基于TCS230顏色識別傳感器的紙幣清分機

謝天海， 梁磊磊， 代獻澤， 李仲潔， 王玉琳

（合肥工業大學機械工程學院，合肥 230009）

基于TCS230顏色識別傳感器的紙幣清分機

謝天海， 梁磊磊， 代獻澤， 李仲潔， 王玉琳

（合肥工業大學機械工程學院，合肥 230009）

為了高效、便捷地解決目前銀行、公交公司、超市、商場等行業在整理紙幣時的問題，在查閱、分析、對比現有的紙幣分類系統后，自主設計了一種基于TCS230顏色識別傳感器的紙幣清分機，該機器在STC89C51單片機的控制下，可以將混疊在一起的多種面額地紙幣進行快速、準確的清分，具有結構簡單、體積小、操作方便、容易維護等特點。

紙幣；清分；TCS230；顏色識別

0 引言

目前國內金融業使用的紙幣清分裝置多為進口的全功能的大型機，設備昂貴、結構復雜、維護成本高?，F有的國產小型紙幣清分機尚不成熟，存在分揀效率低、出錯率高[1]、可靠性差等問題。為此，本文對現有的紙幣清分機中的機械系統及控制系統進行了改進設計，基于TCS230顏色識別傳感器[2]設計了一款小型、實用的紙幣清分裝置。作為能夠精確、自動分揀鈔票的設備，該紙幣清分機有著較大的市場需求。其體積小、重量輕、操作方便、清分速度快、分揀準確、維護容易，十分符合商場、超市、公交公司以及銀行等的應用需求。

1 紙幣清分機的工作原理

所設計的紙幣清分機的工作原理如圖1所示。待分揀的紙幣由傳送帶輸送，在光源的照射下，不同面額的紙幣會發出不同顏色的光，經由TCS230顏色識別傳感器進行識別[3]。識別信號發送至單片機（CPU）模塊[4]進行處理，單片機根據不同顏色判定紙幣的面額，控制步進電動機轉過設定的角度，將分揀的紙幣導入指定的紙幣存儲槽，從而達到紙幣清分的目的。

2 紙幣清分機的結構設計

紙幣清分機的機械結構如圖2所示，主要包括旋轉盤6、紙幣存儲槽7、傳送帶8和步進電動機5等部分。紙幣存儲槽7均勻地分布在旋轉盤6中，共有6個槽，可分別存放1元、5元、10元、20元、50元和100元6種面額的紙幣。傳送帶8是將紙幣從入口送至出口的輸送裝置，其正上方的頂板上安裝有TCS230顏色識別傳感器9，可識別經過的紙幣。步進電動機5是動力機構，是各進紙滾輪轉動和旋轉盤轉動的動力源，步進電動機5可按程序帶動旋轉盤旋轉60°、120°、180°、240°、300°、360°等，分別用于存放不同面額的紙幣，從而達到紙幣分類[5]的目的。

2.1 紙幣進紙機構設計

圖1 紙幣清分機的工作原理

圖2 紙幣清分機結構示意圖

紙幣進紙機構如圖3所示。具體為將混疊但整齊的待分紙幣置于升降平臺上，通過控制系統調節使滾輪下方的升降平臺每隔一段時間上升一個紙幣厚度的距離，通過搓紙輪與最頂層一張紙幣接觸，依靠兩者之間的摩擦力將第一張紙幣送至分離輪和送紙輪之間。當紙幣前端到達送紙輪的同時，搓紙輪迅速提升離開紙幣堆，以至于不干擾送紙輪和分離輪的工作，然后依靠送紙輪的動力，將紙幣輸送到下個紙幣處理單元。若搓入多張紙幣，分離輪會將多余紙幣反搓回箱體中，這是因為分離輪中裝有轉矩限制離合器[6]，該離合器上施加了一個恒定順時針方向的作用力，這樣可以防止搓入多張紙幣。

2.2 紙幣輸送機構設計

如圖2所示，在紙幣清分機的箱體中，上板裝有TCS230顏色識別傳感器和STC89C51單片機控制系統[7]。紙幣在傳送帶的帶動下向前運動，在此過程中，安裝在上板的顏色識別傳感器對紙幣進行面值大小的鑒別[8-9]，鑒別成功后將信號傳至單片機控制系統，單片機控制系統處理后發出信號，控制步進電動機帶動旋轉盤轉動，從而分離紙幣。

圖3 紙幣進紙機構示意圖

2.3 紙幣下落機構設計

圖4 紙幣清分機硬件電路圖

紙幣下落機構如圖2所示?？刂葡到y上電后，旋轉盤上1元紙幣存儲槽自動對準傳送帶的出口位置。若有面值20元的紙幣經過傳感器的下方，STC89C51單片機[10]便會收到由TCS230顏色識別傳感器發來的信號，單片機控制步進電動機轉動180°，旋轉盤上20元的紙幣存儲槽就會對準傳送帶的出口，20元面額的紙幣即會落入指定的存儲槽。其余面額的紙幣處理方法類似。

