硬幣清分機計數(shù)部分設計

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1、畢 業(yè) 設 計 題 目 硬幣清分機計數(shù)部分設計 英文題目 Design on Counting Part of Coin Sorter 院 系 機械與材料工程學院 專 業(yè) 測控技術與儀器 姓 名 年 級 指導教師 二零零九年六月31摘 要硬幣在人們的生活中扮演著重要角色,隨著人口的增加和科技的不斷進步,硬幣的需求量會日益增加。對硬幣的處理工作也不斷的加大。在硬幣清分計數(shù)機誕生之前，人們是通過人工方法對硬幣進行計數(shù)的，其工作量巨大，需要花費很多人力和財力，硬幣清分機的出現(xiàn)解決了這一困難問題。硬幣清分再也不是大問題了,取而代之的是清分機的制造成本和功能。便攜式、全能式的硬幣分檢器不斷地被研制出來。

2、針對當前國內外硬幣清分的現(xiàn)狀,本次設計采用紅外光電傳感器與單片機構成的系統(tǒng),實現(xiàn)對硬幣高速的計數(shù)。主要方法：紅外光電傳感器檢測到硬幣落入時會產生信號輸出，再將信號傳到單片機的外部中斷上，外部中斷產生變化，外部中斷的變化次數(shù)就是硬幣落下的個數(shù)，再由程序將外部中斷變化次數(shù)顯示到LED中，實現(xiàn)對硬幣的計數(shù)。【關鍵詞】紅外光電傳感器；單片機；計數(shù)；外部中斷 AbstractCoin play a very important role in peoples life, and with the increase of the population and the progress needed wil

3、l increased greatly. the processing of coins have been increasing. Before the birth of the the coin counting machine, people counting coins only by hands, and its enormous workload, need to spend a lot of human and financial resources. The emergence of coin counting machine have solved this problem.

4、Coin counting is not a big problem no longer, replaced by sorter and function of the manufacturing costs. Pertable and versatile type of coin sorting device has been developed continuously. Ching of coins at home and abroad for the current status, this design uses infrared photoelectric sensor syste

5、m with the MCU, to achieve high-speed counting coins. Main methods: When coin fall into the infrated photoelectric sensor, the sensor output signal, and then spread the signal on MCU external interrupt, and external interrupt changes, the number of external interrupt changing is the number of coins,

6、 and then the number of external interrupt changing display to the LED by the procedure, realizing the counting of coins.【key words】 Infrated Phptoelctric Sensor; Single Chip Microprocessor; Counting; External Interrupt目 錄摘 要IAbstractII目 錄III前 言1第一章 緒論21.1 硬幣的流通狀況21.2 我國的硬幣與硬幣清分系統(tǒng)21.2.1 硬幣體系21.2.2 硬

7、幣材質31.2.3 硬幣清分系統(tǒng)31.3 硬幣機現(xiàn)在的研究方向41.4 小結5第二章 硬幣清分機清分部分設計62.1 硬幣清分設計工作流程62.2 硬幣清分的方案設計72.3 小結9第三章 硬幣清分機計數(shù)部分設計方案確定113.1 本系統(tǒng)的設計要求和原則113.2 方案論證113.3 小結13第四章 系統(tǒng)硬件設計144.1 單片機的選擇144.2光電傳感器的設計154.2.1光電傳感器的計數(shù)原理154.2.2 光電傳感器的選擇164.3 電路模塊設計174.3.1 復位電路174.3.2 時鐘電路184.3.3 電源電路184.3.4 顯示電路194.4 硬幣計數(shù)的總電原理設計214.5 小結

8、21第五章 系統(tǒng)軟件設計235.1 系統(tǒng)程序設計思路235.2 主程序流程圖設計235.3 系統(tǒng)程序清單255.4 小結28結 論29參考文獻30謝 辭31前 言自從出現(xiàn)貨幣以來，人類有大部分的時間都花在了計數(shù)上。古代的銅錢就是一個很好的例子。用繩子把錢穿起來稱作一吊錢，也是為了交易計算的方便。時代在進步，不允許我們把寶貴的時間浪費在不必要的地方。所以，人類在硬幣的計數(shù)問題上花了相當大的工夫，不同種類的硬幣清分計數(shù)器也慢慢出現(xiàn)在我們的生活中。如銀行等一些特殊部門要對大量的硬幣進行高效的處理如計數(shù)、分類、包裝等以使其再流通,無人售票車,投幣電話等需要對硬幣進行識別,自動售貨機除了識別之外,還要提

9、供找零功能等。因此,硬幣清分系統(tǒng)應運而生。目前，市場上硬幣清分機的種類很多。在國內，硬幣清分機普遍采用電渦流法。國際上很多銀行器具公司在這方面也做了大量工作，并取得很好的成果，但其產品價格昂貴，且技術壟斷。從發(fā)展趨勢上來講，一味依靠國外企業(yè)，不利于我國國民經濟的發(fā)展。所以，從現(xiàn)實以及長遠來說，都有必要掌握硬幣識別的核心技術，擁有自主知識產權，打破壟斷，提高在該領域的國際競爭力。隨著硬幣清分速度的提高，遇到的技術困難也會相應增加。采用光電傳感器對硬幣的計數(shù)，由于傳感器與硬幣之間是非接觸型的，所以速度可以達到很高的要求，但是在硬幣的識別方面還存在著缺陷。不斷提高硬幣計數(shù)速度和識別能力是將來硬幣發(fā)展

