一種基于STC80C51單片機的智能硬幣分揀機的設(shè)計

錢鴻志+胡天立+陳智+席嘉俊

摘 要：針對現(xiàn)今人工清點硬幣效率低、圖像識別清點硬幣容易混入假幣等問題，文章以發(fā)行的第五套人民幣硬幣為研究對象，設(shè)計了一種以51單片機為控制核心，通過稱重傳感器來識別硬幣質(zhì)量大小，并且通過算法控制步進電機轉(zhuǎn)動4個角度來自動分揀各類幣種（包括假幣）的硬幣分揀機。該硬幣分揀機不但實現(xiàn)了對不同硬幣的面值識別、分揀功能，同時還實現(xiàn)了假幣報警提示、人機交互界面的幣種數(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，硬幣是一個國家金融系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)，它規(guī)格統(tǒng)一、易于識別、不易磨損，可以進行長時間的流通。因此，硬幣作為一種流通貨幣在商場、無人售票公交車、投幣洗衣機等場所廣泛運用，使其市場投放量也大幅增加。日益龐大的硬幣數(shù)為后期分類整理工作帶來了不小的麻煩，人工分揀效率低、圖像識別清點識別不出假幣。鑒于此，本文設(shè)計了一種智能分揀硬幣裝置。

2 硬幣分揀機總體設(shè)計

本硬幣分揀機系統(tǒng)由中央處理器模塊、信息檢測模塊（包括質(zhì)量采集模塊和速度檢測模塊）、電機驅(qū)動模塊、電機控制模塊、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，是整個硬幣分揀機控制系統(tǒng)的核心。首先，微處理器需要對速度控制模塊控制的42步進電機的轉(zhuǎn)速信號進行處理，控制轉(zhuǎn)動的角度及停留時間來保證硬幣有充足的稱重時間。再者，質(zhì)量采集模塊采集到的硬幣質(zhì)量數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器的分析和處理判斷出幣種類型，然后通過電機控制模塊控制28BYJ-48步進電機轉(zhuǎn)向4個不同的角度，從而實現(xiàn)幣種的分揀過程。

3 硬幣分揀機硬件設(shè)計

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)變計為轉(zhuǎn)換元件的電阻式傳感器，可根據(jù)具體測量要求設(shè)計成多種結(jié)構(gòu)形式。具有精度高、測量范圍廣、頻率響應(yīng)特性較好；價格低廉，品種多樣，便于選擇。所以采用應(yīng)變片壓力傳感器來對硬幣進行稱重測量。

3.2 速度控制模塊

本設(shè)計中速度控制模塊選用42步進電機。42步進電機的轉(zhuǎn)速可以用頻率來控制，步進電機的運行頻率跟轉(zhuǎn)速成正比，可以通過計算公式，計算出步進電機的轉(zhuǎn)速。本裝置中將硬幣放入入口處，通過程序設(shè)置將42步進電機調(diào)至每次轉(zhuǎn)動72°并暫停80 ms，來滿足硬幣在壓力傳感器上有足夠時間來精準(zhǔn)稱重。

3.3 電機控制模塊

本設(shè)計中電機控制模塊電機選用28BYJ48型步進電機，電壓為DC5V-DC12V。當(dāng)對步進電機施加一系列連續(xù)不斷地控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。28BYJ48型步進電機轉(zhuǎn)子的角位移用X表示，四拍運行時步距角為X=360°/（50*4）=1.8°。滿足對于步進電機轉(zhuǎn)動角度的要求，實現(xiàn)程序控制28BYJ48型步進電機轉(zhuǎn)動4個不同的角度來分揀硬幣。

3.4 顯示電路模塊

本設(shè)計中顯示電路模塊電機選用LCD12864液晶顯示。該模塊低電壓低功耗，靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點陣的漢字，在硬幣分揀的同時通過程序?qū)Σ煌瑤欧N進行計數(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。這部分電路比較簡單，都采用3端穩(wěn)壓管實現(xiàn)，故不作詳述。本硬幣分揀機機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 硬幣分揀機軟件設(shè)計

4.1 主程序設(shè)計

軟件主程序流程如圖2所示，本硬幣分揀機軟件部分首先通過串口通信采集應(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)量與程序算法來對比計算，系統(tǒng)自動記錄出是何種硬幣類型，然后再調(diào)用對應(yīng)的28BYJ-48步進電機控制函數(shù)得出對應(yīng)的轉(zhuǎn)動指令，最后通過串口發(fā)送給控制器實現(xiàn)硬幣分揀。與此同時，通過LCD12864顯示屏顯示出幣種及數(shù)目。當(dāng)檢測出假幣時，系統(tǒng)將通過LED燈發(fā)出警報信號，并且蜂鳴器一同隨著工作發(fā)出警報聲響。

5 結(jié)語

本設(shè)計的硬幣分揀機，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試測試后，性能良好，運行平穩(wěn)，可完成以下任務(wù)：（1）實現(xiàn)硬幣準(zhǔn)確分揀；（2）實現(xiàn)假幣響鈴報警提示；（3）在分揀過程中能夠?qū)崿F(xiàn)硬幣種類和數(shù)量的準(zhǔn)確顯示。