蘇依順

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基于單片機(jī)的公交車(chē)硬幣分揀計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

蘇依順

（浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311112）

隨著無(wú)人售票、自動(dòng)售貨機(jī)的推廣，硬幣的流通大大增加，尤其是公交公司和金融部門(mén)每天需要對(duì)大量的硬幣進(jìn)行分類(lèi)、清點(diǎn)，工作量巨大。文章設(shè)計(jì)的公交車(chē)硬幣分揀機(jī)采用單片機(jī)為核心控制單元，結(jié)合傳感器技術(shù)和相應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)完成硬幣的分揀和包裝工作，并完成對(duì)硬幣種類(lèi)和數(shù)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示功能。文章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)測(cè)試表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)硬幣的分離和分類(lèi)功能，并能對(duì)硬幣的種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，符合當(dāng)前公交車(chē)的功能和性能需求。

分揀；監(jiān)控顯示；單片機(jī)

前言

當(dāng)前，硬幣以其成本低、流通次數(shù)多、耐磨、易回收等不可替代的優(yōu)勢(shì)占據(jù)著小額貨幣市場(chǎng)。[1]本文研制了一種公交專(zhuān)用的硬幣分揀裝置，整個(gè)裝置的操作可以通過(guò)操作控制面板來(lái)控制。硬幣輸送通道的底部設(shè)有用于輸送硬幣的硬幣輸送槽，硬幣輸送槽的中部設(shè)有可調(diào)輸送速度的硬幣擋板，分級(jí)斜槽與分離筒下端中心的出口連接，分級(jí)斜槽內(nèi)部設(shè)有擋板將斜槽分成三個(gè)通道。旋轉(zhuǎn)擋板可以控制不同類(lèi)型的硬幣進(jìn)入不同的計(jì)數(shù)分級(jí)溜槽。硬幣計(jì)數(shù)裝置測(cè)量通過(guò)的硬幣數(shù)量，硬幣包裝裝置位于整個(gè)裝置的底部，通過(guò)出口機(jī)構(gòu)將包裝好的錢(qián)從整個(gè)裝置輸出。該系統(tǒng)不僅可以完成所有硬幣的分揀，而且可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示硬幣的種類(lèi)和數(shù)量。該裝置采用觸摸屏作為交互媒介，可以準(zhǔn)確、快速地對(duì)大量硬幣進(jìn)行分類(lèi)，還可以實(shí)現(xiàn)硬幣分類(lèi)后的包裝。裝置工作效率高，硬幣分揀快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，成本低，具有非常重要的市場(chǎng)價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

公交硬幣分揀機(jī)的工作過(guò)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(diào)節(jié)輸送過(guò)程。分離筒有兩層嵌套，外層與內(nèi)層隔開(kāi)一定距離，下部中心穿孔，內(nèi)層完全被外層覆蓋，內(nèi)層有硬幣通過(guò)孔，內(nèi)層有硬幣通過(guò)內(nèi)板旋轉(zhuǎn)分離，硬幣從硬幣孔中飛出，落入分離筒外底部的內(nèi)壁，然后從底部中心孔進(jìn)入計(jì)數(shù)分類(lèi)滑道中。打開(kāi)相應(yīng)的單獨(dú)硬幣通道，進(jìn)入集幣口。傳感器在電容屏上計(jì)數(shù)并顯示金額，硬幣通過(guò)溜槽進(jìn)入包裝機(jī)構(gòu)。包裝機(jī)構(gòu)還包括透明中空塑料圓柱筒，底部封閉，上部打開(kāi)，包裝機(jī)構(gòu)可使硬幣整齊落入圓柱筒內(nèi)，筒體下方設(shè)有傳感器，檢測(cè)圓柱筒是否裝滿。當(dāng)傳感器檢測(cè)到硬幣筒裝滿時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)移離筒體。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械化智能控制、自包裝和分揀速度。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的硬幣分揀計(jì)數(shù)器，包括操作控制面板、硬幣傳送通道、分離桶、計(jì)數(shù)和包裝機(jī)構(gòu)。[2]操作控制面板是一個(gè)觸摸屏，可以控制整個(gè)設(shè)備，操作控制面板設(shè)置在硬幣輸送通道的前方。硬幣輸送通道位于整個(gè)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(shè)有硬幣輸送槽，硬幣輸送槽的中間設(shè)有可調(diào)節(jié)輸送過(guò)程的硬幣擋板，當(dāng)裝置關(guān)閉時(shí)，硬幣擋板與硬幣輸送槽的縱截面重合，當(dāng)裝置打開(kāi)時(shí)，硬幣擋板從硬幣輸送通道的槽中出來(lái)。分離筒是內(nèi)部和外部嵌套的兩層裝置。內(nèi)層設(shè)有硬幣通孔，內(nèi)層外側(cè)設(shè)有可調(diào)孔徑板。計(jì)數(shù)分級(jí)滑塊與分離筒的底部出口連接，內(nèi)部設(shè)有擋板，擋板將計(jì)數(shù)分級(jí)溜槽分成三個(gè)通道，擋板允許不同種類(lèi)的硬幣進(jìn)入溜槽，計(jì)數(shù)分級(jí)溜槽上設(shè)有對(duì)通過(guò)的硬幣數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)的傳感器，計(jì)數(shù)分級(jí)溜槽的底部出口與計(jì)數(shù)分級(jí)溜槽的底部出口連接；封裝機(jī)構(gòu)位于整個(gè)裝置的底部。

