基于STM32點鈔機控制系統設計與實現

程 鋼，劉白楊，李 穎，李柏林，梁 葉，陳嘉偉

（邵陽學院，湖南邵陽，422000）

基于STM32點鈔機控制系統設計與實現

程 鋼，劉白楊，李 穎，李柏林，梁 葉，陳嘉偉

（邵陽學院，湖南邵陽，422000）

針對傳統點鈔機智能化程度低的問題，提出了基于STM32的智能點鈔機控制系統設計方法，實現了對多種紙幣計數、找零和長期不間斷滿負荷工作等功能，系統的創新點是設計并實現了簡易電機驅動電路實現了電機長期不間斷可靠控制，并且提出并通過程序實現了多種紙幣鑒別和找零算法，實驗結果表明基于STM32點鈔機控制系統控制性能穩定、精度高、工作時間長和損耗小等特點。滿足了大量多種紙幣長期不間斷計數工作的要求，有效地提高了紙幣清點工作效率。

STM32；點鈔機；電機驅動；多紙幣識別

0　引言

點鈔機是一種用來統計紙幣數量和金額并進行鑒別的機器。隨著時代的發展，點鈔機的研究步伐也在加快，有多種多樣的更加方便點鈔機被開發者們研制出來。并且更加精確的驗鈔方案也體現在點鈔機中，使得鑒偽更加精準。由于體會到現在社會中銀行工作人員以及各大商店職員面對眾多混合在一起的不同類型的紙幣難于快速計算清楚金額，長時間的高強度工作導致人工疲勞，降低工作效率，容易出現錯誤，造成單位過個人財產的損失。為了能減少勞動強度，提高工作效率并減少錯誤率，我們設計了這款操作簡便的多種紙幣點鈔機，從而解決工作中零散紙幣清點困難的問題。

1　工作原理

本設計采用了ST意法半導體的STM32芯片，STM32采用了專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核，比較廣泛的運用在平衡小車、四軸飛行器等控制系統。STM32CPU處理速度快，處理效率高，保證了點鈔的時候不會出現漏點的情況，提高了點鈔機的可靠性，并且STM32功耗較低，功能齊全，包含3個12位的ADC，運用它齊全的功能可以減少很多其它的外圍模塊的使用，提高了可靠性，并且擁有定時器中斷和外部中斷等豐富的中斷系統。系統采用STM32作為控制與計算模塊，檢測部分運用紅外對射傳感器，運用外部中斷檢測紙幣的存在，有紙幣經過時會立即進入外部中斷進行計數，杜絕了漏檢的現象。接近開關用于檢測啟動電機點數的時機。顯示部分運用了一塊TFT液晶，可以顯示豐富的內容，包括點鈔詳細信息和報警信息。傳動模塊通過單片機控制電機的啟動與停止，紙幣的出口與入口之間有紅外對射管、磁檢測傳感器、熒光檢測。紙幣經過送鈔板的時候會遮住紅外對射管發出的紅外線，當檢測到的信息與真幣相符合的時候點鈔機進行計數，否則就會報警。

圖1.1　整體框圖

圖2.1　紅外對管

2　模塊設計

2.1計數部分

計數模塊通過單片機ADC通道1采集紅外對管的電壓變化判斷紙幣是否經過，單片機具有強大的數據處理和檢測功能，可以簡單方便的實現紙幣的計數以及總額的計算。電路圖如圖所示

紙幣經過時發射管發出的紅外光被紙幣遮擋之后反射被接收管接收，此時紅外接收管導通，三級管導通，OUT端被接地輸出低電平，檢測到OUT端為低電平時即說明有紙幣經過。此時若磁檢測與熒光檢測信息與真鈔相匹配，則計數。