10、的主要方向。第一章 緒論1.1 硬幣的流通狀況貨幣是人類經濟發(fā)展與貿易過程的伴生物，是社會生產力進步階段的見證。硬幣在漫長的貨幣史中占據(jù)著重要地位，且與其它形式的貨幣相伴流通、發(fā)展，至今沒有終點。輔幣硬幣化及其流通推廣是一種國際潮流，也是世界上許多發(fā)達國家的現(xiàn)行做法，在當代中國，硬幣的流通程度還遠遠不夠。但隨著人口的增加和社會文明程度的提高，硬幣的需求量自然會日益增加。隨著經濟的不斷發(fā)展，特別是20世紀80年代以來，在我國經濟高速增長的同時，國民收入不斷提高，物價水平也不斷提升，10元以下的貨幣在流通中主要行使的是找零功能，10元的貨幣，在流通中，其功能也介于行使購買和找零功能的臨界點。小面額

11、貨幣硬幣化，是當今世界上200多種貨幣，特別是經濟較為發(fā)達的國家和地區(qū)的通行做法。隨著我國加入世界貿易組織，經濟金融對外開放的力度不斷加大，納入世界經濟金融的進程日益加快，人民幣最終要成為自由兌換貨幣。為適應我國經濟金融發(fā)展的需要，人民幣小面額貨幣硬幣化已是當前我國貨幣發(fā)行的重點工作之一。1.2 我國的硬幣與硬幣清分系統(tǒng)我國小面額貨幣硬幣化開端較早，也取得了很好的效果。但硬幣的發(fā)展受多因素的影響，中國硬幣呈現(xiàn)出多態(tài)性。1.2.1 硬幣體系 我國先后發(fā)行了五套人民幣，在發(fā)行第二套人民幣時,已將分幣的硬幣化納入了計劃。在1957年12月1日正式發(fā)行了1、2、5分硬幣,以后又陸續(xù)發(fā)行了多種年別的硬分

12、幣。到第三套人民幣時發(fā)行了1、2、5角和1元硬幣。此后的第四套和第五套人民幣又相繼發(fā)行了1角、5角和1元硬幣。目前，我國硬幣分為1元、5角、1角、5分、2分、1分共6種面值，依據(jù)其形式不同共有9類即新版1元、舊版1元、鐵5角、銅5角、大1角、小1角、5分、2分、1分（新版1元與舊版1元的特性基本相同，所以認為共有八種硬幣）。每一類可能都有不同的制造年代，處于各套硬幣混合流通的局面?？梢哉f，中國硬幣體系龐大。1.2.2 硬幣材質各國政府在發(fā)行硬幣時，其材料的選擇原則大致是：(1)鑄造成本低并保證硬幣的實際價值低于面值，符合劣幣驅逐良幣的定律；(2)資源豐富，才能滿足大量生產和流通；(3)耐磨耐蝕

13、、手感良好、美觀，沖擊性能良好；(4)有防偽特性。中國硬幣的材料經歷了多次改進：起初，中國的硬幣材料采用Al-Mg合金，這種材料適合制造低面值硬幣，1980年改用Cu-Ni合金(即白銅)，但因Cu-Ni資源不多，經過專家反復論證，于1992年的1元硬幣改用鋼芯鍍Ni，因大量采用低碳鋼而降低成本；5角硬幣則用Cu-Zn合金板材沖壓滾邊光飾等處理技術,使表面明亮光潔,典雅清新。1.2.3 硬幣清分系統(tǒng) 硬幣的高效檢測是一項非常有意義的工作。銀行等一些特殊部門要對大量的硬幣進行高效的處理如計數(shù)、分類、包裝等以使其再流通，無人售票車、投幣電話等需要對硬幣進行實時識別，自動售貨機除了識別之外，還要提供找

14、零功能等。隨著假幣的出現(xiàn)，在線識偽也成為了一個急需解決的問題。硬幣清分系統(tǒng)應運而生。硬幣清分系統(tǒng)是對高速通過的硬幣進行識別、計數(shù)，同時對偽幣、殘幣進行剔除的系統(tǒng)。它是分類機、計數(shù)機、包裝機、銷毀機等眾多硬幣處理器具的基礎。由于國情和貨幣體系不同，研制各國統(tǒng)一的硬幣清分系統(tǒng)不現(xiàn)實，因此，需要針對不同的貨幣體系研制相應的清分系統(tǒng)。在這個領域，國際上已做了大量工作。比較有代表性的是著名的瑞典SCANCOIN AB公司，它是一家專業(yè)生產各種銀行器具的公司，成系列地研制了針對不同貨幣體制下的清分系統(tǒng)，SCAN COIN AB公司有專業(yè)的產品在國內使用，誤判率0.5%。但其價格昂貴且進行技術壟斷，同時針對

15、材質相近甚至一致的偽幣，其檢測顯得無能為力。VCCS-XC是日本TACY公司研制的適用中國的硬幣清分機。該機器執(zhí)行速度快，易于操作?？梢郧宸种袊F(xiàn)有的1元、5角、新1角、舊1角四種硬幣。具有硬幣識別功能，單一硬幣計數(shù)計費，異種硬幣分揀，硬幣混合計數(shù)計費，按照預先設定的硬幣數(shù)量點出計數(shù)（可預設數(shù)量范圍：11000枚）。而中國也在此方面有了很不錯的成就。例如簡單便攜的Coin Counter860型能精確地把(1.00、0.50、0.10、0.05、0.02、0.01)混合在一起的硬幣，一次性自動計數(shù)、自動清分，并有序的將硬幣自動放入盒中；儲存硬幣，計數(shù)清分，快速、方便； 顯示所投硬幣的總值；顯示

16、所投硬幣的總數(shù)；顯示每一種硬幣的單個總值；顯示每一種硬幣的單個總數(shù)；設計精致、輕巧，不用時移動方便。我國銀行等硬幣流通量較大的單位，其硬幣的清分、清點、計數(shù)和包裝一直靠手工進行。效率低、勞動強度大、差錯率也較高。研制的YBJ-2型硬幣清點包裝機可對混合起來的的5分、2分和1分硬幣依次清分、清點、計數(shù)和包裝。單種硬幣清點、包裝效果更佳。它具有體積小、重量輕、結構緊減、功能多、效率較高、包裝整齊、工作可靠、操作簡單等特點。經長期試驗和有關部門專家鑒定，認為該機填補了我國空白。其清點計數(shù)準確率為每萬卷中有差錯卷不超過三卷；差錯卷每卷誤差不大于1枚；清點包裝速度30000枚小時；包裝失效率1。與手工操

