基于光電傳感器的自動硬幣分揀裝置

楊張帆

（長春理工大學光電信息學院，吉林長春130000）

基于光電傳感器的自動硬幣分揀裝置

楊張帆

（長春理工大學光電信息學院，吉林長春130000）

自動硬幣分揀裝置的基本功能是把常用的不同面額的硬幣（1元、5角和1角）進行區分收集。本裝置分揀硬幣的功能通過光電傳感器測量不同面額不同的硬幣直徑來完成。試驗表明，采用光電傳感器的自動硬幣分揀系統實現了對不同面額硬幣的分揀功能。系統體積小、成本低、性能穩定可靠。

硬幣區分；光電傳感器；自動分揀；8051單片機

隨著小面值的紙幣（1元、5角、1角）的停產，硬幣的使用率會變得越來越高。但是由于人工清點硬幣的工作存在著成本大、利潤小、易出錯等問題，硬幣清點自動化將必然成為社會的迫切需求，因此市場亟需一種成熟可靠的硬幣自動分揀裝置[1]。基于市場需求的考慮，本文設計了一種利用光電傳感器對硬幣進行自動區分和收集的裝置。裝置整體分別由硬幣識別模塊、自動收集模塊和單片機自動控制系統三部分構成。識別模塊包括一條可以令硬幣依靠重力下滑的與水平面有一定傾角的軌道和安裝在軌道上的四組紅外對管組成；自動收集模塊由舵機和硬幣收納盒組成；整個系統通過單片機進行自動控制。當一枚硬幣投入裝置，下滑通過傳感器時，傳感器會根據硬幣尺寸的不同（見表1）輸出不同的信號，傳輸到由單片機控制的自動控制系統，再由自動控制機把處理過的信號發送給自動收集模塊，從而達到區分硬幣面值并加以分類收集的作用。

表1 第五套人民幣硬幣標準參數[2]

1 單片機的選擇

本設計采用宏晶公司生產的STC89C51單片機進行系統整體的控制。STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）系統可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80 MHz，片內含4K Bytes的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C51RC系列單片機是單時鐘/機器周期（1T）的兼容8051內核單片機，是高速/低功耗的新一代8051單片機，全新的流水線/精簡指令集結構，內部集成MAX810專用復位電路。此單片機功能完整，成本低廉，滿足設計需要。

2 傳感器的選擇

傳感器采用了臺灣億光電子（EVERLIGHT）生產的紅外對管，包括紅外發射管IR333C-A和紅外接收管PT334-6B.本設計的主要優點在于體積小，結構簡單和成本低廉，而紅外對管傳感器則完全可以滿足設計需求。所謂紅外對管是紅外發射管和紅外接收管的統稱，它是一種在自動檢測和自動控制中常用到的光電傳感器。在實際應用中，發光元件和受光元件常以一定方式進行組裝，利用被測物體通過其間所引起的光量變化檢知物體的存在與否以及物理量的變化。紅外對管由一個紅外發射二極管和一個紅外敏感三級管組成，其基本工作原理如圖1所示。紅外二極管發出一定波長的紅外輻射。當發射管和接收管之間沒有障礙物時，紅外敏感三極管由于接收到紅外輻射而導通，輸出電平為低；當發射管和接收管之間有障礙物時，紅外敏感三極管截止，輸出電平為高，因而利用其輸出電平的高低很容易判斷紅外對管之間有無障礙物[3]。

圖1 紅外對管電路

3 硬幣的識別模塊與區分原理

設計如（圖2）所示，3對對管并列排放，假設對管相對于下邊線高度為h.對管1處于1角硬幣直徑以內的高度，即h1＜19；對管2處于高于1角硬幣直徑低于5角硬幣直徑的位置，即19＜h2＜20.5；對管3處于高于5角硬幣直徑低于1元硬幣直徑的位置，即20.5＜h3＜25[4].如此，當一角硬幣通過傳感器時，只會遮住擋對管1的信號而無法遮擋對管2和對管3的信號，因此此時對管1輸出高電平，對管2和對管3輸出低電平；當5角硬幣通過傳感器時，會遮擋對管1和對管2的信號而不會遮擋對管3的信號，故此時對管1和2輸出高電平，對管3輸出低電平；同理，當1元硬幣通過傳感器時，會遮擋全部三組對管，因而此時三組對管均輸出高電平[5]。這三種不同的信號會發送給單片機，并有單片機中編譯好的程序進行對硬幣的識別。

圖2 傳感器識別模塊

4 分離系統的設計與分離原理

分離系統由3個舵機，滑道以及硬幣收納盒組成。滑道上設置有三個分別對應三種硬幣直徑的孔，孔的開合又由舵機控制。在孔的下方則設置有與該孔尺寸相配合的硬幣收納盒，來收集該孔所對應面值的硬幣。運行原理是：初始時，三個舵機與孔的配的都為閉合狀態。硬幣由入口投入裝置，當前端傳感器檢測出硬幣面值后，發送信號至單片機，單片機通過程序識別出硬幣面值后，給相應舵機發出匹配的PWM信號使對應的舵機轉動一定角度（使硬幣能夠通過為準）；當硬幣下滑至此舵機對應的孔的位置時，由于舵機處于打開狀態，硬幣從孔下落進入收納盒，而后舵機閉合。其中，舵機采用9克的輝勝SG90舵機，舵機由PWM信號控制懸臂的扭轉，從而對硬幣下落的開孔進行開合控制。圖3所示圖4所示。

圖3 舵機電路圖

圖4 運行流程圖

4 結束語

相比較市場上類似功能的設備，本設計成本極低且易于維護修理。經過數次實驗證明，此設計能夠快速、精確的完成硬幣的分揀工作。

[1]郭玉，李彥梅，王鵬等。基于電渦流傳感器的硬幣辨偽系統的設計[J]。傳感技術學報，2012，22（4）：557-560.

[2]中國人民銀行益陽市中心支行課題組。紙幣和硬幣的磨損規律——對益陽市流通領域中紙幣和硬幣磨損規律的調查[J].金融經濟（理論版），2014，43（2）：35-37.

[3]周雋，許江寧，孫振宇等.基于LabVIEW的交流伺服電機轉速測試方法研究和設計[J].船電技術，2009（3）：57-60.

[4]周慶曙，陳勁杰，徐希羊等.基于機器視覺的硬幣清分技術[J].通信電源技術，2015，19（4）：74-77.

[5]張京保，馬國平.TBH-522型PSM短波廣播發射機功率控制板故障的判斷及處理[J].西部廣播電視，202014（2）：133-134.

Automatic Coin Sorting Device Based on Photoelectric Sensor

YANG Zhang-fan
（School of Optoelectronic Information，Changchun University of Science and Technology，Changchun Jilin 130000，China）

Automatic coin sorting device is the basic function of the commonly used coins of different denominations（1 yuan，the 5 angle and the angle of 1）to collect the distinction.The utility model has thefunctions of sorting coins，which can be used to measure the diameter of coins with different denominations.Thetest results show that the automatic coin sorting system based on photoelectric sensor realizes the sorting function of different denomination coins.The system has small volume，low cost，stable and reliable performance.

coin division；photoelectric sensor；automatic sorting；8051 MCU

TP23

A

1672-545X（2017）03-0259-03

2016-12-19

楊張帆（1994-），男，河南鶴壁人，本科生在讀。研究方向：光電科學與工程。