2.2顯示部分

采用TFT屏，將不同面值的紙幣分開顯示 ，并顯示出總額，方便工作人員清點零散紙幣。檢測到假鈔或出現卡鈔故障時會顯示相應的警報信息。顯示效果如圖：

圖2.2　TFT顯示

2.3傳動與啟動部分

傳動部分由一個交流電機和一個直流電機組成，通過接近光耦檢測紙幣的存在與否啟動與停止。

啟動部分由接近光耦組成。接近光耦由一個發光二極管、一個光敏二極管和一個三極管組成，輸出端經過電阻連接STM32的ADC模塊引腳PA3，發射管和接收管與單片機之間需要接一個400歐姆的上拉電阻限流，當二極管發出的光經過物體反射使光敏二極管導通，同時三極管也被導通，當有紙幣放入時，由于紙幣的反射，光敏二極管導通，OUT端輸出低電平，說明已放入紙幣，啟動電機。反之停止電機。

交流電機通過傳動帶、傳動輪，將動力輸送給各傳動軸，將紙幣從進鈔擋板上逐張捻走。直流電機負責接鈔爪輪。

通過交流電機控制電路控制電機的啟動與停止。當接近開關檢測到有紙幣放到進鈔擋板上時，接近開關輸出給單片機低電平，當單片機檢測到電平變化的時候通過單片機的PB0和PB2口控制交流電機正轉和反轉，PB0閉合的時候通過電阻R3給D2雙向晶閘管門級一個電壓，使雙向晶閘管導通，電機正轉。若PB2閉合，則D1雙向晶閘管導通，電機反轉。檢測到有紙幣的時候閉合PB0使電機正轉，開始點鈔。需要將紙幣退出的時候閉合PB2使電機反轉，沒有紙幣的時候交流電機停止。交流電機驅動電路如圖所示：

直流電機通過降壓整流電路將220V的交流電降壓后整流為9V的直流電。用于帶動接鈔爪輪的直流電機，直流電機的速度不能太快，也不能太慢，太快會出現飛鈔現象，太慢了與交流電機進鈔的速度不匹配會導致紙幣出鈔時幾張紙幣重疊在一個爪上，并且紙幣會撞擊到接鈔爪的底部，不利于對紙幣的保護，可以通過單片機PWM調節直流電機的轉速。鏈接單片機的PB1口。當檢測到有紙幣的時候啟動直流電機，沒有紙幣的時候停止。

圖2.3　交流電機驅動電路

3　軟件設計

3.1計數與驗鈔部分

計數函數分為預置數計數函數和非預置數計數函數，在計數函數中完成紙幣張數的計數和計數總面額的計算以及紙幣真偽的檢驗。使用STNM32的外部中斷提高紙幣的檢測速度，紅外傳感器檢測到紙幣經過時，輸出高電平，此時立即進入中斷進行計數以及真偽檢測，減少漏檢的幾率，即使是一毛的紙幣也不會出現漏檢，以達到可以清點十元以下的紙幣的目的（清點十元以下的紙幣的時候會自動關閉驗鈔功能）。

由于預置數和非預置數的時候條件會不一樣，所以不能放在一起。

紅外檢測：通過對紅外對管信號的采集判斷時候有紙幣經過，并且采集紅外線的透射率，人民幣與普通紙張對紅外線不同波長的吸收能力是不一樣的，1999年版的100元對300nm波長的平均透射率大概為17%，然而假幣的平均透射率只有5%左右。假設有一束光強為I0的入射光，透過一反射率為K，介質吸收系數為α，厚度為d的介質后透射光強為I，則I=I0（1-K）exp（-αd）。利用這個特性通過ADC采集信號判斷水印部分對紅外線的透光率，透光率與真鈔對比作為辨別真偽的判據之一。

熒光檢測：人民幣使用專業紙張，含棉成分較高，紫外線照射只會產生微弱的熒光。而假鈔一般使用的是通過漂白處理的普通紙張，在紫外線的照射下會產生熒光反應，通過檢測熒光的強度來辨別真鈔與假鈔，假鈔的熒光強度會比真鈔強。熒光強度作為真偽判據之一。

