

1.2 公交找零系統的工作原理

公交車自動找零系統格局功能模塊其工作過程和基本原理如下[2]：

從投幣口送入貨幣（包括紙幣或硬幣），然后通過傳感器采集數據、感應圖像或判斷重量，識別器判斷貨幣的真偽并判別面值。根據識別的投幣情況，識別器把信息數據傳給通信模塊。通信模塊與設置線路售票價格控制系統通信，操作面板系統顯示面值，做差確定找零的數額。退幣分為兩種情況：一種是由貨幣識別器完成退紙幣，另一種是由硬幣的通信模塊完成退硬幣。如果發現找零金額不足，預警提醒。當無法實現找零，或者找零不夠等意外情況發生時，能及時退還乘客的投幣。乘客取走找零后，完成這一個投幣過程。系統復零，完成等待下一位乘客投幣的準備。

綜上所述，自動找零系統可以分為四部分，即控制子系統、信息傳遞和執行系統、硬幣器子系統以及紙幣器子系統。其中控制子系統是本設計研究重點。

2 公交找零系統的主程序分析

本系統采用AT89C51單片機為核心，乘客上車后把鈔票放進進鈔口（硬幣放進硬幣口），機器自動運轉，單片機根據相應的程序執行對應的工作。系統的主體框架如圖1所示。主程序由單片機和報警系統、硬幣模塊、找零模塊等進行信息連接和處理[3]。

圖1 系統主體框圖

3 公交找零系統的子程序設計

3.1 紙幣真偽及面額辨別的功能子程序設計

現在不乏有些破壞分子使用假幣，尤其當公交系統實現大面額找續之后，所以這樣的系統必須具備真偽幣識別功能。鈔票進入進鈔口，系統對紙幣先進行面額識別，再對紙幣進行真偽識別，當識別為假幣的時候會報警亮燈，并把假幣退出；當為真幣就進入下一個程序。

在本設計中，只有在按鍵選錯，導致系統無法正常處理時，才會出現報警現象。當出現錯誤的時候，輸出信號通過光電耦合，來驅動一個揚聲器工作，實現報警功能，其原理如圖2所示。

圖2 找零子系統流程圖

3.2 公交找零系統實現的主要子程序設計

這部分的設計主要針對紙幣的找零功能。當乘客放進鈔票，以100塊為例，當100進入進鈔口，系統運行，紙幣識別處理模塊識別為100，找零模塊立馬從零錢箱調出97塊零錢進入待機，與此同時100塊在系統中繼續進行真偽幣識別，當為真幣的時候，識別處理模塊會向處理中心發出確認指令，之前已經進入的待機的97塊零錢馬上從出鈔口出來；當為假幣的時候，報警燈亮起，100塊會自動原路返回，之前待機的97塊零鈔會自動進入廢鈔箱。

3.3 零錢箱信息處理模塊的子程序設計

由于最高面額是100，所以準備的零錢從50元起，分別有50、20、10、5、1元等面額，初次系統運行，零錢箱一般設計為1000張零錢，其中50元占1%，20元占13%，10元占22%，5元占26%，1元占38%。零錢箱的設計可以根據每個公交線路途徑的地方不同而對各面額所占的百分比進行調整。每次公交出行，零錢箱會整理上次的出行記錄，反饋出“哪些紙幣需要準備更多”的信息。

假設公交車票是3元一人，一開始乘客準備的是100元，那么系統優先找一張50元、兩張20元、一張5元、兩張1元，假如缺少某種幣值，就選擇另一種找零模式，會根據零錢箱哪種幣值多而優先更多使用該幣值。

