一款简易带抽奖功能的自动投币推币机设计

杨 咪，曾新红，欧建江，林文浩，曾建满，陈浩珺

（广州航海学院 电气工程系，广东 广州 510725）

随着人们物质生活的不断改善，精神需求类的产品也慢慢进入人们的生活。尤其是单片机技术的发展，引领着电子产品向智能化和微型化方向发展，单片机已毫无疑问成为电子产品研制和开发中首选的控制器。在消遣游玩中，人们对孩子的娱乐需求也是尽量满足，各种娱乐场所中，以游戏币为载体的游戏机极受欢迎。本文利用单片机与步进电机相结合设计了一款用于娱乐的自动投币推币机，是一种通过电路芯片的编程控制，从而使步进电机进行来回推币操作的游戏玩乐推币机。

1 方案设计

本设计主要由单片机、LED 数码管、亚克力板和步进电机等部分组成。按键用于启动、复位、选币和获取随机数。由用户通过连接单片机的按键进行操作[1]。通过抽奖按键来进行投币的自动输入。

主要元器件是单片机STC89C52 和带有减速装置的28BYJ-48 单极性步进电机。STC89C52 芯片是一种低电压、高性能的8 位微控制器。它含有40 个引脚，除了电源引线和时钟引脚外，还有四个8 位可编程输入/输出口，以及三个16 位定时/计数器，一个全双工串行通信口，内部含有8 个中断源，还内含振荡器及时钟电路。单片机晶振电路采用12 兆赫兹时钟；复位电路采用常用按键复位，按下按键即可恢复初始状态；由于P0 是开漏输出，当输出高电平时是没有输出的，因此设计在P0 口加上10 kΩ 的上拉电阻，即可正常使用。控制电路如图1 所示。

图1 控制电路图

28BYJ-48 单极性步进电机是带有四级减速的步进电机，内部结构如图2 所示。28BYJ-48 步进电机有单四拍（A-B-C-D-A）、双四拍（AB-BC-CD-DA-AB）和八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）的工作模式[2]。根据28BYJ-48 的参数表，四相八拍的步距角为5.625°，因为电机要带动推板，为了获得较大的转矩，本设计采用的是双四拍的工作模式，步距角增大一倍为11.25°，双四拍模式两相同时通电，扭矩会比单四拍模式大，而相同的通电时间下运行速度比八拍的要快。电机的减速比为1∶64，也就是步进电机转子转64 圈，输出轴才转一圈，由步进电机转一圈需要的拍数为360°/11.25°=32 拍，输出轴需要64×32=2048 个节拍[3]，才转过一圈。在程序设计时，一个for 循环内有4 个节拍，2048 个节拍，因此需要执行512次for 循环输出轴才会转动一圈。由于电机内部有误差，在实际测量后最终选择执行513 次for 循环。

图2 步进电机

2 程序设计与实物模型

系统上电，步进电机1 启动旋转。然后通过按下按钮来抽选自动投放的硬币数量（1～3 枚），最后通过下方的步进电机2 进行推币，完成一个自动推币自动流程。程序流程图如图3 所示。投币后，按随机抽取键（S1 键）对应P3.5 接口，步进电机2 凭随机获取的数字推出对应数字币。获取的币数由随机数决定，推出的币可能比投放的多，也可能少。

图3 自动推币流程图

程序设计如下[4]。

根据设计流程进行实物组装，投币容器采用亚克力板制成圆形筒状容器，机身采用硬塑料小型积木块制成，构成推币平台和接币室，机身上方采用硬纸板，中间打孔和隔层，夹层中放置可移动动纸板，由步进电机1 推动其封孔或透孔，以控制投币，随后由步进电机2，根据随机抽取数带动推板出币。

经过调试试验，该设备能较好地完成游戏设想。实物模型如图4 所示。

图4 推币机实物图

3 结束语

利用单片机设计的一款带抽奖功能的投币机，不仅体现了专业知识的学以致用，提升了动手操作能力，还实现了较好的娱乐效果，给大学生课余活动增添了一份色彩。