17、作比，工作效率提高510倍。適用于銀行、郵局、商業(yè)和交通等硬幣流通量較大的部門。在國內，清華大學、北京科技大學、上海交通大學、杭州電子科技大學、蘇州大學、福州大學等多家單位均對如何進行正確的硬幣識別做過深入研究，在機理上普遍采用渦流法。這些單位的研究在可能涉及的硬幣范圍內取得了較好的效果，但對硬幣的鑒別都局限于項目本身，存在不系統(tǒng)、不完整，對偽幣效果識別不好等問題。1994年清華大學精密儀器系的結果建立在當時的硬幣系統(tǒng)下（無小角和鐵5角硬幣）取得了分辨率為3%的效果。2004年上海交通大學在新的幣制下對面值1角以上的硬幣做區(qū)分，分辨率為0.5%。1.3 硬幣機現(xiàn)在的研究方向 現(xiàn)今，硬幣清分再也

18、不是大問題了，取而代之的是清分機的制造成本和功能。便攜式、全能式的硬幣分檢器不斷地被研制出來。以下就是一個很好的例子：CN-800型電腦控制硬幣清分機是光、機、電一體化的產品，它可將現(xiàn)行流通的七種硬幣及各種園形外幣（歐元、美元等）一次清分出來，并統(tǒng)計清分結果，速度快、準確率高，大大提高了工作效率及辦公自動化程度，真正適合金融系統(tǒng)桌面辦公的需要。其功能特點為（1）自動清分：準確地將現(xiàn)流通的七種硬幣清分于各自的儲幣盒內；（2）匯總計數(shù)：采用光電技術自動計數(shù)，將總金額及各單一幣種數(shù)量分別進行統(tǒng)計，準確率高；（3）微電打?。嚎焖佟蚀_地將清分計數(shù)結果打印輸出；（4）漢字輸出：用戶可自行設定15個漢字用

19、于打印輸出，且斷電保持；（5）大屏幕顯示：液晶中文大屏幕顯示，一屏顯示所有七種硬幣個數(shù)，并能顯示日期、時間及計數(shù)結果，顯示清晰；（6）智能檢偽：清分時可動態(tài)識別假幣；（7）分批功能：可預置清點每組50枚或100枚硬幣；（8）包裝計數(shù)：可將清分好的單一幣種通過右側出口直接落入接幣筒中，然后把接幣筒移至包裝機即可完成硬幣的成卷包裝；（9）幣滿提示：若所分硬幣已放滿儲幣盒，機器自動停機，同時大屏幕右下角出現(xiàn)閃爍的圖標，等待倒幣處理；（10）故障報警：出現(xiàn)異常現(xiàn)象，機器自動停機，同時屏幕顯示故障點，等待處理；（11）外型美觀：本機采用電腦輔助優(yōu)化設計，內部結構緊湊，外型小巧美觀，是目前國內外現(xiàn)有硬幣清

20、分機中體積最小的光、機、電一體化設備，真正適金融系統(tǒng)桌面辦公。1.4 小結 本章主要講述了硬幣的流通狀況、我國硬幣的材質和目前國內外對硬幣清分計數(shù)的發(fā)展狀況，反映出了我國對硬幣的清分計數(shù)與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。根據(jù)我國目前的狀況，對硬幣清分的的研究確定了方向。第二章 硬幣清分機清分部分設計硬幣是一種世界范圍內最常用的流通貨幣之一， 它以堅固耐用、不易磨損 制作摘美、規(guī)格統(tǒng)一、 易于識別、方便使用等諸多優(yōu)點而廣泛的用在商業(yè)交涵 、通訊娛樂以及各種自動售貨支付費系統(tǒng)中。在全世界幾乎所有的國家每天都有難以記數(shù)的不同面值的硬幣在市場上流通，同時由于各種新型的自動支付系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，硬幣支付的領

21、域還在進一步的擴大，這也使得硬幣的使用與日遞增。在這么一個龐大的背景下，不同行業(yè)的許多部門都面臨著一個非常棘手的難題，那就是如何將回收的巨大硬幣在短時間內快速有效的清理分揀和計數(shù)。這工作如果靠手分揀無疑要付出高額的代價且效率低下。因此研制硬幣自動分揀設備來取代手工分揀將成為世界各國關注的問題。2.1 硬幣清分設計工作流程全自動硬幣計數(shù)包卷機的主要功能是實現(xiàn)硬幣的自動分揀、計數(shù)和包卷。它主要由機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。從 空間構成上來看，硬幣機機械系統(tǒng)可分成三層：上層為輸幣、計數(shù)系統(tǒng)，主要實現(xiàn)硬幣輸送、排列、分選、計數(shù)功能；中層為堆幣系統(tǒng)，主要實現(xiàn)硬幣堆碼功能；下層為包卷系統(tǒng)，主要實現(xiàn)送紙、

22、撕紙、硬幣包卷及鉤邊功能。系統(tǒng)還有一些輔助功能單元，如計數(shù)包卷切換功能單元、幣種選擇功能、導紙板位置調節(jié)功能單元、卷邊鉤邊位置調節(jié)功能單元等。下面對清分部分進行介紹。目前世界各國所研制的各種硬幣清分設備其原理大同小異，核心就是利用不同面值硬幣的直徑差異實現(xiàn)自動清分?；窘Y構形式可分為立式和臥式2種。立式硬幣清分機具有次儲幣大，分幣速度快，每分鐘分揀以千枚以上，誤差率低 共、噪音小、易操作和維護等優(yōu)點，廣泛應用于清分數(shù)較大的銀行、公交、地鐵等部門,其缺點是機身較大不易移動。臥式硬幣清分機具有體積小、結構緊湊、便于攜帶等優(yōu)點，缺點是一次儲幣少、分幣速度慢、誤差率高、噪音大，只適合小批的硬幣分揀場所

