李玉蘭

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鎮(zhèn)江分院，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

基于單片機控制的點鈔機系統(tǒng)設(shè)計

李玉蘭

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鎮(zhèn)江分院，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

點鈔機是一個典型的機電一體化產(chǎn)品，單片機技術(shù)是實現(xiàn)點鈔機點鈔和顯示的關(guān)鍵。文章主要設(shè)計了基于單片機控制的點鈔機系統(tǒng)，讓學(xué)習(xí)者進一步了解點鈔機的工作過程。

點鈔機；單片機；光電傳感器

隨著單片機技術(shù)不斷發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品越來越多，如手機、數(shù)碼相機、智能公交顯示牌、點鈔機等。由于科技水平的不斷發(fā)展，以及物價的膨脹，現(xiàn)金流通規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的銀行工作人員清點現(xiàn)金工作越來越繁重，那么作為機電一體化產(chǎn)品的點鈔機就成為銀行工作人員必備的設(shè)備[1]。雖然點鈔機在日常生活非常常見，但是目前市面上的點鈔機比較容易出現(xiàn)點鈔錯誤和無法識別等問題，因此要真正明白點鈔機的工作原理，并進一步對點鈔機進行設(shè)計和優(yōu)化還是非常必要的。

1 點鈔機的發(fā)展狀況

隨著機電一體化技術(shù)的進步和發(fā)展，目前在市場上使用的紙幣識別機器主要分為以下3類[2]。

（1）驗鈔機（見圖1）：它主要是利用圖像識別技術(shù)，只能對紙幣的真?zhèn)芜M行檢驗，并且需要人工對鈔票進行引導(dǎo)，所以驗鈔效率非常低，對現(xiàn)金較多時使用率就很低。它只有驗鈔功能而沒有點鈔功能，因此主要使用在現(xiàn)金量較小的場所，比如菜市場、便利店以及各類零售點等。

圖1 驗鈔機外形

（2）點鈔機（見圖2）：它在驗鈔機的基礎(chǔ)上，添加了機械機構(gòu)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了點鈔機既有驗鈔功能，也具有點鈔功能。由于點鈔機實現(xiàn)了自動點鈔功能，大大提高了工作效率。在銀行和市面現(xiàn)金流通量大的地方很受歡迎，使用率較大。

圖2 點鈔機外形

（3）清分機（見圖3）：紙幣清分機，在點鈔機的基礎(chǔ)上，能自動、高效地完成現(xiàn)鈔的驗鈔、整點、清分處理工作的機電一體化設(shè)備。不但可以提高現(xiàn)鈔質(zhì)量，還可以保證ATM用鈔、流通鈔的質(zhì)量。作為銀行不可缺少的專業(yè)設(shè)備，清分機主要用于各大銀行的清分中心，而在一些小的銀行網(wǎng)點使用較少。

圖3 清分機外形

通過對以上3種具有驗鈔功能的設(shè)備分析可見，在日常生活中應(yīng)用最多、最普及的就是點鈔機，隨著國內(nèi)現(xiàn)金量流動的增加和一些不法分子制造偽鈔技術(shù)的提高，對點鈔機的系統(tǒng)進行設(shè)計和分析，以掌握其工作原理是非常需要的。

2 點鈔機的結(jié)構(gòu)組成

點鈔機是由捻鈔、出鈔、接鈔、機架、變壓器、電機、電子電路等多部分組成[3]，其剖面圖如圖4所示。

圖4 點鈔機結(jié)構(gòu)剖面圖

2.1 捻鈔部分

捻鈔部分主要由滑鈔板、送鈔舌、阻力橡皮、落鈔板、調(diào)節(jié)螺絲、捻鈔膠圈等組成。在正確計數(shù)前一張一張捻出鈔票是關(guān)鍵。捻鈔主要是從鈔面出鈔、連續(xù)分級來實現(xiàn)，其過程主要是：首先捻鈔膠圈捻走處于表面的一張鈔票，下面所有的鈔票被阻力橡皮粘住，使表面的鈔票與下面的鈔票分開，實現(xiàn)捻鈔。在整個點鈔機工作的過程中捻鈔過程不斷重復(fù)進行，直到捻完最后一張鈔票。

2.2 出鈔部分

出鈔部分主要由出鈔膠輪、出鈔對轉(zhuǎn)輪組成。當鈔票離開捻鈔膠圈，接著就會進入出鈔膠圈。而出鈔膠圈以捻鈔膠圈兩倍的線速度把連續(xù)送過來先到的鈔票與后面的鈔票有效地分開，并且不斷地把先送過來的鈔票送往計數(shù)器與檢測傳感器進行計數(shù)和辨?zhèn)巍?/p>