零錢箱也有自動報警系統，當零錢箱的紙幣不夠的時候，反饋到處理器，報警系統自動亮燈，告訴司機這時候乘客開始要自備零錢。

零錢箱還包括廢紙箱，根據系統的需要，當系統檢測出假幣的時候，零錢箱準備的零錢會被自動送進零錢箱。

4 結束語

市面上出現過自動的找零系統，因為其不具備真偽幣識別的功能，所以使公交集團受到很大的損失，也因系統經常無法正常運行，程序冗長，找零緩慢，增加公交車在每一站的停留時間，導致交通混亂，所以并未在市場上推出過一套成熟的公交找零系統。文章主要從硬件和軟件了進行設計，分析如何實現公交自動找零，對各子程序的控制進行程序設計。

文章設計的公交車自動找零系統具有現實意義，可投入生產。最終實現的功能就是公交車有找續，進一步智能化，便民化。對于本次的設計，在零錢箱處理的模塊會出現缺陷，可以進一步對各線路進行調查，確保零錢箱有足夠的零錢儲備。

參考文獻

[1]自動售貨機主控制器及執行機構的設計與實現[J].東南大學學報（自然科學版），2007年11期.

[2]富安.單片機與可編程控制應用技術[M].北京：電子工業出版社， 2003，8第1版：89-94.

[3]茂祥，鞏榮芬，吳慶洪.一種紙幣識別系統的設計，2004年第12期.

摘 要：文章介紹了公交車自動找零系統方案的設計思路，根據公交運行的主要特點，初步統計分析乘客的投幣特征，根據規律設置零錢儲備。運用單片機能實現控制錢幣識別、計算差額、找零等分解功能。文章提出找零系統各項功能、組成部分、程序控制等，設計一款由單片機控制的快自動找零系統，將為公交系統提升服務水平發揮重要作用。

關鍵詞：單片機；自動找零；功能模塊；控制系統

引言

自動收費系統是融合計算機技術、信息收集和處理技術、機械制造于一體的自動化售票、檢票系統，具有很強的智能化功能。本設計主要對公交汽車無法快速實現的較大面額找零系統裝置進行研究，針對傳統的公交車投幣系統，自備零錢，不設找續的缺點，以單片機為核心，優化找零系統的內部設計。公共交通是城市重要的服務窗口，通過設計這樣的公交找零系統，不僅讓公交系統智能化更進一步，更讓市民可以隨心所欲的自由乘坐公交汽車，不需要考慮身上是否有零錢，大大提高公交的乘坐率，促進城市公交公益事業的發展。日本、韓國已有相關產品投入使用，而且效果明顯。作為人口第一大國的中國，公交系統的發展需要這樣的一個產品設計很有必要[1]。

1 系統的組成和工作原理

1.1 自動找零系統的主要組成

自動找零系統由以下主要模塊組成：主控單元、紙幣識別處理模塊、紙幣找零模塊、紙幣接收模塊、硬幣模塊、零錢箱信息處理模塊和不間斷電源。

主要功能：零錢的自身儲備、線路價格控制、面額識別、差額計算和找零，可找續的投幣功能，附帶真偽幣識別功能等。

1.2 公交找零系統的工作原理

公交車自動找零系統格局功能模塊其工作過程和基本原理如下[2]：

從投幣口送入貨幣（包括紙幣或硬幣），然后通過傳感器采集數據、感應圖像或判斷重量，識別器判斷貨幣的真偽并判別面值。根據識別的投幣情況，識別器把信息數據傳給通信模塊。通信模塊與設置線路售票價格控制系統通信，操作面板系統顯示面值，做差確定找零的數額。退幣分為兩種情況：一種是由貨幣識別器完成退紙幣，另一種是由硬幣的通信模塊完成退硬幣。如果發現找零金額不足，預警提醒。當無法實現找零，或者找零不夠等意外情況發生時，能及時退還乘客的投幣。乘客取走找零后，完成這一個投幣過程。系統復零，完成等待下一位乘客投幣的準備。