23、使用。硬幣清分機是對高速通過的硬幣進行識別、計數(shù)，同時對偽幣、殘幣進行剔除的系統(tǒng)。它是分類機、計數(shù)機、包裝機、銷毀機等眾多硬幣處理器具的基礎。由于國情和貨幣體系不同，研制各國統(tǒng)一的硬幣清分系統(tǒng)不現(xiàn)實，因此，需要針對不同的貨幣體系研制相應的清分系統(tǒng)。對于混幣分類功能的實現(xiàn)，目前有很多種方法，有根據(jù)形狀尺寸分類的，有根據(jù)材料性質不同分類的，有根據(jù)體積密度不同進行分類的，還有根據(jù)顏色不同進行分類的，當然最新的有根據(jù)圖象圖案不同進行分類的，以后肯定還會有其他的更先進的方式來對硬幣進行分類。這里介紹一種比較簡便的方法來實現(xiàn)混幣的分類。對七種不同幣值的硬幣進行了的比較發(fā)現(xiàn)：1元硬幣重量最大；直徑最大；厚度

24、也比其它幣值的硬幣大一點。1分硬幣的直徑最??；其它的硬幣在直徑尺寸上也各有差異。因此我們就以硬幣的直徑尺寸作為分離七種硬幣幣值的準則；對七種幣值的硬幣進行分離。首先把混合的硬幣按幣值分成七類；拿1元硬幣來說；1元硬幣被歸成一類后；然后對其進行計數(shù)。其他六種硬幣的具體操作與一元的硬幣一樣；這里不作重復介紹。其的工作流程如圖2-1所示。硬幣源1元5角1角大1角小5分計數(shù)計數(shù)計數(shù)計數(shù)計數(shù)圖2-1硬幣清分系統(tǒng)流程圖2.2 硬幣清分的方案設計 目前依據(jù)硬幣的直徑進行清分的方法有兩種：一種是通過硬幣滑道上設有不同大小的矩形孔進行清分的，另一種是通過分離盤進行清分的。(1) 通過滑道進行清分通過滑道進行清分

25、的清分機基本結構形式可分為立式和臥式2種?，F(xiàn)以用途較為廣泛的立式硬幣清分機為例，對其工作原理加以說明。立式硬幣清分機主要有儲幣盤、儲幣盒、帶幣轉盤、分幣滑軌、接幣盒、電機和計數(shù)及電控部分組成。其工作原理見圖2-2。將待滴硬幣倒入托幣盤，硬幣從托幣盤底部的開口落入儲幣盒,儲幣盒一個側面與帶幣轉盤相通，帶幣轉盤轉動，順次將硬幣帶入分幣滑軌，在自身重力作用下，硬幣一面斜旅在滑軌上沿滑軌斜向下滾動 ，滑軌上按硬幣直徑尺寸由小到大順次開有矩形孔，對應直徑尺寸的硬幣滾到矩形孔口時，掉入接幣盒，完成清分。具體的分離步驟是這樣的，首先混幣通過傳輸裝置；定時定量的(定時定量的目的在于防止一次送進過多的硬幣而導致

26、分離盤負擔過大；引起堵塞和分離不流暢)傳輸一部分混幣到圖中所示的分離盤；起先我們分離的是幣值為1分的硬幣，所以分離孔設計的要比1分的硬幣略大；比其它幣值的硬幣直徑都要小；以此為標準再經過實驗產生的分離效果；我們確定一個合適的直徑。這樣一來，1分的硬幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。其工作原理如下：啟動電動機，電動機帶動分離盤，使得分離盤轉動，則分離盤中的硬幣作離心運動，硬幣被甩進引導管(內含7個分離孔，孔的大小循序從右到左依次變大)，然后根據(jù)硬幣的尺寸由小到大的循序對硬幣進行分離。圖 2-2 硬幣清分機工作原理圖控制部分：硬幣清分機流程圖簡介：首先啟動電源，對系統(tǒng)進行初始化，然后系統(tǒng)是否設置參數(shù)

27、，電機轉動，系統(tǒng)開始計數(shù),如果中途想暫停，按下暫停按鈕，則電動機停止轉動。如果中途沒暫停，則系統(tǒng)繼續(xù)運行，直到硬幣的數(shù)目大于或等于錢箱的總容量，電機才停止轉動，從而系統(tǒng)運行結束。(2) 通過分離盤進行清分 分離盤的工作原理：將大量面值不同的硬幣倒入分離盤中，通過電機帶動分離盤轉動。分離盤內壁上有大小不同的七個進幣孔（針對七種不同不同面值的硬幣），分離盤轉動的過程中硬幣由于離心力的作用做離心運動，自然而然就進入到各自的進幣孔中。硬幣分離盤的具體形狀如圖2-3所示：圖2-3 硬幣分離盤由分離盤進行清分時還需硬幣導向齒輪，如圖2-4所示：圖2-4 硬幣導向軟齒硬幣導向齒輪的工作原理：硬幣導向軟齒的功

28、能是將幣堆中的硬幣按直徑大小分開，然后將其導入各自的進幣口。通過比較，目前一般都采用分離盤進行硬幣的分離，主要是因為分離盤體積小，分離的速度快等特點。而滑道分離的速度相對比較慢，而且采用滑道清分機體積龐大。因此本文采用分離盤對幣值進行清分的方法，雖然不具備辯偽功能 ，但可以對中國現(xiàn)行硬幣快速準確按幣值進行清分。主要特色是設計簡便清分準確、使用可靠、維護簡便、價格低廉等。而且系統(tǒng)具備擴展的潛能，可以滿足將來硬幣清分機發(fā)展的需求。2.3 小結本章重點介紹硬幣清分的一般原理。根據(jù)我國硬幣的特點和外觀形狀，對硬幣的清分有多種方法，其核心方法就是利用不同面值硬幣的直徑差異實現(xiàn)自動清分。本章根據(jù)硬幣直徑大

