零錢兌換機的設計論文.doc

科技創(chuàng)新結題論文（項 目： 零錢兌換機的設計 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂摘要 隨著科學技術的不斷發(fā)展，人類文明也在不斷的進步，以人為本是人類社會發(fā)展所必須遵守的科學發(fā)展觀。目前，全國很多大城市各種收費和繳費機構都實現(xiàn)了無幣化的電子貨幣交易；很多超級市場，景區(qū)和公交車輛都集成了信用卡和ic卡收費系統(tǒng)，這確實給廣大消費者和商家?guī)砹撕艽蟮姆奖?。但是，在中國利用現(xiàn)金交易仍然是大眾消費的最主要形式。涉及到現(xiàn)金交易，零錢兌換是在所難免的事情。因此，像一些涉及到要經(jīng)常需要零錢的場所和地方，需要有一種方便快捷的零錢兌換方式。本設計的零錢兌換機是一種投入二十元、十元或五元紙幣后通過操作得到對應數(shù)量一元硬幣零錢的裝置。它適用于以上需要兌換的各種場合。 基于這個問題，設計了以單片機為控制器的零錢兌換裝置，利用stc89c52單片機作為主機接受紙幣識別模塊傳送來的信息進行處理并送led顯示，進而控制步進電機轉動帶動出幣機構出幣。通過實驗證明，該系統(tǒng)能準確完成找出零錢硬幣的功能。出幣機械結構設計巧妙。關鍵詞：零錢兌換機；stc89c52單片機； 紙幣識別； 步進電機 abstractwith the continuous development of science and technology, human civilization is also in constant progress, people-oriented is the human social development must follow the scientific concept of development. at present, the fees and payment institutions in many big cities across the country have implemented numerous coins of electronic currency trading; many supermarkets, scenic spots and bus is integrated with a credit card and ic card charge system, it does give consumers and businesses has brought great convenience. however, using cash trading in china is still the main form of mass consumption. involve cash transactions and cash is inevitable things change. so, like some involved will often need to change places and places, need to have change for a quick and easy ways to convert. this design change machine is a kind of investment after 20 yuan, 10 yuan or five yuan notes by operating a corresponding number one yuan coin change device. it is suitable for the need to change the above all sorts of occasions.based on this problem, designed with the single chip processor as the controller change exchange device, the use of 51 single-chip microcomputer as the host accept paper currency recognition module is transmitted to information processing and led display, and control of stepping motor rotation to drive the currency agencies of currency. through the experiment proved that this system can accurately finish to find out the change features of the coin. the currency ingenious mechanical structure design.key words: change machine;stc89c52mcu; notes to identify; stepper motor目 