楊張帆

（長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130000）

基于光電傳感器的自動(dòng)硬幣分揀裝置

楊張帆

（長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130000）

自動(dòng)硬幣分揀裝置的基本功能是把常用的不同面額的硬幣（1元、5角和1角）進(jìn)行區(qū)分收集。本裝置分揀硬幣的功能通過(guò)光電傳感器測(cè)量不同面額不同的硬幣直徑來(lái)完成。試驗(yàn)表明，采用光電傳感器的自動(dòng)硬幣分揀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同面額硬幣的分揀功能。系統(tǒng)體積小、成本低、性能穩(wěn)定可靠。

硬幣區(qū)分；光電傳感器；自動(dòng)分揀；8051單片機(jī)

隨著小面值的紙幣（1元、5角、1角）的停產(chǎn)，硬幣的使用率會(huì)變得越來(lái)越高。但是由于人工清點(diǎn)硬幣的工作存在著成本大、利潤(rùn)小、易出錯(cuò)等問(wèn)題，硬幣清點(diǎn)自動(dòng)化將必然成為社會(huì)的迫切需求，因此市場(chǎng)亟需一種成熟可靠的硬幣自動(dòng)分揀裝置[1]。基于市場(chǎng)需求的考慮，本文設(shè)計(jì)了一種利用光電傳感器對(duì)硬幣進(jìn)行自動(dòng)區(qū)分和收集的裝置。裝置整體分別由硬幣識(shí)別模塊、自動(dòng)收集模塊和單片機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成。識(shí)別模塊包括一條可以令硬幣依靠重力下滑的與水平面有一定傾角的軌道和安裝在軌道上的四組紅外對(duì)管組成；自動(dòng)收集模塊由舵機(jī)和硬幣收納盒組成；整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)一枚硬幣投入裝置，下滑通過(guò)傳感器時(shí)，傳感器會(huì)根據(jù)硬幣尺寸的不同（見(jiàn)表1）輸出不同的信號(hào)，傳輸?shù)接蓡纹瑱C(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，再由自動(dòng)控制機(jī)把處理過(guò)的信號(hào)發(fā)送給自動(dòng)收集模塊，從而達(dá)到區(qū)分硬幣面值并加以分類收集的作用。

表1 第五套人民幣硬幣標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)[2]

1 單片機(jī)的選擇

本設(shè)計(jì)采用宏晶公司生產(chǎn)的STC89C51單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)整體的控制。STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為80 MHz，片內(nèi)含4K Bytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買通用編程器，而且速度更快。STC89C51RC系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。此單片機(jī)功能完整，成本低廉，滿足設(shè)計(jì)需要。

2 傳感器的選擇

傳感器采用了臺(tái)灣億光電子（EVERLIGHT）生產(chǎn)的紅外對(duì)管，包括紅外發(fā)射管IR333C-A和紅外接收管PT334-6B.本設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉，而紅外對(duì)管傳感器則完全可以滿足設(shè)計(jì)需求。所謂紅外對(duì)管是紅外發(fā)射管和紅外接收管的統(tǒng)稱，它是一種在自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制中常用到的光電傳感器。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)光元件和受光元件常以一定方式進(jìn)行組裝，利用被測(cè)物體通過(guò)其間所引起的光量變化檢知物體的存在與否以及物理量的變化。紅外對(duì)管由一個(gè)紅外發(fā)射二極管和一個(gè)紅外敏感三級(jí)管組成，其基本工作原理如圖1所示。紅外二極管發(fā)出一定波長(zhǎng)的紅外輻射。當(dāng)發(fā)射管和接收管之間沒(méi)有障礙物時(shí)，紅外敏感三極管由于接收到紅外輻射而導(dǎo)通，輸出電平為低；當(dāng)發(fā)射管和接收管之間有障礙物時(shí)，紅外敏感三極管截止，輸出電平為高，因而利用其輸出電平的高低很容易判斷紅外對(duì)管之間有無(wú)障礙物[3]。