29、小的不同，提出了兩種清分方法，一種是在分幣滑軌上設有不同大小的矩形孔，當硬幣經過時就會相應的落入矩形孔中，實現(xiàn)了硬幣的清分；另一種是通過分離盤（內設有不同大小的矩形孔）進行對硬幣進行清分。第三章 硬幣清分機計數(shù)部分設計方案確定3.1 本系統(tǒng)的設計要求和原則 硬幣清分計數(shù)機是可以將各種幣值的硬幣進行清分并計數(shù)的裝置，其中對計數(shù)部分的要求：(1) 計數(shù)速度1000枚/分鐘；(2) 各種幣值分別計數(shù)并且要計總幣數(shù)；(3) 計數(shù)最大值99999；(4) 計數(shù)方式：連續(xù)計數(shù)/預置計數(shù)在設計中應遵守以下原則：(1) 使用功能要求：機器應具有預定的使用功能。(2) 壽命與可靠性要求：要求能在一定的壽命下可靠

30、地工作(3) 經濟性要求：經濟性表現(xiàn)在設計制造成本低，工作效率高，耗能少及維護費用低等。(4）質量要求：應力求質量輕，便攜帶，一方面節(jié)省材料，另一方面便與移動。3.2 方案論證系統(tǒng)方案的確定非常重要，系統(tǒng)方案構建不同，會牽涉到開發(fā)工具、開發(fā)語言、所具備的理論知識、市場環(huán)境等個方面因素。本系統(tǒng)要對硬幣進行清分計數(shù)，其核心是對硬幣的計數(shù)。在具體設計時，通常用以下兩種方法對硬幣進行計數(shù)：電渦流傳感器計數(shù)和光電傳感器計數(shù)。（1）采用電渦流傳感器計數(shù)的設計方案。電渦流傳感器計數(shù)主要是依據(jù)硬幣通過變化的磁場，產生感應電流，即電渦流。如圖3-1所示，電渦流又產生一交變磁場阻礙外磁場的變化，就電渦流而言，由于

31、其相位的落后，電渦流的磁場從平均角度看，總是抵抗外磁場的存在；從能量角度來看，由于存在渦流損耗，造成交變磁場能量的損失，從而使傳感器的等效電阻Z、等效電感L和品質因素Q值變化，根據(jù)這些變化對硬幣進行檢測。在國內，清華大學、北京科技大學上海交通大學蘇州大學等多家單位均對如何進行正確的硬幣識別做過深入的研究，在機理上普遍采用渦流法，這些單位的研究在可能涉及的硬幣范圍內取得較好的效果，但對硬幣的鑒別都局限與項目本身，存在不系統(tǒng)不完整等問題。 IHUH 圖3-1 電渦流傳感器工作原理圖（2）采用光電傳感器對硬幣進行計數(shù)的方法。將已經清分好的硬幣，用光電傳感器計數(shù)，算出每種硬幣的總數(shù)，如圖3-2所示。發(fā)

32、射端光電傳感器接收器光電傳感器系統(tǒng)單片機清零復位七段顯示共陽顯示命令暫存數(shù)據(jù)5個單元紅外光硬幣落入位處理調用數(shù)據(jù)清除內容圖3-2 清分后計數(shù)的原理圖傳感器安裝在各類硬幣抽屜的入口斷，調整好光路。當硬幣在落入硬幣清分計數(shù)機的抽屜時會阻斷光電傳感器發(fā)射出的對射光線。傳感器的接收端將一個經過內部整形濾波的高平電壓信號通過信號線向單片機處理系統(tǒng)傳出。五對傳感器分別連接單片機的五個輸入口，經過緩存轉存入單片機內存中的五個單元。當有信號進入時，單片機對輸入口各位進行讀值，通過位操作識別目標單元（例如讀取的值為00101，則第1、第3口有信號輸入）。由單片機處理系統(tǒng)將脈沖的個數(shù)分別存放于對應的內存單元中。在

33、計數(shù)完畢后，調用內存單元中的十六進制數(shù)值，先轉為十進制數(shù)再由系統(tǒng)讀出數(shù)值。編譯成共陰/陽七段顯示管可以識別的代碼顯示輸出。顯示切換按鍵調用不同內存中的數(shù)據(jù)，將每種硬幣的數(shù)據(jù)輸出在七段顯示器上。操作者記錄好數(shù)據(jù)后，可以按reset鍵將內存清零，并使顯示器復位。綜合考慮，電渦流對硬幣計數(shù)要經過相位檢測、頻率檢測和幅值檢測，設計復雜。所以本次對硬幣計數(shù)部分設計采用光電傳感器進行計數(shù)，不但設計簡單，易于實現(xiàn)。3.3 小結 本章針對硬幣清分機數(shù)機計數(shù)部分的設計提出了兩種方案。一種是基于電渦流的方法對硬幣進行計數(shù)，另一種是基于光電傳感器的方法對硬幣進行計數(shù)。根據(jù)本課題的設計要求以及和電渦流計數(shù)的比較，本設

34、計采用了后者。第四章 系統(tǒng)硬件設計4.1 單片機的選擇一個微電腦包括微處理器（CPU）、存放程序指令的ROM和存放數(shù)據(jù)的RAM、輸入/輸出端口（I/O口）及時鐘、計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。它們經過地址總線（Address Bus）、數(shù)據(jù)總線（Data Bus）和控制總線（Control Bus）的連接以及輸入/輸出端口與外圍裝置連接，構成微電腦系統(tǒng)。由于單片機微處理器把微電腦的主要器件制造在一塊芯片上，所以可以把單片機微處理器看成是一個不帶外圍裝置的微電腦。根據(jù)對硬幣計數(shù)的要求，本文采用8051單片機對硬幣進行計數(shù)處理。8051單片機的引腳圖如圖4-1所示：圖4-1 8051引腳圖8051共有4個I

