基于光电传感器的自动硬币分拣装置

杨张帆

（长春理工大学光电信息学院，吉林长春130000）

基于光电传感器的自动硬币分拣装置

杨张帆

（长春理工大学光电信息学院，吉林长春130000）

自动硬币分拣装置的基本功能是把常用的不同面额的硬币（1元、5角和1角）进行区分收集。本装置分拣硬币的功能通过光电传感器测量不同面额不同的硬币直径来完成。试验表明，采用光电传感器的自动硬币分拣系统实现了对不同面额硬币的分拣功能。系统体积小、成本低、性能稳定可靠。

硬币区分；光电传感器；自动分拣；8051单片机

随着小面值的纸币（1元、5角、1角）的停产，硬币的使用率会变得越来越高。但是由于人工清点硬币的工作存在着成本大、利润小、易出错等问题，硬币清点自动化将必然成为社会的迫切需求，因此市场亟需一种成熟可靠的硬币自动分拣装置[1]。基于市场需求的考虑，本文设计了一种利用光电传感器对硬币进行自动区分和收集的装置。装置整体分别由硬币识别模块、自动收集模块和单片机自动控制系统三部分构成。识别模块包括一条可以令硬币依靠重力下滑的与水平面有一定倾角的轨道和安装在轨道上的四组红外对管组成；自动收集模块由舵机和硬币收纳盒组成；整个系统通过单片机进行自动控制。当一枚硬币投入装置，下滑通过传感器时，传感器会根据硬币尺寸的不同（见表1）输出不同的信号，传输到由单片机控制的自动控制系统，再由自动控制机把处理过的信号发送给自动收集模块，从而达到区分硬币面值并加以分类收集的作用。

表1 第五套人民币硬币标准参数[2]

1 单片机的选择

本设计采用宏晶公司生产的STC89C51单片机进行系统整体的控制。STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80 MHz，片内含4K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C51RC系列单片机是单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线/精简指令集结构，内部集成MAX810专用复位电路。此单片机功能完整，成本低廉，满足设计需要。

2 传感器的选择

传感器采用了台湾亿光电子（EVERLIGHT）生产的红外对管，包括红外发射管IR333C-A和红外接收管PT334-6B.本设计的主要优点在于体积小，结构简单和成本低廉，而红外对管传感器则完全可以满足设计需求。所谓红外对管是红外发射管和红外接收管的统称，它是一种在自动检测和自动控制中常用到的光电传感器。在实际应用中，发光元件和受光元件常以一定方式进行组装，利用被测物体通过其间所引起的光量变化检知物体的存在与否以及物理量的变化。红外对管由一个红外发射二极管和一个红外敏感三级管组成，其基本工作原理如图1所示。红外二极管发出一定波长的红外辐射。当发射管和接收管之间没有障碍物时，红外敏感三极管由于接收到红外辐射而导通，输出电平为低；当发射管和接收管之间有障碍物时，红外敏感三极管截止，输出电平为高，因而利用其输出电平的高低很容易判断红外对管之间有无障碍物[3]。

图1 红外对管电路

3 硬币的识别模块与区分原理

设计如（图2）所示，3对对管并列排放，假设对管相对于下边线高度为h.对管1处于1角硬币直径以内的高度，即h1＜19；对管2处于高于1角硬币直径低于5角硬币直径的位置，即19＜h2＜20.5；对管3处于高于5角硬币直径低于1元硬币直径的位置，即20.5＜h3＜25[4].如此，当一角硬币通过传感器时，只会遮住挡对管1的信号而无法遮挡对管2和对管3的信号，因此此时对管1输出高电平，对管2和对管3输出低电平；当5角硬币通过传感器时，会遮挡对管1和对管2的信号而不会遮挡对管3的信号，故此时对管1和2输出高电平，对管3输出低电平；同理，当1元硬币通过传感器时，会遮挡全部三组对管，因而此时三组对管均输出高电平[5]。这三种不同的信号会发送给单片机，并有单片机中编译好的程序进行对硬币的识别。

图2 传感器识别模块

4 分离系统的设计与分离原理

分离系统由3个舵机，滑道以及硬币收纳盒组成。滑道上设置有三个分别对应三种硬币直径的孔，孔的开合又由舵机控制。在孔的下方则设置有与该孔尺寸相配合的硬币收纳盒，来收集该孔所对应面值的硬币。运行原理是：初始时，三个舵机与孔的配的都为闭合状态。硬币由入口投入装置，当前端传感器检测出硬币面值后，发送信号至单片机，单片机通过程序识别出硬币面值后，给相应舵机发出匹配的PWM信号使对应的舵机转动一定角度（使硬币能够通过为准）；当硬币下滑至此舵机对应的孔的位置时，由于舵机处于打开状态，硬币从孔下落进入收纳盒，而后舵机闭合。其中，舵机采用9克的辉胜SG90舵机，舵机由PWM信号控制悬臂的扭转，从而对硬币下落的开孔进行开合控制。图3所示图4所示。

图3 舵机电路图

图4 运行流程图

4 结束语

相比较市场上类似功能的设备，本设计成本极低且易于维护修理。经过数次实验证明，此设计能够快速、精确的完成硬币的分拣工作。

[1]郭玉，李彦梅，王鹏等。基于电涡流传感器的硬币辨伪系统的设计[J]。传感技术学报，2012，22（4）：557-560.

[2]中国人民银行益阳市中心支行课题组。纸币和硬币的磨损规律——对益阳市流通领域中纸币和硬币磨损规律的调查[J].金融经济（理论版），2014，43（2）：35-37.

[3]周隽，许江宁，孙振宇等.基于LabVIEW的交流伺服电机转速测试方法研究和设计[J].船电技术，2009（3）：57-60.

[4]周庆曙，陈劲杰，徐希羊等.基于机器视觉的硬币清分技术[J].通信电源技术，2015，19（4）：74-77.

[5]张京保，马国平.TBH-522型PSM短波广播发射机功率控制板故障的判断及处理[J].西部广播电视，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

杨张帆（1994-），男，河南鹤壁人，本科生在读。研究方向：光电科学与工程。