楊 咪，曾新紅，歐建江，林文浩，曾建滿，陳浩珺

（廣州航海學(xué)院 電氣工程系，廣東 廣州 510725）

隨著人們物質(zhì)生活的不斷改善，精神需求類的產(chǎn)品也慢慢進(jìn)入人們的生活。尤其是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，引領(lǐng)著電子產(chǎn)品向智能化和微型化方向發(fā)展，單片機(jī)已毫無疑問成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。在消遣游玩中，人們對(duì)孩子的娛樂需求也是盡量滿足，各種娛樂場(chǎng)所中，以游戲幣為載體的游戲機(jī)極受歡迎。本文利用單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相結(jié)合設(shè)計(jì)了一款用于娛樂的自動(dòng)投幣推幣機(jī)，是一種通過電路芯片的編程控制，從而使步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行來回推幣操作的游戲玩樂推幣機(jī)。

1 方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、LED 數(shù)碼管、亞克力板和步進(jìn)電機(jī)等部分組成。按鍵用于啟動(dòng)、復(fù)位、選幣和獲取隨機(jī)數(shù)。由用戶通過連接單片機(jī)的按鍵進(jìn)行操作[1]。通過抽獎(jiǎng)按鍵來進(jìn)行投幣的自動(dòng)輸入。

主要元器件是單片機(jī)STC89C52 和帶有減速裝置的28BYJ-48 單極性步進(jìn)電機(jī)。STC89C52 芯片是一種低電壓、高性能的8 位微控制器。它含有40 個(gè)引腳，除了電源引線和時(shí)鐘引腳外，還有四個(gè)8 位可編程輸入/輸出口，以及三個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)部含有8 個(gè)中斷源，還內(nèi)含振蕩器及時(shí)鐘電路。單片機(jī)晶振電路采用12 兆赫茲時(shí)鐘；復(fù)位電路采用常用按鍵復(fù)位，按下按鍵即可恢復(fù)初始狀態(tài)；由于P0 是開漏輸出，當(dāng)輸出高電平時(shí)是沒有輸出的，因此設(shè)計(jì)在P0 口加上10 kΩ 的上拉電阻，即可正常使用?？刂齐娐啡鐖D1 所示。

圖1 控制電路圖

28BYJ-48 單極性步進(jìn)電機(jī)是帶有四級(jí)減速的步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。28BYJ-48 步進(jìn)電機(jī)有單四拍（A-B-C-D-A）、雙四拍（AB-BC-CD-DA-AB）和八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）的工作模式[2]。根據(jù)28BYJ-48 的參數(shù)表，四相八拍的步距角為5.625°，因?yàn)殡姍C(jī)要帶動(dòng)推板，為了獲得較大的轉(zhuǎn)矩，本設(shè)計(jì)采用的是雙四拍的工作模式，步距角增大一倍為11.25°，雙四拍模式兩相同時(shí)通電，扭矩會(huì)比單四拍模式大，而相同的通電時(shí)間下運(yùn)行速度比八拍的要快。電機(jī)的減速比為1∶64，也就是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)64 圈，輸出軸才轉(zhuǎn)一圈，由步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的拍數(shù)為360°/11.25°=32 拍，輸出軸需要64×32=2048 個(gè)節(jié)拍[3]，才轉(zhuǎn)過一圈。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)for 循環(huán)內(nèi)有4 個(gè)節(jié)拍，2048 個(gè)節(jié)拍，因此需要執(zhí)行512次for 循環(huán)輸出軸才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。由于電機(jī)內(nèi)部有誤差，在實(shí)際測(cè)量后最終選擇執(zhí)行513 次for 循環(huán)。

圖2 步進(jìn)電機(jī)

2 程序設(shè)計(jì)與實(shí)物模型

系統(tǒng)上電，步進(jìn)電機(jī)1 啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。然后通過按下按鈕來抽選自動(dòng)投放的硬幣數(shù)量（1～3 枚），最后通過下方的步進(jìn)電機(jī)2 進(jìn)行推幣，完成一個(gè)自動(dòng)推幣自動(dòng)流程。程序流程圖如圖3 所示。投幣后，按隨機(jī)抽取鍵（S1 鍵）對(duì)應(yīng)P3.5 接口，步進(jìn)電機(jī)2 憑隨機(jī)獲取的數(shù)字推出對(duì)應(yīng)數(shù)字幣。獲取的幣數(shù)由隨機(jī)數(shù)決定，推出的幣可能比投放的多，也可能少。

圖3 自動(dòng)推幣流程圖

程序設(shè)計(jì)如下[4]。

根據(jù)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行實(shí)物組裝，投幣容器采用亞克力板制成圓形筒狀容器，機(jī)身采用硬塑料小型積木塊制成，構(gòu)成推幣平臺(tái)和接幣室，機(jī)身上方采用硬紙板，中間打孔和隔層，夾層中放置可移動(dòng)動(dòng)紙板，由步進(jìn)電機(jī)1 推動(dòng)其封孔或透孔，以控制投幣，隨后由步進(jìn)電機(jī)2，根據(jù)隨機(jī)抽取數(shù)帶動(dòng)推板出幣。

經(jīng)過調(diào)試試驗(yàn)，該設(shè)備能較好地完成游戲設(shè)想。實(shí)物模型如圖4 所示。

圖4 推幣機(jī)實(shí)物圖

3 結(jié)束語

利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的一款帶抽獎(jiǎng)功能的投幣機(jī)，不僅體現(xiàn)了專業(yè)知識(shí)的學(xué)以致用，提升了動(dòng)手操作能力，還實(shí)現(xiàn)了較好的娛樂效果，給大學(xué)生課余活動(dòng)增添了一份色彩。