35、/O端口，為P0、P1、P2、P3,4個I/O口都是雙向的，且每個口都是有鎖存器。每個口有8條線，共計32條I/O線。部分端口的功能敘述如下：1. P0有三個功能：（1）外部擴充存儲器時，當作數(shù)據(jù)總線（D0D7）。（2）外部擴充存儲器時，當作地址總線（A0A7）。（3）不擴充時，可做一般I/O使用，但內部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上電阻。2. P1只做I/O使用，其內部有上拉電阻。3. P2有兩個功能（1）擴充外部存儲器時，當作地址總線（A8-A15）。（2）做一般I/O使用，其內部有上拉電阻。4. P3有兩種功能 除了作為I/O使用外，還有一些特殊功能，如P30為RXD串行輸入口

36、，P31為TXD串行輸出口，P31為INT0外部中斷，P33為INT1外部中斷。5. VDD：電源+5V，VSS:GND接地。6. RESET 此腳高電平時可將CPU復位。7. ALE/PROG地址鎖存使能信號端，有三種功能:(1) 8051外接RAM/ROM: ALE接地址鎖存器8282的STB腳，74373的EN腳，當CPU對外部存儲器進行存取時，用以鎖住地址的低位地址。(2) 8051未外接RAM/ROM：在系統(tǒng)中未使用外部存儲器時，ALE 腳也會有1/6石英晶體振蕩頻率，可作外部時鐘.(3) 在燒寫EPROM：ALE作為燒寫時鐘輸入端。8. EA/VPP (1) 接高電平時，CPU讀取

37、內部程序存儲器（ROM）。 (2) 接低電平時，CPU讀取外部程序存儲器。9. XTAL1 XTAL2: 接石英晶體振蕩器。4.2光電傳感器的設計4.2.1光電傳感器的計數(shù)原理光電傳感器是采用光電元件做為檢測元件的傳感器。而光電元件的工作原理都基于不同形式的光電效應：不同頻率的光子轟擊某一物體，光子的能量傳遞給電子，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產生相應的電效應。光電傳感器通常由光源、光學通路和光電元件三部分組成，如圖4-2所示。圖中 是光源發(fā)出的光信號，是光電器件接受的光信號，被測量可以是x或者x，它們能夠分別造成光源本身或光學通路的變化，從而影響傳感器輸出的電

38、信號I。光源光學通路光電元件圖4-2 光電傳感器框圖4.2.2 光電傳感器的選擇光電傳感器是將光信號轉換成電信號的一種傳感器。使用這種傳感器測量非電量時，只需將這些非電量的變化轉換成光信號的變化，就可以將非電量的變化轉換成電量的變化進行檢測。 光電元件有光敏電阻、光電二極管、光電三極管、發(fā)光二極管（LED）、光電倍增管、光電池、光電耦合器件等。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學測控系統(tǒng))輸出量性質，光電傳感器可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關)式光電傳感器；模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法又可分為透射(吸收)式、漫反射式、遮光式

39、(光束阻檔)三大類。主動式紅外傳感器就是其中的一種，主動式紅外探測與遙控是指由探測裝置發(fā)射紅外光束，并接收被測物遮擋光束的信號，然后進行控制的方法。主動式紅外探測一般采用較細的平行光束，分為遮斷型和反射型。由于紅外傳感器響應時間短，最短的可達到毫微秒數(shù)量級以上，與激光傳感器相比，其成本相對適宜，所以本系統(tǒng)采用紅外光電傳感器進行對硬幣的計數(shù)。紅外光發(fā)射與接受電路如圖4-3所示。紅外光發(fā)射電路由555振蕩器和紅外發(fā)光二極管LED組成，發(fā)射脈沖光信號。與直流相比，采用脈沖光信號發(fā)射可降低對紅外發(fā)射器和發(fā)射功率的要求，提高發(fā)射效率，且不受周圍干擾光信號的影響。紅外光接受電路由光敏二極管和放大器組成，采

40、用廣譜型（對很多波長都靈敏）光敏二極管S2386，可以接收范圍較寬的波長的光信號。電路主要用于光遠控、光電斷路器等，受光元件也可以用作可見光傳感器。電路的振蕩頻率為 （4-1）圖4-3 紅外光發(fā)射與接收電路NE555的特點有： （1）只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 （2）它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 （3）其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 （4）它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 4.3 電路模塊設計4.3

41、.1 復位電路 8051的復位輸入引腳RESET為8051提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定的程序開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的0000H地址開始執(zhí)行程序。在8051的時鐘電路工作后，只要在RST引腳出現(xiàn)10ms以上的高電平時，單片機內部開始復位。只要RST保持高電平，則8051循環(huán)復位。只有當RST由高電平變低電平以后，8051才從0000H地址開始執(zhí)行程序。其復位電路如圖4-4所示。圖4-4 復位電路圖4.3.2 時鐘電路8051的時鐘可以由兩種方式產生，一種是內部方式，利用芯片內部的振蕩電路，另一種方式為外部方式。8051內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大

42、器的輸入端為XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容，構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖4-5所示：圖4-5 時鐘電路圖4.3.3 電源電路電源的設計主要是將220V的電壓轉換成硬幣清分機所需的電壓。整個系統(tǒng)采用5.0V供電，考慮到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓和紋波小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗等特點，因此轉換電路采用了LM7805CT芯片，7805 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路，TO-220 封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣。內含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。其如

