一种基于STC80C51单片机的智能硬币分拣机的设计

    钱鸿志+胡天立+陈智+席嘉俊

    

    摘 要：针对现今人工清点硬币效率低、图像识别清点硬币容易混入假币等问题，文章以发行的第五套人民币硬币为研究对象，设计了一种以51单片机为控制核心，通过称重传感器来识别硬币质量大小，并且通过算法控制步进电机转动4个角度来自动分拣各类币种（包括假币）的硬币分拣机。该硬币分拣机不但实现了对不同硬币的面值识别、分拣功能，同时还实现了假币报警提示、人机交互界面的币种数量显示。

    关键词：STC80C51；称重传感器；硬币分拣；鉴定真伪

    1 硬币分类概述

    众所周知，硬币是一个国家金融系统中不可缺少的一环，它规格统一、易于识别、不易磨损，可以进行长时间的流通。因此，硬币作为一种流通货币在商场、无人售票公交车、投币洗衣机等场所广泛运用，使其市场投放量也大幅增加。日益庞大的硬币数为后期分类整理工作带来了不小的麻烦，人工分拣效率低、图像识别清点识别不出假币。鉴于此，本文设计了一种智能分拣硬币装置。

    2 硬币分拣机总体设计

    本硬币分拣机系统由中央处理器模块、信息检测模块（包括质量采集模块和速度检测模块）、电机驱动模块、电机控制模块、显示模块、响铃模块、电源模块等组成。

    中央处理器模块选用STC80C51微处理器，是整个硬币分拣机控制系统的核心。首先，微处理器需要对速度控制模块控制的42步进电机的转速信号进行处理，控制转动的角度及停留时间来保证硬币有充足的称重时间。再者，质量采集模块采集到的硬币质量数据经过微处理器的分析和处理判断出币种类型，然后通过电机控制模塊控制28BYJ-48步进电机转向4个不同的角度，从而实现币种的分拣过程。

    3 硬币分拣机硬件设计

    3.1 质量采集模块

    质量采集模块的核心部件是称重传感器。本设计采用应变片压力传感器。应变片压力传感器以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。具有精度高、测量范围广、频率响应特性较好；价格低廉，品种多样，便于选择。所以采用应变片压力传感器来对硬币进行称重测量。

    3.2 速度控制模块

    本设计中速度控制模块选用42步进电机。42步进电机的转速可以用频率来控制，步进电机的运行频率跟转速成正比，可以通过计算公式，计算出步进电机的转速。本装置中将硬币放入入口处，通过程序设置将42步进电机调至每次转动72°并暂停80 ms，来满足硬币在压力传感器上有足够时间来精准称重。

    3.3 电机控制模块

    本设计中电机控制模块电机选用28BYJ48型步进电机，电压为DC5V-DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断地控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。28BYJ48型步进电机转子的角位移用X表示，四拍运行时步距角为X=360°/（50*4）=1.8°。满足对于步进电机转动角度的要求，实现程序控制28BYJ48型步进电机转动4个不同的角度来分拣硬币。

    3.4 显示电路模块

    本设计中显示电路模块电机选用LCD12864液晶显示。该模块低电压低功耗，灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，在硬币分拣的同时通过程序对不同币种进行计数并在显示屏上显示出具体数据。

    3.5 电源管理模块

    电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供5V或者12V电压，确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单，都采用3端稳压管实现，故不作详述。本硬币分拣机机械结构如图1所示。

    4 硬币分拣机软件设计

    4.1 主程序设计

    软件主程序流程如图2所示，本硬币分拣机软件部分首先通过串口通信采集应变片压力传感器硬币质量数据，再根据所得质量与程序算法来对比计算，系统自动记录出是何种硬币类型，然后再调用对应的28BYJ-48步进电机控制函数得出对应的转动指令，最后通过串口发送给控制器实现硬币分拣。与此同时，通过LCD12864显示屏显示出币种及数目。当检测出假币时，系统将通过LED灯发出警报信号，并且蜂鸣器一同随着工作发出警报声响。

    5 结语

    本设计的硬币分拣机，经过反复的调试测试后，性能良好，运行平稳，可完成以下任务：（1）实现硬币准确分拣；（2）实现假币响铃报警提示；（3）在分拣过程中能够实现硬币种类和数量的准确显示。