2.3 接鈔部分

接鈔部分主要由接鈔爪輪、脫鈔板、擋鈔板等組成。點驗后的鈔票一張張分別卡入接鈔爪輪的不同爪，由脫鈔板將鈔票取下并堆放整齊。

2.4 傳動部分

傳動部分由電動機通過傳動帶、傳動輪，將動力輸送給各傳動軸。它可采用單電機或雙電機驅(qū)動，若采用雙電機驅(qū)動易于實現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能。另外電機既可采用交流，也可采用直流電機。由于電機和變壓器的重量較大，如采用直流電機配合開關(guān)電源，可大大減輕整機重量。在點鈔機系統(tǒng)設(shè)計要考慮整機性能和重量時可以選用直流電機來完成傳動部分。

2.5 機架組件

機架組件主要是采用沖壓力邊板。采用這種設(shè)計的好處是機架的左、右邊板中相對應(yīng)精度較高的部分可以采用同一模具一次加工完成，提高了機架的裝配精度，降低了成本，也為運動中的鈔票得到有效識別提供了所需的定位精度。

2.6 電子電路部分

由主控部分、傳感器部件、驅(qū)燈組件、電源板等組成一個單片機控制的系統(tǒng)。通過單片機的多個接口，把紫光、磁性、紅外穿透、計數(shù)信號等引入主控器。把真鈔在清點過程中在各傳感器接收到的信號進行統(tǒng)計取樣、識別，并寄存起來，作為檢測的依據(jù)。當清點鈔票時，把所有接收到的信號參數(shù)與原寄存起來的信號參數(shù)進行比較、判斷。若有明顯差異時，應(yīng)立即送出報警信號并截停電機，同時送出對應(yīng)的信號提示[4]。

3 單片機控制的點鈔機系統(tǒng)的硬件分析

點鈔機是典型的機電一體化設(shè)備，融合很多機電技術(shù)，比如電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機技術(shù)和單片機技術(shù)等。目前市場上采用的點鈔機基本上采用單片機作為主控芯片，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)運行過程檢測與控制，如啟動與停止信號的檢測、傳感器信號的讀取與識別、計數(shù)脈沖的檢測、數(shù)碼管或液晶的顯示控制，偽鈔識別與報警的控制、交流電機和直流電機的驅(qū)動控制，故障報警信號的控制等。這些技術(shù)基本上都是單片機技術(shù)的典型應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備情況，選用YL-236型單片機裝置來完成基于單片機控制點鈔機的點鈔和顯示功能的設(shè)計[5-6]，其硬件模塊組成如圖5所示。

3.1 電源模塊

點鈔機的電源部分通過變壓器對交流220 V市電進行降壓，通過橋式整流輸出脈動直流電，通過電容濾波后輸出較為平穩(wěn)的直流電。在電路設(shè)計中，采用多組變壓器輸出信號，可以降低各組電源之間的相互干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電源模塊的作用主要是控制系統(tǒng)電源通斷，用紐子開關(guān)來實現(xiàn)。紐子開關(guān)手柄向上為“打開”，向下為“關(guān)斷”。電源模塊工作正常相對應(yīng)的電源指示燈就會亮。在內(nèi)部電源指示燈就是一個發(fā)光二極管，當電源接通，發(fā)光二極管正向?qū)〞l(fā)光，否則會熄滅。

3.2 主機模塊

在主機模塊中使用的單片機是AT89C51單片機，其是一種高性能微處理器，俗稱單片機。

3.3 顯示模塊

顯示模塊的顯示方式有LED燈顯示、數(shù)碼管顯示、液晶屏顯示和點陣顯示屏，根據(jù)設(shè)計要求選擇數(shù)碼管顯示模塊作為本設(shè)計的顯示模塊。數(shù)碼管顯示模塊是8位LED七段數(shù)碼管，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，LED七段數(shù)碼管的顯示方式有兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示常用于顯示位數(shù)不多的情況。動態(tài)顯示就是利用循環(huán)掃描的方式，使發(fā)光二極管的公共端輪流導(dǎo)通，從而使各個顯示器輪流導(dǎo)通。點鈔機顯示部分的電路采用數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。為了充分節(jié)省端口資源，將6個LED指示燈當作一個數(shù)碼管，作為動態(tài)掃描的一部分，利用單片機I/O口的輸入/輸出雙向功能，將按鍵接在數(shù)碼管顯示的f，a，g代碼段，用以檢測按鍵的觸發(fā)狀況。

圖5 點鈔機模擬系統(tǒng)硬件模塊組成

3.4 指令模塊

使用指令模塊中的獨立按鍵作為對應(yīng)所使用的7位數(shù)碼管顯示的操作按鍵。

3.5 傳感器配接模塊

點鈔機在點鈔過程使用光電傳感器來實現(xiàn)計數(shù)。光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，由3部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器由光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。光電傳感器不能直接連接到單片機上，要用傳感器配接模塊[7]。