3 紙幣清分機的硬件電路

紙幣清分機的硬件電路如圖4所示。CPU采用STC89C51單片機芯片[11]，晶振頻率為11.0592 MHz，5 V電壓供電，液晶顯示屏型號為LCD1602。圖4中Motor插座連接步進電動機，ULN2003D是達林頓晶體管，用于驅動步進電動機，因為CPU的輸出口不能直接驅動步進電動機，提供不了足夠的電流。TCS230顏色識別傳感器與CPU直連[12]。當紙幣經進紙機構輸送到顏色識別傳感器的下方時，TCS230就會感知到紙幣顏色的變化，將色彩信號傳送給單片機，單片機一方面將信號以RGB（紅、綠、藍）數字和十六進制的形式顯示在LCD1602顯示屏上，另一方面將信號傳送給驅動步進電動機的ULN2003D芯片，于是步進電動機旋轉設定的角度使對應的紙幣存儲槽對準紙幣出口位置，由滾輪傳送過來的紙幣經傳送帶后便可以順勢落下，進入指定的紙幣存儲槽，最終達到分類[13-15]的目的。

4 結語

基于TCS230顏色識別傳感器，本文設計了一種小型的紙幣清分機。該機器可以將混疊在一起的不同面額的紙幣進行準確的分類和存儲，能夠顯著提高銀行、公交公司、超市、商場等行業整理紙幣的效率，使紙幣清分工作更加簡便化、智能化和自動化。該產品具有一定的實用價值，應用前景廣闊。

[1] 高尚人,翟壯,巨軍讓,等.顏色識別傳感器[J].新疆石油學院學報,1990(2):69-71.

[2] 潘海鴻,陳琳,黃炳瓊,等.基于TCS230傳感器的高精度顏色識別系統設計 [J].微計算機信息,2009(16):159-161.

[3] 胡建民.顏色傳感器TCS230及顏色識別電路[J].單片機與嵌入式系統應用,2006(4):40-53.

[4] 董靜,王立峰.顏色傳感器在人民幣紙幣識別系統中的應用 [J].微型機與應用,2014(33):42-44.

[5] 劉家鋒,劉松波,唐降龍.一種實時紙幣識別方法的研究[J].計算機研究與發展,2003(40):1057-1061.

[6] 陳濤.貨幣識別器的原理與設計[J].甘肅科技縱橫,2006,35(6):82-82.

[7] 孔憲清.傳感器TCS230在單片機平臺上的應用實現[J].山西電子技術,2012(6):25-26.

[8] 儲茂祥,鞏榮芬,吳慶洪.一種紙幣識別系統的設計[J].電子技術應用,2004(12):61-62.

[9] 陳偉,趙艷華.銀行紙幣鑒偽系統設計[J].自動化技術與應用,2003,22(3):53-56.

[10] 劉洋,楊浩.單片機在硬幣辨識及智能投幣箱系統中的應用[J].交通與計算2003,21(1):52-54.

[11] 譚翀,賀建彪,金甌.基于嵌入式因特網的紙幣識別系統[J].計算機技術與發展,2006(16):14-16.

[12] 朱軍,王海東.自動售貨機中的紙鈔及硬幣識別原理[J].傳感器世界,1996(2):37-39.

[13] 張愛蓮,李勇峰.紙幣清分技術的研究[J].武漢紡織大學學報,2007,20(11):19-21.

[14] 張松燦,肖本賢.高分辨率顏色傳感器TCS230的原理和應用[J].新器件新技術,2005(3):44-46.

[15] 何佳兵,李習倫,劉松波,等.紙幣清分機系統的研究與開發[J].機電工程技術,2007,36(8):29-31.

Paper Currency Sorter Based on TCS230 Color Recognition Sensor

XIE Tianhai,LIANG Leilei,DAI Xianze,LI Zhongjie,WANG Yulin
（School ofMechanical Engineering，Hefei UniversityofTechnology，Hefei 230009，China）

In order to solve the problems in sorting paper currencies for bank,bus company,supermarket,shopping mall and so on,a kind of banknote sorter based on TCS230 color recognition sensor is designed in the paper after consulting,analyzing and comparing the existing banknote classification systems.Under the control of STC89C51 microcontroller,the machine can quickly and accurately classify the various denomination paper currencies.The machine also has the advantages of simple structure,small size,convenient operation and easy maintenance.

paper currency;sort;TCS230;color recognition

TP 271.4

A

1002－2333（2018）01－0102－03

合肥工業大學2016年校級大學生創新創業訓練計劃項目（2016CXCY013）

（編輯昊 天）

謝天海（1994—），男，本科生，機械設計制造及其自動化專業；

王玉琳（1966—），男，工學博士，副教授，碩士生導師，主要從事數控技術與機電傳動控制技術的研究。

王玉琳，KL32T@vip.sina.com。

2017-04-06