錄摘要iabstractii1 緒言11.1選題背景11.2課題研究的目的和意義11.3國內(nèi)外概況21.4課題的主要研究工作22 系統(tǒng)的基本構成及工作原理33 系統(tǒng)硬件結構53.1單片機模塊53.2紙幣讀取模塊73.3顯示模塊93.3.1 led 的工作原理93.3.2 led的顯示方法的選擇93.3.3系統(tǒng)中所采用的顯示接口電路103.4電機控制模塊103.4.1步進電機的概念及分類113.4.2步進電機的工作原理123.4.3系統(tǒng)中步進電機的控制電路及原理134機械部分的設計145系統(tǒng)的軟件流程圖155.1主程序流程圖165.2幣值讀取子程序流程圖176 實驗遇到的問題與總結177 前景展望18致謝19參考文獻19程序代碼21i1 緒言本文闡述了零錢兌換及找零系統(tǒng)的研究背景、現(xiàn)狀以及發(fā)展方向和前景，明確指出了現(xiàn)階段中零錢兌換所面臨的問題。1.1選題背景眾所周知，城市公交系統(tǒng)是一個城市的窗口，其工作的質(zhì)量與效率會直接影響到人民群眾的日常生活和工作。城市公交系統(tǒng)是我國大部分城市的主要交通方式，隨著居民乘車次數(shù)和公交車輛的不斷增加，現(xiàn)有的乘車收費方式越來越不能滿足需要。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人類文明也在不斷的進步，以人為本是人類社會發(fā)展所必須遵守的科學發(fā)展觀。目前，全國很多大城市各種收費和繳費機構都實現(xiàn)了無幣化的電子貨幣交易；不任你是到商場購物，還是在餐廳用餐，您都可以不用現(xiàn)金買單，取而代之的是信用卡等付款方式。很多超級市場，公汽車上都集成了信用卡和ic卡收費系統(tǒng) 。這不僅象征著人類文明的進步，也確實給廣大消費者和商家?guī)砹撕艽蟮姆奖恪５?，就中國大多?shù)人的消費觀念，利用現(xiàn)金交易仍然是大眾消費的最主要形式。涉及到現(xiàn)金交易，找零錢是在所難免的事情了。因此，像一些涉及到要經(jīng)常需要零錢的場所和地方，如公交車上，超市等一些公共場所就需要有一種方便快捷的找零方式。2004年10月22日武漢市就發(fā)生一起因一男乘客投幣不足被揭穿后毆打女司機的事件；2004年8月3日鄭州市公汽公司出臺“多投幣不找零”的政策，結果被人們稱為“霸王合同”，引得人們怨聲不斷。當然，隨著ic卡技術的成熟，利用ic卡作為電子車票也逐漸變成現(xiàn)實1，很多乘客乘車時或使用電子車票，或事先換好零錢。但綜合考慮多方面因素，許多大城市流動人口眾多，并多外來的打工人員，他們大部分都不可能擁有ic卡電子車票，除此之外誰都不能保證隨時都有足夠的零錢，畢竟公交車零錢兌換點有限，也許我們中很多人都有這樣經(jīng)歷那就是：有時想換些零錢是多么的難啊。乘車時，乘客投幣不足，司機不高興，投多了乘客當然不樂意。問題的解決是要靠雙方共同努力才能得到完美的解決。乘車時乘客應盡可能使用零錢，公汽公司盡可能增設方便快捷的零錢兌換裝置和零錢兌換點。這樣才能堅持“社會本位”，“以人為本”的科學發(fā)展觀。雖然，這個產(chǎn)品最終必然會被淘汰，但就目前情況的考慮，它依然很有使用的價值，所以我有了設計這個產(chǎn)品的念頭。1.2課題研究的目的和意義 該系統(tǒng)集成了紙幣識別收取、以及硬幣的找零和兌換等功能。該裝置可以設置在公交車上、公交站點和乘客較集中的地方，也可以用在一些經(jīng)常需要小額現(xiàn)金交易的場合。該裝置為這些場合提供了一種快捷方便的零錢兌換及找零的方式。當然該系統(tǒng)由于其使用的局限性，在找零錢時只能實現(xiàn)硬幣的找零和兌換。 至于集成ic卡收費系統(tǒng)和紙幣識別系統(tǒng)是在產(chǎn)品真正投放市場后所必須考慮的，也是真正體現(xiàn)其實用價值所必須具備的功能。因此，從整體上看該產(chǎn)品具備電子收費、現(xiàn)金收費、硬幣兌換等功能，具有一定的實用價值。1.3國內(nèi)外概況 在國內(nèi)專門用于找零錢的裝置在市面上已經(jīng)有產(chǎn)品出現(xiàn)。由北京三銀龍科貿(mào)有限公司和北京公交凱鴻科技有限責任公司共同引進開發(fā)的“可找零公交投幣機”，全面的解決了公交車無法找零錢的大難題，填補了國內(nèi)無人售票車自動投幣無法實現(xiàn)找零的空白2。另外還有很多單位都在研究該裝置。2003年8月12日楚天都市報記者從武漢市知識產(chǎn)權局獲悉，一種新型智能投幣箱可以解決公交車無法找零的問題；該投幣箱已申請國家專利其產(chǎn)品也即將面世3。但是就目前的情況來看，在全國大部分主要城市都還沒有用上該裝置，零錢兌換和公交車找零問題仍然是困擾公交公司的大難題。而且零錢的兌換也一直是一些超市和零售商大傷腦筋的問題。因此，一種快捷方便的找零方式在目前來說是很有必要的，也是很有市場潛力的。1.4課題的主要研究工作 在本文中主要的研究工作是設計出一種方便快捷的零錢兌換機。文中介紹的該系統(tǒng)主要包括兩個部分：控制部分和機械部分?？