圖1 配電圖

2.2 電源電路設(shè)計(jì)

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

2.3 硬件電路設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的硬幣分揀計(jì)數(shù)器是一種自動(dòng)化程度較高的復(fù)雜機(jī)電設(shè)備。采用STM32F103C8T6單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)采集和控制、控制電機(jī)和轉(zhuǎn)向器三個(gè)主要功能單元的運(yùn)動(dòng)，總體設(shè)計(jì)如圖2所示。使用光電傳感器E18-D80NK來(lái)對(duì)硬幣的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)原理：光電傳感器計(jì)數(shù)的過(guò)程實(shí)際上就是獲得脈沖源的過(guò)程。[3]當(dāng)有物體通過(guò)光路時(shí)，接收器輸出為高電平，否則為低電平，接收器電平信號(hào)由電壓比較器傳輸給CPU，當(dāng)輸送機(jī)將被測(cè)對(duì)象送往檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，探頭接收器把信號(hào)送往微控制器P3.2端口，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器并開(kāi)始計(jì)數(shù)，微控制器芯片將每次紅外阻塞轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在原值中增加1，并將計(jì)數(shù)后得到的數(shù)據(jù)顯示到操作控制面板。

圖2 總體設(shè)計(jì)

3 軟件設(shè)計(jì)與測(cè)試

3.1 軟件設(shè)計(jì)

圖3 數(shù)據(jù)采集程序流程圖

軟件設(shè)計(jì)主要涉及數(shù)據(jù)采集、設(shè)備啟動(dòng)和設(shè)備的第一次初始配置。數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖3所示，采用STM32F 103C8T6單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器并被安裝在三個(gè)導(dǎo)槽中，通過(guò)三個(gè)E18-D80NK光電傳感器來(lái)分別掃描三種硬幣。當(dāng)檢測(cè)到有硬幣時(shí)，三個(gè)傳感器分別產(chǎn)生信號(hào)并將相應(yīng)的信號(hào)傳送給單片機(jī)，分別求出通過(guò)各導(dǎo)向槽的硬幣的個(gè)數(shù)。最后，單片機(jī)記錄通過(guò)各導(dǎo)槽的硬幣數(shù)量，然后將硬幣數(shù)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(shí)時(shí)計(jì)數(shù)硬幣的數(shù)量，符合當(dāng)前公交車(chē)的功能和性能需求。

3.2 系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試主要包含三個(gè)終端傳感器節(jié)點(diǎn)，結(jié)果表明該系統(tǒng)的測(cè)量誤差很小，硬幣數(shù)據(jù)指示誤差在0-1之間，數(shù)據(jù)具有較高的一致性，滿足實(shí)際使用要求。各種數(shù)據(jù)采集終端實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示硬幣種類(lèi)和數(shù)量，節(jié)省人力和時(shí)間成本，提高工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)解決了硬幣的分類(lèi)問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)了基于單片機(jī)的公交硬幣分類(lèi)計(jì)數(shù)器。該裝置采用觸摸屏作為交互式媒介，能夠準(zhǔn)確、快速地對(duì)大量硬幣進(jìn)行分類(lèi)，并能實(shí)現(xiàn)硬幣分類(lèi)后的包裝。本裝置工作效率高，硬幣分揀速度快。同時(shí)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)省人力、物力消耗，達(dá)到了最佳的硬幣分揀效果，實(shí)現(xiàn)了硬幣分揀、計(jì)數(shù)、收集的功能，改善了硬幣分揀設(shè)備存在的缺陷，提高了工作效率。

[1] 嚴(yán)米英.供應(yīng)鏈應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)精髓[M].北京:中國(guó)鐵路出版社. 2001.

[2] 唐林虎.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社.2013:74-184.

[3] 田玉鵬.傳感器理論[M].第三版.北京科學(xué)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

A

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(dòng)控制和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究方向。

2017年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新（新苗人才）項(xiàng)目( 8J87180806)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.036