43、圖4-6所示。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個2.2uF和一個0.01uF的電容，另外在芯片的輸入端也放置了2.2uF和一個0.01uF的濾波電容，減少輸入端受到的干擾。圖4-6 電源電路 4.3.4 顯示電路 系統(tǒng)的顯示電路采用的是LED顯示方式，這樣的方式能滿足該系統(tǒng)的要求，也可以減低系統(tǒng)的成本。顯示電路采用了段譯碼器7447和位譯碼器74LS138，7447用來顯示數(shù)據(jù)，而74LS138用來控制數(shù)碼管的選通狀態(tài)。圖4-7為該系統(tǒng)的顯示電路。圖中7447集成電路譯碼器在正常操作時，當輸入DCBA=0010 則輸出abcdefg=0010010。故使顯示器顯示“2”。當輸入DCBA

44、=0110 時，輸出abcdeg=1100000，顯示器顯示“6”，7447 中尚有LT、RBI 與BI/RBO 之控制腳，其功能分述如下：LT：燈泡控制輸入端,當其輸入為0，則7447 處置于燈泡測試狀態(tài)，使abcdefg 全部輸入為0，若七段顯示器為良好則應顯示。當L“8”T=1 則7447 才可能正常解碼。RBI： 紋波遮沒輸入控制。當RBI 輸入0，則7447 進入紋波遮沒狀態(tài)，即當DCBA 輸入為0000 時，abcdefg=1111111，使七段LED 顯示器完全空白(不亮)，當DCBA0000 時，則譯碼器正常工作。故RBI 為0 遮沒之控制端。BI/RBO：遮沒輸入紋波遮沒輸出

45、，此控制端同時兼具強迫遮沒輸入與漣波遮沒指示輸出之功能，當其被當成輸入端使用時，只要加入0 之信號，則7447 完全進入遮沒狀態(tài)，不論其它輸入之狀況為何，當其為1 或空腳則正常工作。顯示端口與單片機的數(shù)據(jù)I/O口進行連接，這樣采用并行的接口方式非常容易，減少系統(tǒng)的設計復雜度，也可以增加系統(tǒng)的可靠性。圖4-7 顯示電路圖顯示程序：DISP： MOV A,34H ADD A,# 40H ；D5數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D5CALL DELAY ；掃描延時MOV A,33HADD A,#30H ；D4數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D4CALL DELAY

46、；掃描延時MOV A,32HADD A,#20H ；D3數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D3CALL DELAY ；掃描延時MOV A,31HADD A,#10H ；D2數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D2CALL DELAY ；掃描延時MOV A,30HADD A,#00H ；D1數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D1CALL DELAY ；掃描延時RETDELAY：MOV R7,#06 ；顯示器掃描時間X1： MOV R6,#248 DJNZ R6,S DJNZ R7,X1RET4.4 硬幣計數(shù)的總電原理設計根據(jù)前面光電傳感器計數(shù)原理的介

47、紹，當硬幣落入紅外光電傳感器中的入口時，硬幣遮擋光線從而使紅外接收端的輸出產生脈沖信號，既電平的高低變化，由電平的高低變化促使單片機的外部中斷發(fā)生變化，通過程序將這一變化顯示在LED上，從而對硬幣進行計數(shù)。其硬幣計數(shù)原理圖如圖4-8所示。4.5 小結本章主要根據(jù)設計要求選擇了用于計數(shù)的紅外光電傳感器和8051單片機對硬幣進行清分計數(shù)。其中計數(shù)部分設計包括單片機的時鐘電路和復位電路的設計、電源電路的設計以及整個硬幣清分計數(shù)的硬件原理圖。圖4-8 硬幣計數(shù)電原理圖第五章 系統(tǒng)軟件設計5.1 系統(tǒng)程序設計思路程序設計思路：以單片機的外部中斷INT0進行清零，用外部中斷INT1對脈沖進行計數(shù)，并用動態(tài)

48、變化的74LS138與LED數(shù)碼管連接實現(xiàn)累進顯示。主程序圖如圖5-6所示，用單片機中30H34H地址來分別記錄顯示管中相應D0D4中所顯示的數(shù)值。單片機通過P0口將數(shù)據(jù)傳輸給顯示電路。每次脈沖啟動中斷INT1，將R1中的數(shù)值加1，若R1設有9，則將數(shù)值保存于30H中，并調用顯示子程序將30H34H中記錄的數(shù)值顯示給D0D4。若大于9，則將R1和30H中的值清零，將31H中的值加1，若31H中的值不大于9，則調用顯示子程序，依次顯示30H34H中的值，若31H中的值大于9，則將32H中的值加1，將31H中的值清零。若32H中的值不大于9，則調用顯示子程序，顯示30H34H中的值。若32中的值大

49、于9，則將33H中的值加1，將32H中的值清零。若33H中的值不大于9，則調用顯示子程序，顯示30H34H中的值。若33H中的值大于9，則將34的值加1，將33H中的值清零。若34H中的值不大于9，則調用顯示子程序，顯示30H34H中的值。若34H中的值大于9，則說明顯示管已經達到了能顯示的最高處，程序溢出。所以將程序調回程序初始化處，進行清零。5.2 主程序流程圖設計（1）定時中斷0程序框圖 觸發(fā)器定時中斷0調用顯示子程序返回主程序圖5-1 定時中斷0程序圖定時中斷0的作用是清零，通過按鈕將其清零。（2）中斷1流程圖圖5-5 硬幣計數(shù)電原理圖觸發(fā)中斷1D1值加1判斷D1是否大于9D2加1，D

50、1清零判斷D2是否大于9D3加1，D2清零判斷D3是否大于9D4加1，D3清零判斷D4是否大于9D5加1，D4清零判斷D5是否大于9顯示益出，返回初始化程序返回主程序否否否否否圖5-2 中斷1流程圖中斷INT1主要是將外部的電壓變化變?yōu)橹袛?的電平變化，然后通過顯示電路和程序將這種變化顯示在數(shù)碼管內，就可以知道落入光電傳感器中硬幣的個數(shù)。（3）主程序框圖開始程序初始化循環(huán)程序圖5-3 主程序流程圖5.3 系統(tǒng)程序清單系統(tǒng)的主程序如下所示：ORG 00HLJMP STARTORG 03HLJMP MAINORG OBH ；跳至TIMERO中斷起始地址JMP TIMO ；跳至TIMERO中斷子程序

