基于STM32的自動(dòng)硬幣分揀機(jī)設(shè)計(jì)

張曦予 趙春輝

摘 要：為解決硬幣分類整理困難這一問題，設(shè)計(jì)了一種性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單的自動(dòng)硬幣分揀機(jī)構(gòu)，為了提高分揀效率采用雙通道方式進(jìn)行分揀，且兩通道可同時(shí)進(jìn)行分揀，并采取孔篩方式對硬幣進(jìn)行分類；基于STM32設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)，利用LabVIEW設(shè)計(jì)了上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)以及硬幣計(jì)數(shù)、LCD液晶顯示等功能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的硬幣分揀機(jī)構(gòu)合理，可適應(yīng)各行業(yè)清點(diǎn)整理零鈔的需求，為自動(dòng)硬幣分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：STM32控制系統(tǒng)；硬幣分揀；串口通信

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.31.089

0 引言

硬幣作為一種流通貨幣因其數(shù)量的巨大而導(dǎo)致分揀的麻煩。傳統(tǒng)硬幣分揀方式主要是人工分揀，這種方法效率低且耗時(shí)，雇傭成本較高。隨著社會(huì)的發(fā)展，智能裝備的快速發(fā)展也為硬幣分揀設(shè)備開發(fā)與制造帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。如何高效率、低成本、高精度分揀硬幣，為硬幣分揀機(jī)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。硬幣分揀機(jī)從利用硬幣的直徑及厚度等非機(jī)械式分揀，逐步發(fā)展為機(jī)械類的硬幣分揀機(jī)、離心硬幣分離機(jī)、電磁振動(dòng)硬幣分離機(jī)等。

國外硬幣分揀機(jī)在分揀效率、分揀精度以及智能化程度方面具有較大優(yōu)勢，而國內(nèi)硬幣分揀機(jī)的研究起步較晚，產(chǎn)品方面存在著分揀速度慢、分類不徹底，工作噪音大，不夠環(huán)保等問題。

本文針對上述問題，設(shè)計(jì)了一種基于STM32控制系統(tǒng)的自動(dòng)硬幣分揀機(jī)，離心分離與傳統(tǒng)孔洞分離結(jié)合，由離心產(chǎn)生靠近外緣的硬幣運(yùn)動(dòng)，來落入大小不一的孔中，在孔道內(nèi)部裝有相關(guān)的傳感器，再通過單片機(jī)植入的公式程序，從而自動(dòng)計(jì)算出硬幣進(jìn)入收納盒的個(gè)數(shù)，通過頂部的LCD顯示屏顯示出各硬幣收納盒中的硬幣個(gè)數(shù)和總價(jià)。該機(jī)構(gòu)滿足硬幣分揀效率高、分類徹底等要求，并且克服了噪音大、不環(huán)保等問題，解放了勞動(dòng)力。

1 自動(dòng)硬幣分揀機(jī)總體設(shè)計(jì)

如圖1，為了更高效的利用機(jī)器內(nèi)部空間并加快硬幣分揀效率，將機(jī)器設(shè)計(jì)成雙通道分揀硬幣，即兩個(gè)完全相同的硬幣分揀通道同時(shí)工作。每個(gè)分揀通道都可以分為七個(gè)部分，分別為：硬幣投入口、防堵塞裝置、待分揀管道、撥盤、分篩軌道、計(jì)數(shù)裝置和收納裝置。自動(dòng)硬幣分揀機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

自動(dòng)硬幣分揀機(jī)由上部的收集漏斗收集要分離的硬幣，通過伸縮裝置使硬幣進(jìn)入中部的分離盤中，通過離心力作用使每個(gè)硬幣貼近外圓盤被分離轉(zhuǎn)盤推動(dòng)，由于每種硬幣的大小不同，硬幣會(huì)通過大小不同的入口進(jìn)入底部的收集盒中，在此過程中，傳感器會(huì)對硬幣通過的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且同步到LCD顯示屏上，完成硬幣的分離與收集。

2 自動(dòng)硬幣分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片選取

主控芯片是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，控制系統(tǒng)選用中低端的32位STM32F微控制器，并集成定時(shí)器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多種功能，工作頻率高。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

由于STM32主控芯片的輸出功率較小，不能完成對直流電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)，所以選取系統(tǒng)集成度較高的L298N芯片對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，方便接受單片機(jī)控制，如圖2所示。

2.3 計(jì)數(shù)傳感器信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用LM339電壓比較器對三極管輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。利用LM339方便組成各種電壓比較器電路和振蕩器電路。電壓調(diào)節(jié)由可變電阻來完成，傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，輸出端與主控芯片相連，觸發(fā)主控芯片的外部中斷并對硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)，如圖3所示。

2.4 槽型光耦選取

光耦一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。光耦的光發(fā)射源為紅外線發(fā)光二極管，將電能轉(zhuǎn)換為特定波長的光，在發(fā)射源及接收器之間會(huì)有封閉式的光通道，接收器是光感測器，感測特定波長的光，可能直接轉(zhuǎn)換成電能量，也可能由此信號(hào)調(diào)變外部電源提供的電流。因此選用發(fā)光二極管作光感測元件，即對稱性雙向光耦合器。傳感器將光耦的發(fā)射端與接收端分開，并在中間增加一個(gè)凹槽。在硬幣通過凹槽時(shí)，輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生一次負(fù)跳變，這一跳便會(huì)被主控芯片識(shí)別并觸發(fā)外部中斷，從而對硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2.5 自動(dòng)硬幣分揀機(jī)控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)

為了讓用戶方便使用將控制系統(tǒng)與PC上位機(jī)直接相連，采用RS-232串口通信協(xié)議進(jìn)行通信。上位機(jī)軟件采用LabVIEW進(jìn)行編程方面的設(shè)計(jì)，統(tǒng)計(jì)的硬幣數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中方便統(tǒng)計(jì)。

上位機(jī)軟件中直接對硬幣分揀機(jī)進(jìn)行操作，通過串口通信協(xié)議發(fā)送命令給到STM32芯片，從而控制硬幣分揀機(jī)完成運(yùn)轉(zhuǎn)或停止，硬幣的統(tǒng)計(jì)數(shù)量通過串口通信協(xié)議傳輸給上位機(jī)并在計(jì)算機(jī)中顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。圖4為上位機(jī)軟件的用戶界面。

3 結(jié)語

針對現(xiàn)有硬幣分揀耗時(shí)長、分類不徹底的問題，通過分析工作機(jī)理，設(shè)計(jì)了一種基于STM32控制系統(tǒng)的自動(dòng)硬幣分揀機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，引入STM32單片機(jī)，串口通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對多種硬幣的快速分類、精準(zhǔn)計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的硬幣分揀機(jī)構(gòu)合理，可適應(yīng)各行業(yè)清點(diǎn)整理零鈔的需求，為自動(dòng)硬幣分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考。

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