基于单片机的自动化硬币分拣找零系统设计

本设计基于51内核的单片机STC5410AD的高识别率硬币识别装置，主要应用于各公共营业场所，如各超市，自动售货机，公共交通等。它应该能完成一角（分新版旧版），五角，一元硬币的识别，并高效率筛选假币，游戏币并将识别情况实时显示等功能，同时具有精度高、功耗低、抗干扰能力强等特点。 

01总体方案设计

 本文主要从硬件和软件两部分来设计整个系统和功能的实现。硬件方面：为满足对硬币高识别率的要求，采用8位单片机、电磁传感器、激光传感器、LCD12864。

系统的核心是基于51内核的单片机，以模块化的设计方法将装置的硬件按功能分为几大模块进行设计，分别为：电源模块、电磁传感器模块、激光传感器模块、显示模块、滤波放大模块、A/D转换、控制模块。

电源模块为系统提供电源，电磁传感器形成涡流效应，实现对真假硬币的鉴别，激光传感器检测硬币的有无和硬币大小的直径信息，利用芯片内部A/D转换电路把模拟量转换成数字量，控制模块是利用舵机来控制对硬币的筛选，显示模块是将硬币真伪和交易过程和找零结果显示出来。

02 单片机最小系统设计

 单片机最小系统，是指用最少的元器件组成单片机可以工作的应用系统。对S51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、时钟电路、复位电路。

最小系统中复位电路的电容C3的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10uF左右极性电容，单片机最小系统的电容值越大复位的时间越短。

在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

03 显示电路设计

本设计用LCD12864显示出商品价格，硬币真伪，交易过程和找零结果。

04 键盘电路设计

 独立式键盘中，各按键相互独立，互不影响，每个按键都连接一根输入线，每根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。根据输入线的电平状态就可以判断按键是否被按下了。

键盘所对应的功能：

05 控制模块电路设计

 控制模块是用舵机来控制对硬币的筛选，控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。

最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。

用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度，改变舵机的位置。

06 硬币检测电路设计

通过对低频透射式传感器与高频反射式传感器的分析可知，低频透射式电磁传感器采用低频激励，可以得到比较大的贯穿深度，可用来测量金属材质的厚度，根据高频反射式电磁传感器的涡流贯穿深浅度的不同，来检测硬币表面镀层的材质和纹理特征。

电磁传感器的引脚1接地，引脚3连接电源，引脚2连接op07运算放大器集成电路，电磁传感器的输出电压高于5V，而单片机的最高输入电压为5.2V，所以需要把电磁传感器的高于5V的电压降压，通过op07运放线压缩放，将电压降压到1～4V左右。保证电路正常工作。电磁传感器与op07运放连接图如图所示：

利用激光传感器通过硬币对光的遮挡检测硬币的有无，利用此原理检测硬币是否被投入进去。如果使硬币在通过检测管道时初速度固定, 以直径为测量长度, 那么硬币在管道中通过的时间是一定的,即在不考虑摩擦力的情况下, 硬币的直径距离与通过时间成平方关系。

由于不同面值的硬币大小不同，根据检测硬币直径的大小来判断硬币的大小。激光传感器连接图如图所示：

07 系统主程序设计

 开启系统，系统处于待机状态，用户开始对商品进行选择，选择商品后投入硬币，通过电磁传感器，利用电涡流效应测量通过硬币时产生的振荡频率信号，再通过A/D转换成电压信号被读出，从而判断硬币的材质，鉴别出硬币的真伪，再通过激光传感器来检测硬币直径的大小，从而检测出硬币的大小。

在检测完硬币之后，是否达到交易额，如果达到，系统提示交易成功，如果需要找零，系统显示找零结果。实现找零功能，或继续交易，或关闭交易。如果是假硬币，则提示信息。

08 硬币识别系统设计

 通过电磁传感器和激光传感器来检测硬币的真伪和大小，当硬币通过投币入口进入特定高频振荡线路，产生变化的磁场,金属材质的不同和体积的不同对电感量的也会产生微弱的影响，电感量的变化会引起振荡频率的变化,再通过检测频率的变化,与设定值进行比较,确定某种硬币种类后,经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出,完成对金属硬币的识别。

09 商品选择和找零系统程序设计

 进入系统，进行商品选择，在用户确定之后，开始投币，检测硬币真伪和大小，在确定之后判断交易额是否达到，如果达到则显示交易成功，如果需要找零，则显示找零结果，完成找零后结束交易。

本课题设计的自动硬币售货装置具有精度高、结构简单、使用方便等特点。此装置可以识别硬币，鉴别硬币真伪，售货并显示交易过程。可用于超市，车站等公共场所进行售货。