基于单片机的公交车硬币分拣计数器的设计

苏依顺



基于单片机的公交车硬币分拣计数器的设计

苏依顺

（浙江交通职业技术学院，浙江 杭州 311112）

随着无人售票、自动售货机的推广，硬币的流通大大增加，尤其是公交公司和金融部门每天需要对大量的硬币进行分类、清点，工作量巨大。文章设计的公交车硬币分拣机采用单片机为核心控制单元，结合传感器技术和相应机械结构完成硬币的分拣和包装工作，并完成对硬币种类和数量的实时监控和显示功能。文章详细介绍了系统的硬件和软件设计，经测试表明，该系统能够实现硬币的分离和分类功能，并能对硬币的种类和数量进行实时监控，符合当前公交车的功能和性能需求。

分拣；监控显示；单片机

前言

当前，硬币以其成本低、流通次数多、耐磨、易回收等不可替代的优势占据着小额货币市场。[1]本文研制了一种公交专用的硬币分拣装置，整个装置的操作可以通过操作控制面板来控制。硬币输送通道的底部设有用于输送硬币的硬币输送槽，硬币输送槽的中部设有可调输送速度的硬币挡板，分级斜槽与分离筒下端中心的出口连接，分级斜槽内部设有挡板将斜槽分成三个通道。旋转挡板可以控制不同类型的硬币进入不同的计数分级溜槽。硬币计数装置测量通过的硬币数量，硬币包装装置位于整个装置的底部，通过出口机构将包装好的钱从整个装置输出。该系统不仅可以完成所有硬币的分拣，而且可以实时监控和显示硬币的种类和数量。该装置采用触摸屏作为交互媒介，可以准确、快速地对大量硬币进行分类，还可以实现硬币分类后的包装。装置工作效率高，硬币分拣快，系统结构简单，可靠性高，成本低，具有非常重要的市场价值。

1 系统总体设计

公交硬币分拣机的工作过程大致为：将硬币投入投币口，硬币沿输送槽滑入，输送槽中间的硬币挡板调节输送过程。分离筒有两层嵌套，外层与内层隔开一定距离，下部中心穿孔，内层完全被外层覆盖，内层有硬币通过孔，内层有硬币通过内板旋转分离，硬币从硬币孔中飞出，落入分离筒外底部的内壁，然后从底部中心孔进入计数分类滑道中。打开相应的单独硬币通道，进入集币口。传感器在电容屏上计数并显示金额，硬币通过溜槽进入包装机构。包装机构还包括透明中空塑料圆柱筒，底部封闭，上部打开，包装机构可使硬币整齐落入圆柱筒内，筒体下方设有传感器，检测圆柱筒是否装满。当传感器检测到硬币筒装满时，转台移离筒体。从而实现机械化智能控制、自包装和分拣速度。

2 硬件设计

2.1 机械设计

基于单片机的硬币分拣计数器，包括操作控制面板、硬币传送通道、分离桶、计数和包装机构。[2]操作控制面板是一个触摸屏，可以控制整个设备，操作控制面板设置在硬币输送通道的前方。硬币输送通道位于整个装置的顶部。硬币输送通道具有硬币存放槽，硬币输送通道的下端设有硬币输送槽，硬币输送槽的中间设有可调节输送过程的硬币挡板，当装置关闭时，硬币挡板与硬币输送槽的纵截面重合，当装置打开时，硬币挡板从硬币输送通道的槽中出来。分离筒是内部和外部嵌套的两层装置。内层设有硬币通孔，内层外侧设有可调孔径板。计数分级滑块与分离筒的底部出口连接，内部设有挡板，挡板将计数分级溜槽分成三个通道，挡板允许不同种类的硬币进入溜槽，计数分级溜槽上设有对通过的硬币数量进行计数的传感器，计数分级溜槽的底部出口与计数分级溜槽的底部出口连接；封装机构位于整个装置的底部。

图1 配电图

2.2 电源电路设计

本装置通过S-250W-24V-10A开关电源模块为整机供电，DC24V为电机2供电，DC24V通过DC-DC隔离电源模块为电机1供电，DC12V通过LM2596模块为控制面板、舵机、单片机供电，配电图如图1所示。

2.3 硬件电路设计

基于单片机的硬币分拣计数器是一种自动化程度较高的复杂机电设备。采用STM32F103C8T6单片机可以实现多路信号采集和控制、控制电机和转向器三个主要功能单元的运动，总体设计如图2所示。使用光电传感器E18-D80NK来对硬币的数量进行计数。计数原理：光电传感器计数的过程实际上就是获得脉冲源的过程。[3]当有物体通过光路时，接收器输出为高电平，否则为低电平，接收器电平信号由电压比较器传输给CPU，当输送机将被测对象送往检测点时，探头接收器把信号送往微控制器P3.2端口，启动计数器并开始计数，微控制器芯片将每次红外阻塞转换成电信号，在原值中增加1，并将计数后得到的数据显示到操作控制面板。

图2 总体设计

3 软件设计与测试

3.1 软件设计

图3 数据采集程序流程图

软件设计主要涉及数据采集、设备启动和设备的第一次初始配置。数据采集程序流程图如图3所示，采用STM32F 103C8T6单片机作为系统的控制器并被安装在三个导槽中，通过三个E18-D80NK光电传感器来分别扫描三种硬币。当检测到有硬币时，三个传感器分别产生信号并将相应的信号传送给单片机，分别求出通过各导向槽的硬币的个数。最后，单片机记录通过各导槽的硬币数量，然后将硬币数量和总额显示在控制面板上，便于工作人员查看。由于控制面板扫描频率快，所以可以实时计数硬币的数量，符合当前公交车的功能和性能需求。

3.2 系统测试

测试主要包含三个终端传感器节点，结果表明该系统的测量误差很小，硬币数据指示误差在0-1之间，数据具有较高的一致性，满足实际使用要求。各种数据采集终端实时传输到监控中心进行集中监控，实时显示硬币种类和数量，节省人力和时间成本，提高工作效率。

4 结语

本设计解决了硬币的分类问题，并开发了基于单片机的公交硬币分类计数器。该装置采用触摸屏作为交互式媒介，能够准确、快速地对大量硬币进行分类，并能实现硬币分类后的包装。本装置工作效率高，硬币分拣速度快。同时，装置结构简单，成本低，节省人力、物力消耗，达到了最佳的硬币分拣效果，实现了硬币分拣、计数、收集的功能，改善了硬币分拣设备存在的缺陷，提高了工作效率。

[1] 严米英.供应链应用系统设计精髓[M].北京:中国铁路出版社. 2001.

[2] 唐林虎.机械设计基础[M].北京:电子工业出版社.2013:74-184.

[3] 田玉鹏.传感器理论[M].第三版.北京科学出版社.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

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1671-7988(2019)05-121-03

U462

苏依顺 ( 1988.09- ) ，男，浙江苍南人，助教，硕士研究生，自动控制和工业互联网研究方向。

2017年浙江省大学生科技创新（新苗人才）项目( 8J87180806)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.036