刂撇糠钟糜讷@取用戶輸入信息并將其處理，最后向執(zhí)行部件發(fā)出執(zhí)行的命令和執(zhí)行的方式；機械部分是完成零錢兌換的執(zhí)行部件，具體作用是在軟件的控制下實現(xiàn)精確的出幣。本文中就控制部分和機械部分的設計作了主要的分析和論證。2 系統(tǒng)的基本構成及工作原理下圖2.1為系統(tǒng)的結構框圖從系統(tǒng)的總體框圖可以看出，該系統(tǒng)分為：紙幣識別系統(tǒng)、ic卡識別系統(tǒng)、零錢兌換和找零系統(tǒng)三個部分，其中ic卡識別系統(tǒng)采用現(xiàn)成的集成模ic卡識別系統(tǒng)紙幣識別系統(tǒng) stc89c52控制器顯示部分零錢兌換執(zhí)行部分圖2.1系統(tǒng)結構框圖塊，它具體的實現(xiàn)方案不屬于本文所討論的范圍；ic卡識別系統(tǒng)主要用途是實現(xiàn)公交車的電子收費，零錢兌換和找零系統(tǒng)的核心控制器件是stc89c52單片機，他的功能主要表現(xiàn)在以下幾個方面（1）、讀取紙幣識別系統(tǒng)送來的紙幣面值信息（2）、送出所需要找零錢數(shù)額的顯示信號（3）、缺幣、假幣檢測（4）、控制電機動作，找出正確的硬幣數(shù)當控制器接受到紙幣識別系統(tǒng)送來的紙幣信息后，將信息存入寄存器，然后啟動兌換程序，如果是假幣則語音提示“這張紙幣有疑問”將不予兌換，如是規(guī)定的20元、10元、5元真幣時則實現(xiàn)零錢兌換及找零功能。實現(xiàn)紙幣識別檢測的方法很多，大部分實現(xiàn)的方法都是利用了高速數(shù)字信號處理(dsp)技術與復雜可編程邏輯器件(cpld)和線陣型圖像傳感器(ccd)相結合的方法4。這樣的技術和產(chǎn)品有很多已經(jīng)用于我們的現(xiàn)實生活中，而且這樣的產(chǎn)品很多都以做成了集成模塊，這就為開發(fā)智能找零機提供了方便和可能。本次設計我們就通過網(wǎng)絡購買了紙幣識別模塊。該模塊利用其顯示數(shù)碼管讀取其信號進而進行接下來的執(zhí)行控制。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，程序控制。先由驗鈔機驗出紙幣真?zhèn)尾⒆R別紙幣面值，若投入假幣或以錯誤方式投幣，語音播報“這張紙幣有疑問！”，在正確投入5元、10元、或20元后驗鈔機主芯片磁性檢測器通過檢測紙幣下方人民幣安全線中的磁信號來識別面值，接著將讀到的數(shù)據(jù)傳回到單片機，由單片機控制處理，單片機通過程序控制各出幣情況，具體操作就是單片機控制步進電機旋轉，想出幾個一元硬幣就使步進電機轉幾個180角度，然后由我們設計制作的出幣機構完成出幣任務，紙幣通過驗鈔機后由紙幣回收箱收集，而出幣執(zhí)行機構從上方放入一定數(shù)量的一元硬幣。進幣模塊和出幣模塊如下圖2.1和圖2.2. 圖2.1 進幣模塊 圖2.2 出幣執(zhí)行機構3 系統(tǒng)硬件結構 該系統(tǒng)大體上可以分為四個模塊：單片機模塊、紙幣識別模塊、顯示器模塊、步進電機控制驅動模塊。其中后三個模塊通過與單片機模塊相連接從而構成了一個功能完整的系統(tǒng)，實現(xiàn)了零錢兌換找零機的基本硬件結構。下面我將從這四個模塊具體介紹該系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案。3.1單片機模塊在計算機技術高速發(fā)展的時代，許多可編程控制器件和芯片被廣泛的應用與生產(chǎn)生活中的各個領域，并且發(fā)揮著巨大的作用，實現(xiàn)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等方面的自動化。其中最常用的有，plc，pld，fperom（單片機）等；在性能結構上，他們各有各的優(yōu)點。其中，可編程控制器(programmable controller)，簡稱plc。它是 20世紀70年代以來再集成電計算機技術基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置，主要用于工業(yè)控制；dsp最早是指一種信號處理技術，直到八十年代初第一顆商用數(shù)字處理器問世，dsp才逐步成為一種全新高速處理器的名稱。最初dsp的應用在于專業(yè)數(shù)據(jù)通信和語音處理，各種專用調(diào)制解調(diào)器、聲碼器、數(shù)據(jù)加密機初步獲得市場。其后dsp應用擴展到廣泛的民用產(chǎn)品，諸如硬盤驅動器、通用調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字答錄機、無線通信終端。九十年代中dsp在數(shù)字gsm手機應用和無線基站應用中都獲得了巨大的成功。與此同時，dsp開始全面拓展到新興應用，并在寬帶通信、數(shù)字控制、數(shù)字音頻、數(shù)字視頻等市場上捷報頻傳。dsp器件的特點使得它特別適合嵌入式的實時數(shù)字信號處理任務6。