基于單片機的公交車硬幣分揀計數器的設計

蘇依順

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基于單片機的公交車硬幣分揀計數器的設計

蘇依順

（浙江交通職業技術學院，浙江 杭州 311112）

隨著無人售票、自動售貨機的推廣，硬幣的流通大大增加，尤其是公交公司和金融部門每天需要對大量的硬幣進行分類、清點，工作量巨大。文章設計的公交車硬幣分揀機采用單片機為核心控制單元，結合傳感器技術和相應機械結構完成硬幣的分揀和包裝工作，并完成對硬幣種類和數量的實時監控和顯示功能。文章詳細介紹了系統的硬件和軟件設計，經測試表明，該系統能夠實現硬幣的分離和分類功能，并能對硬幣的種類和數量進行實時監控，符合當前公交車的功能和性能需求。

分揀；監控顯示；單片機

前言

當前，硬幣以其成本低、流通次數多、耐磨、易回收等不可替代的優勢占據著小額貨幣市場。[1]本文研制了一種公交專用的硬幣分揀裝置，整個裝置的操作可以通過操作控制面板來控制。硬幣輸送通道的底部設有用于輸送硬幣的硬幣輸送槽，硬幣輸送槽的中部設有可調輸送速度的硬幣擋板，分級斜槽與分離筒下端中心的出口連接，分級斜槽內部設有擋板將斜槽分成三個通道。旋轉擋板可以控制不同類型的硬幣進入不同的計數分級溜槽。硬幣計數裝置測量通過的硬幣數量，硬幣包裝裝置位于整個裝置的底部，通過出口機構將包裝好的錢從整個裝置輸出。該系統不僅可以完成所有硬幣的分揀，而且可以實時監控和顯示硬幣的種類和數量。該裝置采用觸摸屏作為交互媒介，可以準確、快速地對大量硬幣進行分類，還可以實現硬幣分類后的包裝。裝置工作效率高，硬幣分揀快，系統結構簡單，可靠性高，成本低，具有非常重要的市場價值。

1 系統總體設計

公交硬幣分揀機的工作過程大致為：將硬幣投入投幣口，硬幣沿輸送槽滑入，輸送槽中間的硬幣擋板調節輸送過程。分離筒有兩層嵌套，外層與內層隔開一定距離，下部中心穿孔，內層完全被外層覆蓋，內層有硬幣通過孔，內層有硬幣通過內板旋轉分離，硬幣從硬幣孔中飛出，落入分離筒外底部的內壁，然后從底部中心孔進入計數分類滑道中。打開相應的單獨硬幣通道，進入集幣口。傳感器在電容屏上計數并顯示金額，硬幣通過溜槽進入包裝機構。包裝機構還包括透明中空塑料圓柱筒，底部封閉，上部打開，包裝機構可使硬幣整齊落入圓柱筒內，筒體下方設有傳感器，檢測圓柱筒是否裝滿。當傳感器檢測到硬幣筒裝滿時，轉臺移離筒體。從而實現機械化智能控制、自包裝和分揀速度。

2 硬件設計

2.1 機械設計

基于單片機的硬幣分揀計數器，包括操作控制面板、硬幣傳送通道、分離桶、計數和包裝機構。[2]操作控制面板是一個觸摸屏，可以控制整個設備，操作控制面板設置在硬幣輸送通道的前方。硬幣輸送通道位于整個裝置的頂部。硬幣輸送通道具有硬幣存放槽，硬幣輸送通道的下端設有硬幣輸送槽，硬幣輸送槽的中間設有可調節輸送過程的硬幣擋板，當裝置關閉時，硬幣擋板與硬幣輸送槽的縱截面重合，當裝置打開時，硬幣擋板從硬幣輸送通道的槽中出來。分離筒是內部和外部嵌套的兩層裝置。內層設有硬幣通孔，內層外側設有可調孔徑板。計數分級滑塊與分離筒的底部出口連接，內部設有擋板，擋板將計數分級溜槽分成三個通道，擋板允許不同種類的硬幣進入溜槽，計數分級溜槽上設有對通過的硬幣數量進行計數的傳感器，計數分級溜槽的底部出口與計數分級溜槽的底部出口連接；封裝機構位于整個裝置的底部。