磁性檢測：人民幣印刷油墨中含有磁性物質，并且油墨的分布有一定的規律，以油墨的分布情況作為辨別真偽的依據，通過在送鈔板上放置5個磁性傳感器對人民幣的左、左中、中間、右中、右五個部分的磁分布情況進行檢測，把檢測的信號通過放大濾波之后送給單片機進行對比。

當上面的數據都與真鈔的相符合，單片機會計數并計算面值，否則會報警停止點鈔。

3.2電機控制部分

電機控制分為預置數控制和默認控制。

停止電機：1、接近開關檢測到紙幣清點完的時候停止電機。2、預置數模式下點鈔數目達到預置數的時候停止電機。

啟動電機：1、接近開關檢測到紙幣放入的時候啟動電機。2、預置數模式下達到預置數時停止電機后從出鈔擋板取出紙幣的時候啟動電機（條件是進鈔擋板上還有紙幣沒點完）。

3.3按鍵部分

將按鍵掃描放在循環里面，每執行一次程序就會執行一次按鍵掃描。當檢測到相應的按鍵則執行相應的功能，包括設置預置數、復位、清零。

圖3.1　程序流程圖

4　功能簡介

4.1預置點鈔

放置紙幣前，可以通過按鍵啟動預置數模式，并設置張數，清點到預置張數，點鈔機會自動停止，取走出鈔的時候點鈔機會自動清零上次計數并繼續點鈔，直到計數再次達到預置數或者紙幣清點完的時候停止。按下預置數清零按鈕可以清零預置數，這時可以重新設置預置張數。

4.2延時數鈔

當紙幣放入點鈔機的時候，點鈔機不會馬上啟動電機，延時一秒以保證已準備好，一秒之后開始點鈔，有助于保護紙幣，保證紙幣不會在沒有放正的時候就被捻鈔膠圈捻走。

4.3豐富顯示

利用TFT可以顯示更加豐富的內容，包括每次點鈔的總額、當前點鈔面值、每種面值的張數。預置數模式下會顯示當前設置的預置張數。顯示多種警報信息，檢測到假鈔會顯示當前假鈔的面值，發生警報會顯示發生警報的原因。

4.4點多種面額

可以點任意的面額，最小的可以點一毛的紙幣，點小于10元的人民幣關閉驗鈔功能。方便零錢的清點。

4.5卡鈔保護

驗鈔的時候難免出現驗鈔機故障導致錢幣卡在驗鈔機里面的情況，為了不損壞紙幣，卡鈔的時候立即停止電機并顯示警報。

4.6自動點鈔

每次將紙幣放入進鈔擋板上時，點鈔機會自動清零上次計數并開始點鈔，不用人員手動復位清零。

5　功能實現程序設計

5.1預置點鈔

預置點鈔主要實現了點到預置的數目點鈔機自動停止，當取走出鈔口的紙幣時會自動啟動點鈔機并且清零計數后點鈔。其中遇到的問題在于：⑴預置數模式下的條件比正常模式復雜。因此將預置數的函數與非預置數函數分開寫，啟動預置數模式的時候調用預置數函數，默認為正常模式。（2）當點鈔達到預置數停止電機的時候往往會還有一張紙幣會

留在送鈔板上，這時程序會卡在在計數與檢測函數的while（PA1）循環中無限循環，直到紙幣被送出來，但是循環不會啟動電機，導致程序沒有辦法繼續啟動電機，所以可以加一句if（yzs==num） PA1=0；（yzs為預置數，num為點鈔機計數，PA1判斷是否有紙幣），在達到預置數的時候通過這條指令跳出循環。

5.2延時數鈔與自動點鈔

為了保證紙幣不會在還沒有放好的時候就被捻走，在檢測到有紙幣放入之后延時一秒再啟動電機。并且每次放入紙幣的時候都會自動清零計數。由于程序每執行一次循環都會檢測是否有紙幣存在，為了避免每次循環都會執行延時和清零，需要給延時和清零加一個條件。if（PA2&&（delay_flag＜3）&&（CLR_flag＜3））

