基于STM32的自动硬币分拣机设计

张曦予 赵春辉

摘 要：为解决硬币分类整理困难这一问题，设计了一种性能优越、结构简单的自动硬币分拣机构，为了提高分拣效率采用双通道方式进行分拣，且两通道可同时进行分拣，并采取孔筛方式对硬币进行分类；基于STM32设计了控制系统，利用LabVIEW设计了上位机软件，实现计算机以及硬币计数、LCD液晶显示等功能，实验结果表明，所设计的硬币分拣机构合理，可适应各行业清点整理零钞的需求，为自动硬币分拣机构的设计开发提供参考。

关键词：STM32控制系统；硬币分拣；串口通信

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.31.089

0 引言

硬币作为一种流通货币因其数量的巨大而导致分拣的麻烦。传统硬币分拣方式主要是人工分拣，这种方法效率低且耗时，雇佣成本较高。随着社会的发展，智能装备的快速发展也为硬币分拣设备开发与制造带来了新的发展机遇。如何高效率、低成本、高精度分拣硬币，为硬币分拣机带来新的发展机遇。硬币分拣机从利用硬币的直径及厚度等非机械式分拣，逐步发展为机械类的硬币分拣机、离心硬币分离机、电磁振动硬币分离机等。

国外硬币分拣机在分拣效率、分拣精度以及智能化程度方面具有较大优势，而国内硬币分拣机的研究起步较晚，产品方面存在着分拣速度慢、分类不彻底，工作噪音大，不够环保等问题。

本文针对上述问题，设计了一种基于STM32控制系统的自动硬币分拣机，离心分离与传统孔洞分离结合，由离心产生靠近外缘的硬币运动，来落入大小不一的孔中，在孔道内部装有相关的传感器，再通过单片机植入的公式程序，从而自动计算出硬币进入收纳盒的个数，通过顶部的LCD显示屏显示出各硬币收纳盒中的硬币个数和总价。该机构满足硬币分拣效率高、分类彻底等要求，并且克服了噪音大、不环保等问题，解放了劳动力。

1 自动硬币分拣机总体设计

如图1，为了更高效的利用机器内部空间并加快硬币分拣效率，将机器设计成双通道分拣硬币，即两个完全相同的硬币分拣通道同时工作。每个分拣通道都可以分为七个部分，分别为：硬币投入口、防堵塞装置、待分拣管道、拨盘、分筛轨道、计数装置和收纳装置。自动硬币分拣机整体结构图如图1所示。

自动硬币分拣机由上部的收集漏斗收集要分离的硬币，通过伸缩装置使硬币进入中部的分离盘中，通过离心力作用使每个硬币贴近外圆盘被分离转盘推动，由于每种硬币的大小不同，硬币会通过大小不同的入口进入底部的收集盒中，在此过程中，传感器会对硬币通过的个数进行计数，并且同步到LCD显示屏上，完成硬币的分离与收集。

2 自动硬币分拣机控制系统设计

2.1 主控芯片选取

主控芯片是整个控制系统的核心，控制系统选用中低端的32位STM32F微控制器，并集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种功能，工作频率高。

2.2 驱动电路设计

由于STM32主控芯片的输出功率较小，不能完成对直流电机的直接驱动，所以选取系统集成度较高的L298N芯片对电机进行驱动。其输入端可以与单片机直接相联，方便接受单片机控制，如图2所示。

2.3 计数传感器信号采集电路设计

根据设计要求，选用LM339电压比较器对三极管输出的模拟信号进行转换。利用LM339方便组成各种电压比较器电路和振荡器电路。电压调节由可变电阻来完成，传感器输出的模拟信号转换数字信号，输出端与主控芯片相连，触发主控芯片的外部中断并对硬币进行计数，如图3所示。

2.4 槽型光耦选取

光耦一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。光耦的光发射源为红外线发光二极管，将电能转换为特定波长的光，在发射源及接收器之间会有封闭式的光通道，接收器是光感测器，感测特定波长的光，可能直接转换成电能量，也可能由此信号调变外部电源提供的电流。因此选用发光二极管作光感测元件，即对称性双向光耦合器。传感器将光耦的发射端与接收端分开，并在中间增加一个凹槽。在硬币通过凹槽时，输出信号会发生一次负跳变，这一跳便会被主控芯片识别并触发外部中断，从而对硬币进行计数。

2.5 自动硬币分拣机控制系统上位机设计

为了让用户方便使用将控制系统与PC上位机直接相连，采用RS-232串口通信协议进行通信。上位机软件采用LabVIEW进行编程方面的设计，统计的硬币数据直接传输到计算机中方便统计。

上位机软件中直接对硬币分拣机进行操作，通过串口通信协议发送命令给到STM32芯片，从而控制硬币分拣机完成运转或停止，硬币的统计数量通过串口通信协议传输给上位机并在计算机中显示相应的数据。图4为上位机软件的用户界面。

3 结语

针对现有硬币分拣耗时长、分类不彻底的问题，通过分析工作机理，设计了一种基于STM32控制系统的自动硬币分拣机的机械结构，引入STM32单片机，串口通信等技术，实现了对多种硬币的快速分类、精准计算。实验结果表明，所设计的硬币分拣机构合理，可适应各行業清点整理零钞的需求，为自动硬币分拣机构的设计开发提供参考。

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