圖1 配電圖

2.2 電源電路設計

本裝置通過S-250W-24V-10A開關電源模塊為整機供電，DC24V為電機2供電，DC24V通過DC-DC隔離電源模塊為電機1供電，DC12V通過LM2596模塊為控制面板、舵機、單片機供電，配電圖如圖1所示。

2.3 硬件電路設計

基于單片機的硬幣分揀計數器是一種自動化程度較高的復雜機電設備。采用STM32F103C8T6單片機可以實現多路信號采集和控制、控制電機和轉向器三個主要功能單元的運動，總體設計如圖2所示。使用光電傳感器E18-D80NK來對硬幣的數量進行計數。計數原理：光電傳感器計數的過程實際上就是獲得脈沖源的過程。[3]當有物體通過光路時，接收器輸出為高電平，否則為低電平，接收器電平信號由電壓比較器傳輸給CPU，當輸送機將被測對象送往檢測點時，探頭接收器把信號送往微控制器P3.2端口，啟動計數器并開始計數，微控制器芯片將每次紅外阻塞轉換成電信號，在原值中增加1，并將計數后得到的數據顯示到操作控制面板。

圖2 總體設計

3 軟件設計與測試

3.1 軟件設計

圖3 數據采集程序流程圖

軟件設計主要涉及數據采集、設備啟動和設備的第一次初始配置。數據采集程序流程圖如圖3所示，采用STM32F 103C8T6單片機作為系統的控制器并被安裝在三個導槽中，通過三個E18-D80NK光電傳感器來分別掃描三種硬幣。當檢測到有硬幣時，三個傳感器分別產生信號并將相應的信號傳送給單片機，分別求出通過各導向槽的硬幣的個數。最后，單片機記錄通過各導槽的硬幣數量，然后將硬幣數量和總額顯示在控制面板上，便于工作人員查看。由于控制面板掃描頻率快，所以可以實時計數硬幣的數量，符合當前公交車的功能和性能需求。

3.2 系統測試

測試主要包含三個終端傳感器節點，結果表明該系統的測量誤差很小，硬幣數據指示誤差在0-1之間，數據具有較高的一致性，滿足實際使用要求。各種數據采集終端實時傳輸到監控中心進行集中監控，實時顯示硬幣種類和數量，節省人力和時間成本，提高工作效率。

4 結語

本設計解決了硬幣的分類問題，并開發了基于單片機的公交硬幣分類計數器。該裝置采用觸摸屏作為交互式媒介，能夠準確、快速地對大量硬幣進行分類，并能實現硬幣分類后的包裝。本裝置工作效率高，硬幣分揀速度快。同時，裝置結構簡單，成本低，節省人力、物力消耗，達到了最佳的硬幣分揀效果，實現了硬幣分揀、計數、收集的功能，改善了硬幣分揀設備存在的缺陷，提高了工作效率。

[1] 嚴米英.供應鏈應用系統設計精髓[M].北京:中國鐵路出版社. 2001.

[2] 唐林虎.機械設計基礎[M].北京:電子工業出版社.2013:74-184.

[3] 田玉鵬.傳感器理論[M].第三版.北京科學出版社.2007.

Design of Coin Sorting for Bus Based on Single MCU

Su Yishun

（Zhejiang Institute Of Communications, Zhejiang Hangzhou 311112）

With the promotion of unsold tickets and vending machines, the circulation of coins has increased greatly. In particular, bus companies and financial departments need to sort and count a large number of coins every day, and the workload is huge. The bus coin sorting machine designed in this paper adopts single-chip microcomputer as the core control unit, combines sensor technology and corresponding mechanical structure to complete the sorting and packaging of coins, and completes the real-time monitoring and display function of the types and quantities of coins. This paper introduces the hardware and software design of the system in detail. The test shows that the system can realize the separation and classification function of coins, and can monitor the type and quantity of coins in real time, in line with the current bus function and performance requirements.

sorting; monitoring display; single chip microcomputer

A

1671-7988(2019)05-121-03

U462

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1671-7988(2019)05-121-03

U462

蘇依順 ( 1988.09- ) ，男，浙江蒼南人，助教，碩士研究生，自動控制和工業互聯網研究方向。

2017年浙江省大學生科技創新（新苗人才）項目( 8J87180806)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.036