3.6 交、直流電機控制模塊

3.6.1 直流電機驅(qū)動電路

點鈔機實際應(yīng)用中的直流電機驅(qū)動電路如圖6所示。交流220 V市電經(jīng)變壓器降壓后，通過橋式整流濾波提供直流電。單片機的I/O口控制三極管的通斷，當I/O口為高電平時，三極管導(dǎo)通，直流電機得電運行，當I/O口為低電平時，三極管截止，繼電器失電停止運行。

圖6 點鈔機的直流電機驅(qū)動電路

3.6.2 單相交流電機驅(qū)動電路

點鈔機的主電機驅(qū)動的電路如圖7所示。主電機采用額定工作電壓為220 V的單相交流異步電動機。系統(tǒng)采用單片機的I/O口控制電機的啟動運行及反轉(zhuǎn)制動，為了降低電機停啟產(chǎn)生的干擾對單片機系統(tǒng)的影響，采用光電耦合器進行電氣隔離，通過兩組可控硅分別實現(xiàn)對電機的正轉(zhuǎn)運行和反轉(zhuǎn)制動的控制。交、直流電機模塊中每個電機都有保護控制端，當保護控制PRI輸入低電平時，保護電路動作切斷電機電源。保護輸入可以用作電機的停止與動作。信號來源可以是主機模塊上的單片機控制口。

圖7 點鈔機主電機驅(qū)動電路

點鈔機模擬系統(tǒng)工作過程分析：本系統(tǒng)的控制部分是單片機，傳感器配接模塊采集到光纖傳感器的信號輸入給單片機，單片機按照接收到的信號去控制電機轉(zhuǎn)動，計數(shù)傳感器根據(jù)電機轉(zhuǎn)過的角度將信號傳給單片機，單片機控制顯示模塊中的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)值。點鈔機系統(tǒng)設(shè)計接線如圖8所示。接通電源，電源指示燈亮，數(shù)碼管顯示000，表示鈔票計數(shù)初值為0；光電傳感器每檢測到一張鈔票，電機轉(zhuǎn)動帶動碼盤轉(zhuǎn)動，碼盤每轉(zhuǎn)過兩個小孔，系統(tǒng)確認檢測到一張鈔票，數(shù)碼管計數(shù)加1，按下清零鍵計數(shù)清0。

4 單片機控制的點鈔機系統(tǒng)的軟件分析

根據(jù)單片機控制的點鈔機系統(tǒng)的連接實訓(xùn)裝置模塊，并接好系統(tǒng)電源。然后啟動單片機集成開發(fā)環(huán)境，建立新工程，將編寫的程序?qū)氲焦こ讨?，設(shè)置好工程的編譯參數(shù)，編譯得到hex格式的目標文件。編譯完成后，連接仿真器，把程序（程序流程示意如圖9所示）下載進去。測試并調(diào)試完成單片機控制的點鈔機系統(tǒng)的各項功能和要求[8]。

圖8 點鈔機模擬系統(tǒng)接線

圖9 程序流程示意

5 結(jié)語

本文根據(jù)單片機控制的點鈔機模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能分析，基于YL-236型單片機實訓(xùn)裝置進行了該系統(tǒng)所需要的硬件和軟件的分析和設(shè)計，最終實現(xiàn)了該系統(tǒng)的功能要求。

[1] 勞文薇.AT89C2051單片機在智能鑒偽點鈔機中的應(yīng)用[J].電子與自動化，2000（6）：20-24.

[2] 黃勇，黃進華.基于單片機的點鈔機計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計[J].科技展望，2016（27）：109，170.

[3] 林峰.模塊化設(shè)計在點鈔機設(shè)計中的應(yīng)用[J].時代金融，2017（2）：20.

[4] 余威明.以點鈔機為平臺電類專業(yè)核心課程項目教學(xué)研究[J].科技信息，2012（4）：459.

[5] 陶學(xué)恒.新型驗鈔機的技術(shù)原理及可視化設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2006（5）：77-78.

[6] 洪承煜.小型智能點鈔機的研制[J].工業(yè)控制計算機，2008（10）：66-67.

[7] 徐倆倆，陳金華，孫雪蕾.“點鈔機張數(shù)識別及顯示”微課設(shè)計與實現(xiàn)[J].職教通訊，2017（3）：55-57.

[8] 王志德.點鈔機關(guān)鍵技術(shù)的研究及實施[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

Design of cash registers system based on single chip microcontroller control

Li Yulan
（Zhenjiang Branch, Jiangsu Union Technical Institute, Zhenjiang 212016, China）

The cash registers is a typical electromechanical integration products, microcontroller technology is the key to realize counting and displaying of cash register. This paper mainly designs a cash registers system based on the microcontroller control, so that the learners can further understand the working process of the cash registers.

cash registers; microcontroller; photoelectric sensor

李玉蘭（1980— ），女，安徽渦陽人，講師，碩士；研究方向：發(fā)動機燃燒和電子電工技術(shù)。