｛CLR_flag=CLR_flag+1；delay_flag=delay_flag+1； ｝，（PA2為判斷是否有紙幣放入進鈔擋板）只有在delay_flag==1和CLR_flag==1的時候才延時和清零，執行一次后下一次循環flag等于2，就不會再延時清零了。Flag加到3的時候不再進入if，這樣保證了flag不會因為加到變量的上限值而被自動清零，也可以少執行幾個語句。然后在數完取走紙幣之后再將delay_flag與CLR_flag清零，以保證下次放入紙幣的時候延時和清零函數會再次被執行。

圖6.1　點鈔機實物結構圖

6　作品測試

控制系統設計好之后需要通過實物進行測試，進行調試以及功能的進一步完善。

經測試，本點鈔機可以很好地完成零散紙幣的清點，不會出現漏檢的情況，可以完整地記錄下當前清點的紙幣的總額以及每種金額的張數，這正是我們想要實現的功能，為零散紙幣的清點提供方便。

7　結束語

該智能多種紙幣點鈔機以STM32作為控制芯片，通過ADC采集數據。以解決零錢清點困難的問題，降低工作人員工作強度以及降低成本為核心，對零錢進行分類計數。完成了對零散紙幣進行清點計數功能，更加適合超市、商店等需要對零錢進行清點的場所。

制作過程中也遇到了多種困難，最初因為單片機檢測紙幣頻率過慢導致紙幣漏檢，后來通過外部中斷提高了紙幣檢測效率，杜絕了紙幣漏檢現象。傳感器的穩定性也為點鈔機的設計帶來了困難，設計新的電路之后解決了傳感器穩定的問題。電機驅動部分也花了不少功夫。目前點鈔機還不能很好地分辨每種紙幣的面值，以后還將繼續完善。

［1］ 李國華.基于 TMS320F2812的小型紙幣鑒偽/清分機［J］.電子技術，2004，（8）：24-26

［2］ 陶學恒，蘆金石，趙 昕，等.新型點鈔機的技術原理及可視化設計［J］.機電產品開發與創新，2006，19（5）：77-83.

［3］ 洪承煜，沈 哲，洪志全.小型智能點鈔機的研制［J］.工業控制計算機，2008，21（10）：66-67

［4］ 王爽.點鈔機控制系統及偽幣鑒別方法研制［D］. 北京：北方工業大學， 2013. 1-46

［5］ 馮繼剛.第五套人民幣防偽特征的研究［J］.中國人民公安大學學報2004，（2）：31-33

［6］ 高正中，龔群英，宋森森.基于STM32的智能平衡小車控制設計［J］.現代電子技術，2016，39（14）：47-48

程鋼，（1994年3月-）男，漢族，四川省瀘州市，本科生，研究方向：電器自動控制系統分析與設計

劉白楊（通訊作者），（1987年3月-）男，漢族，河北省邢臺市，碩士，講師，研究方向：電氣自動化控制系統分析與設計

Design of Currency Counter Control System Based on STM32

Cheng Gang，Liu Baiyang，Li Ying，Li Bolin，Liang Ye，Chen Jiawei
（Shaoyang University，Shaoyang，422000，China）

Aimed at the traditional currency counter score badly on control performance，a method of currency counter control system design based on STM32 is proposed.This system can run in over load.The simple motor driver circuit is improved to meet motor performance in continue term working.the experimental results show that control performance of control system is stable，high precision，long hours and low dissipation. The improved currency counter system meets long term operation， uninterrupted work counting and currency counting efficiency is improved effectively.

STM32； currency counter； motor driver； currency notes detection

校企合作電氣類專業人才培養省級示范基地建設項目（湘教通〔2015〕274號）；2015年度湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目（湘教通［2015］269號）