圖1 紅外對(duì)管電路

3 硬幣的識(shí)別模塊與區(qū)分原理

設(shè)計(jì)如（圖2）所示，3對(duì)對(duì)管并列排放，假設(shè)對(duì)管相對(duì)于下邊線高度為h.對(duì)管1處于1角硬幣直徑以內(nèi)的高度，即h1＜19；對(duì)管2處于高于1角硬幣直徑低于5角硬幣直徑的位置，即19＜h2＜20.5；對(duì)管3處于高于5角硬幣直徑低于1元硬幣直徑的位置，即20.5＜h3＜25[4].如此，當(dāng)一角硬幣通過(guò)傳感器時(shí)，只會(huì)遮住擋對(duì)管1的信號(hào)而無(wú)法遮擋對(duì)管2和對(duì)管3的信號(hào)，因此此時(shí)對(duì)管1輸出高電平，對(duì)管2和對(duì)管3輸出低電平；當(dāng)5角硬幣通過(guò)傳感器時(shí)，會(huì)遮擋對(duì)管1和對(duì)管2的信號(hào)而不會(huì)遮擋對(duì)管3的信號(hào)，故此時(shí)對(duì)管1和2輸出高電平，對(duì)管3輸出低電平；同理，當(dāng)1元硬幣通過(guò)傳感器時(shí)，會(huì)遮擋全部三組對(duì)管，因而此時(shí)三組對(duì)管均輸出高電平[5]。這三種不同的信號(hào)會(huì)發(fā)送給單片機(jī)，并有單片機(jī)中編譯好的程序進(jìn)行對(duì)硬幣的識(shí)別。

圖2 傳感器識(shí)別模塊

4 分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分離原理

分離系統(tǒng)由3個(gè)舵機(jī)，滑道以及硬幣收納盒組成?；郎显O(shè)置有三個(gè)分別對(duì)應(yīng)三種硬幣直徑的孔，孔的開(kāi)合又由舵機(jī)控制。在孔的下方則設(shè)置有與該孔尺寸相配合的硬幣收納盒，來(lái)收集該孔所對(duì)應(yīng)面值的硬幣。運(yùn)行原理是：初始時(shí)，三個(gè)舵機(jī)與孔的配的都為閉合狀態(tài)。硬幣由入口投入裝置，當(dāng)前端傳感器檢測(cè)出硬幣面值后，發(fā)送信號(hào)至單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)程序識(shí)別出硬幣面值后，給相應(yīng)舵機(jī)發(fā)出匹配的PWM信號(hào)使對(duì)應(yīng)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度（使硬幣能夠通過(guò)為準(zhǔn)）；當(dāng)硬幣下滑至此舵機(jī)對(duì)應(yīng)的孔的位置時(shí)，由于舵機(jī)處于打開(kāi)狀態(tài)，硬幣從孔下落進(jìn)入收納盒，而后舵機(jī)閉合。其中，舵機(jī)采用9克的輝勝SG90舵機(jī)，舵機(jī)由PWM信號(hào)控制懸臂的扭轉(zhuǎn)，從而對(duì)硬幣下落的開(kāi)孔進(jìn)行開(kāi)合控制。圖3所示圖4所示。

圖3 舵機(jī)電路圖

圖4 運(yùn)行流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

相比較市場(chǎng)上類似功能的設(shè)備，本設(shè)計(jì)成本極低且易于維護(hù)修理。經(jīng)過(guò)數(shù)次實(shí)驗(yàn)證明，此設(shè)計(jì)能夠快速、精確的完成硬幣的分揀工作。

[1]郭玉，李彥梅，王鵬等?；陔姕u流傳感器的硬幣辨?zhèn)蜗到y(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]。傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，22（4）：557-560.

[2]中國(guó)人民銀行益陽(yáng)市中心支行課題組。紙幣和硬幣的磨損規(guī)律——對(duì)益陽(yáng)市流通領(lǐng)域中紙幣和硬幣磨損規(guī)律的調(diào)查[J].金融經(jīng)濟(jì)（理論版），2014，43（2）：35-37.

[3]周雋，許江寧，孫振宇等.基于LabVIEW的交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試方法研究和設(shè)計(jì)[J].船電技術(shù)，2009（3）：57-60.

[4]周慶曙，陳勁杰，徐希羊等.基于機(jī)器視覺(jué)的硬幣清分技術(shù)[J].通信電源技術(shù)，2015，19（4）：74-77.

[5]張京保，馬國(guó)平.TBH-522型PSM短波廣播發(fā)射機(jī)功率控制板故障的判斷及處理[J].西部廣播電視，202014（2）：133-134.

Automatic Coin Sorting Device Based on Photoelectric Sensor

YANG Zhang-fan
（School of Optoelectronic Information，Changchun University of Science and Technology，Changchun Jilin 130000，China）

Automatic coin sorting device is the basic function of the commonly used coins of different denominations（1 yuan，the 5 angle and the angle of 1）to collect the distinction.The utility model has thefunctions of sorting coins，which can be used to measure the diameter of coins with different denominations.Thetest results show that the automatic coin sorting system based on photoelectric sensor realizes the sorting function of different denomination coins.The system has small volume，low cost，stable and reliable performance.

coin division；photoelectric sensor；automatic sorting；8051 MCU

TP23

A

1672-545X（2017）03-0259-03

2016-12-19

楊張帆（1994-），男，河南鶴壁人，本科生在讀。研究方向：光電科學(xué)與工程。