51、TIMOORG 13HLJMP INT1START： MOV TMOD,#00000001B ；工作在MODE1，設定TIMEROMOV THO,#LOW(65536-20000) ；設定20msMOV TLO, #HIGH(65536-20000)SETB TRO ；啟動TIEROMOV IE,#10000010B ；TIMERO中斷使能MAIN： CLR R1 ；R1清零 MOV R4,#05H ；清除30H34H的地址 MOV R0,#30HCLEAR： MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R4,CLEAR CALL DISPD1： CJNE R1,#0AH,D2 ；判斷R1

52、中的值的大小，若大于 MOV 30H,R1 ；9則跳到D2進行十位數(shù)值增一，調用CALL DISP ；顯示程序將30H35H地址中所記錄的 LJMP D1 ；值輸?shù)斤@示管中D2： CLR R1 MOV 30H,R1MOV A,31H INC A ；判斷31H（即十位值）中所記錄的值加CJNE A，#0AH，D3 ；1后若大于9，則調到D3進行百位數(shù)值MOV 31H， A ；增一，若不大于9，則將十位值保存于 CALL DISP ；31H中 LJMP D1D3： CLR A MOV 31H,A MOV A,32H INC ACJNE A,#0AH,D4 MOV 32H,A CALL DISP L

53、JMP D1D4： CLR A MOV 32H, A MOV A,33H INC A CJNE A,#0AH,D5 MOV 33H,A CALL DISP LJMP D1D5： CLR A MOV 33H, A ；判斷最高位第五位中的值加一后是否 MOV A,34H ；大于9，若大于9，則回到程序初始化 INC A ；處，進行清零，將程序重新開始若不大 CJNE A,#0AH,MAIN ；于9，將值保存在34H中，調用顯示子MOV 34H,A ； 程序 CALL DISP LJMP D1DISP： MOV A,34H ADD A,# 40H ；D5數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；

54、顯示D5CALL DELAY ；掃描延時MOV A,33HADD A,#30H ；D4數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D4CALL DELAY ；掃描延時MOV A,32HADD A,#20H ；D3數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D3CALL DELAY ；掃描延時MOV A,31HADD A,#10H ；D2數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D2CALL DELAY ；掃描延時MOV A,30HADD A,#00H ；D1數(shù)據(jù)值加上74138掃描值MOV P0,A ；顯示D1CALL DELAY ；掃描延時RETDELAY：MOV R7,

55、#06 ；顯示器掃描時間X1： MOV R6,#248 DJNZ R6,S DJNZ R7,X1RETINT1： INC R1 ；中斷1，使R1值加1 LJMP D1TIMO： CALL DISP ；定時調用顯示子程序 RET5.4 小結 本章重點介紹了系統(tǒng)的軟件設計。軟件設計主要包括系統(tǒng)程序設計思路、程序流程圖和程序清單三部分。通過這三部分的設計，可以使系統(tǒng)的軟硬件相結合，實現(xiàn)對硬幣的計數(shù)。結 論硬幣清分計數(shù)機計數(shù)部分設計是本文的重點部分之一，也是硬幣清分機的重要組成部分。在計數(shù)方面采用了光電傳感器進行對硬幣的檢測，與渦流法相比其結構更簡單。由于光電傳感器與硬幣是非接觸型的，從而能達到很高的

56、計數(shù)速度。本次設計的另一個重點是如何將傳感器的輸出信號（硬幣落入到光電傳感器中的個數(shù)）在單片機的處理之下通過段譯碼器7447和位譯碼器74ALS138將數(shù)據(jù)顯示到LED中，主要是通過程序的設計實現(xiàn)的。采用光電傳感器計數(shù)在速度上能夠達到很高的要求，但是對硬幣的識別方面上還存在很大的缺陷。采用電渦流法在一定程度上彌補了這一缺陷，但是它設計復雜，而且成本高。隨著技術的不斷發(fā)展，硬幣清分計數(shù)機將向高速度、高識別能力和微型體積等方面發(fā)展。參考文獻1 張麗娟.基于DSP的高速硬幣清分系統(tǒng)D.南京航空航天大學，2005.2 潘春嶺.基于PC104總線的高速硬幣清分機研制D.南京航空航天大學，2007.3 郎

57、家峰.硬幣檢測清分系統(tǒng)研究D.南京航空航天大學，2005.4 馬西秦.許振中.自動檢測技術M.機械工業(yè)出版社，2000.97-108.5 林洪貴.基于分離盤的硬幣清分機實例介紹J.福建：集美大學,2007.6 郭星.商云男.ST800A型硬幣清分機造型設計研究J.邯鄲：河北工程大學，2007.7 李好博.枸杞分級自動計數(shù)系統(tǒng)的設計J.天津：南開大學，2008.8 肖麗英.YB5O全自動硬幣計數(shù)、包卷機的研制J.北京：清華大學，2003.9 王煜東.傳感器應用電路400例M.中國電力出版社，2008.256-257.10 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應用M.清華大學出版社，2001.1-2,161-163.11 張毅剛，彭喜源.MCS-51單片機應用設計M.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997.7-10,21-22.12 韓志軍，沈晉源,王振波.單片機應用系統(tǒng)設計M.機械工業(yè)出版社，2005.2-12.13 張毅剛，彭喜源,董繼成.單片機原理及應用M.高等教育出版社，2003.10-12.14 秦龍.MSP430單片機M.中國電力出版社，2005.165-167 .15 TMS320VC5402 and TMS320VC5402 Bootloader,SPRA618,TI,2000.16 Z.Liu,K