綜上所述，自動找零系統可以分為四部分，即控制子系統、信息傳遞和執行系統、硬幣器子系統以及紙幣器子系統。其中控制子系統是本設計研究重點。

2 公交找零系統的主程序分析

本系統采用AT89C51單片機為核心，乘客上車后把鈔票放進進鈔口（硬幣放進硬幣口），機器自動運轉，單片機根據相應的程序執行對應的工作。系統的主體框架如圖1所示。主程序由單片機和報警系統、硬幣模塊、找零模塊等進行信息連接和處理[3]。

圖1 系統主體框圖

3 公交找零系統的子程序設計

3.1 紙幣真偽及面額辨別的功能子程序設計

現在不乏有些破壞分子使用假幣，尤其當公交系統實現大面額找續之后，所以這樣的系統必須具備真偽幣識別功能。鈔票進入進鈔口，系統對紙幣先進行面額識別，再對紙幣進行真偽識別，當識別為假幣的時候會報警亮燈，并把假幣退出；當為真幣就進入下一個程序。

在本設計中，只有在按鍵選錯，導致系統無法正常處理時，才會出現報警現象。當出現錯誤的時候，輸出信號通過光電耦合，來驅動一個揚聲器工作，實現報警功能，其原理如圖2所示。

圖2 找零子系統流程圖

3.2 公交找零系統實現的主要子程序設計

這部分的設計主要針對紙幣的找零功能。當乘客放進鈔票，以100塊為例，當100進入進鈔口，系統運行，紙幣識別處理模塊識別為100，找零模塊立馬從零錢箱調出97塊零錢進入待機，與此同時100塊在系統中繼續進行真偽幣識別，當為真幣的時候，識別處理模塊會向處理中心發出確認指令，之前已經進入的待機的97塊零錢馬上從出鈔口出來；當為假幣的時候，報警燈亮起，100塊會自動原路返回，之前待機的97塊零鈔會自動進入廢鈔箱。

3.3 零錢箱信息處理模塊的子程序設計

由于最高面額是100，所以準備的零錢從50元起，分別有50、20、10、5、1元等面額，初次系統運行，零錢箱一般設計為1000張零錢，其中50元占1%，20元占13%，10元占22%，5元占26%，1元占38%。零錢箱的設計可以根據每個公交線路途徑的地方不同而對各面額所占的百分比進行調整。每次公交出行，零錢箱會整理上次的出行記錄，反饋出“哪些紙幣需要準備更多”的信息。

假設公交車票是3元一人，一開始乘客準備的是100元，那么系統優先找一張50元、兩張20元、一張5元、兩張1元，假如缺少某種幣值，就選擇另一種找零模式，會根據零錢箱哪種幣值多而優先更多使用該幣值。

零錢箱也有自動報警系統，當零錢箱的紙幣不夠的時候，反饋到處理器，報警系統自動亮燈，告訴司機這時候乘客開始要自備零錢。

零錢箱還包括廢紙箱，根據系統的需要，當系統檢測出假幣的時候，零錢箱準備的零錢會被自動送進零錢箱。

4 結束語

市面上出現過自動的找零系統，因為其不具備真偽幣識別的功能，所以使公交集團受到很大的損失，也因系統經常無法正常運行，程序冗長，找零緩慢，增加公交車在每一站的停留時間，導致交通混亂，所以并未在市場上推出過一套成熟的公交找零系統。文章主要從硬件和軟件了進行設計，分析如何實現公交自動找零，對各子程序的控制進行程序設計。

文章設計的公交車自動找零系統具有現實意義，可投入生產。最終實現的功能就是公交車有找續，進一步智能化，便民化。對于本次的設計，在零錢箱處理的模塊會出現缺陷，可以進一步對各線路進行調查，確保零錢箱有足夠的零錢儲備。

參考文獻

[1]自動售貨機主控制器及執行機構的設計與實現[J].東南大學學報（自然科學版），2007年11期.

[2]富安.單片機與可編程控制應用技術[M].北京：電子工業出版社， 2003，8第1版：89-94.

[3]茂祥，鞏榮芬，吳慶洪.一種紙幣識別系統的設計，2004年第12期.