單片微型計算機簡稱單片機或單片微機，又稱微型控制器。它是在一塊半導體芯片上，集成了cpu 、rom 、ram、 i/o接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件，夠成了一臺完整的數(shù)字電子計算機。單片機芯片的集成度很高，它將微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，具有以下優(yōu)點：它具有體積小、重量輕、價格便宜、耗電少。其信號通道受外界影響小，可靠性高，抗干擾性能強。控制功能強，運行速度快。其結構組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。由上述單片機的優(yōu)點可知它能廣泛的應用各控制領域。由于它具有“小、輕、廉、省”的特點，尤其耗電少，又可使供電電源的體積小、重量輕，所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，在家用電器、玩具、游戲機、聲像設備、電子秤、收款機、辦公設備、廚房設備等許多產(chǎn)品上的到廣泛的應用。它同樣也特別適用于數(shù)控機械、醫(yī)療設備，汽車等地方。在我國，intel公司mcs-48系列、mcs-51系列、mcs-96系列的各種機型用的最多。綜合比較這些器件的優(yōu)缺點以及該系統(tǒng)設計的實際情況，文中選用了stc89c51單片機作為該系統(tǒng)和核心控制器件。stc89c52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。stc89c52使用經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4kb eeprom，max810復位電路，3個16 位 定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 stc89x52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35mhz，6t/12t可選。特性：stc89c52rc單片機（如圖3.1.1）: 8k字節(jié)程序存儲空間； 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間； 內(nèi)帶2k字節(jié)eeprom存儲空間; 可直接使用串口下載；圖紙幣讀取模塊硬件原理圖：如圖3.2.1圖 3.2.1驗鈔機數(shù)碼管：如圖3.2.2驗鈔機數(shù)碼管能顯示出紙幣的金額，利用數(shù)碼管顯示的數(shù)值作為單片機的輸入信號。圖3.2.2 如圖3.2.3所示，上方為驗鈔識幣芯片，其中有數(shù)碼管接口，我們正是從該接口讀回的面額信息。下方為進幣口圖3.2.3其檢測原理為：鈔票紙正面偏左位置有1.2mm寬的安全線，用磁性檢測器檢驗磁性反應。人民幣安全線中的磁信號很有規(guī)律，磁信號由若干個單信號構成一組信號，相同面值人民幣的磁信號相同，不同面值人民幣的磁信號不同，經(jīng)過磁阻型傳感器磁頭時，產(chǎn)生相應的磁通量的變化，致使磁敏電阻值隨之變化。該變化的電阻值轉變成電壓信號經(jīng)后級電路處理，再送給單片機進行真?zhèn)蔚呐袆e。單片機通過分析磁信號的間隔和占空比，將信號分為若干組，用該信號和預先存儲的人民幣固有的信號進行比較，即可識別鈔票真?zhèn)魏头直驸n票的面值。工作過程：驗鈔機附帶一個三位的數(shù)碼管，顯示方式為動態(tài)顯示。顯示時，單片機可以讀出數(shù)碼管的字型碼，也就可以確定紙幣的數(shù)值。 顯示輸出 讀p1口 紙幣投入產(chǎn)生中斷 經(jīng)過若干次中斷3.3顯示模塊在單片機系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱led；;液晶顯示器，簡稱lcd；陰極射線crt顯示器等。由于led數(shù)碼管顯示器具有價格低廉，配置靈活，連接方便等優(yōu)點，結合本例實際的需要我選用了二位共陰極的led顯示器作為顯示器件。3.3.1 led 的工作原理led數(shù)碼管由多個發(fā)光二極管顯示字段組成，分為共陰極和共陽極兩種類型，如圖3.4所示。共陰極led的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，用來接電源的圖3.4數(shù)碼管的外型及結構負極，當某字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的字段被顯示。同樣，共陽極led的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，用來接電源的正極，當某字段發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的字段被顯示常用的led數(shù)碼管有a，b，c，d，e，f，g共7個字段，構成字形 “8”，外加一個小數(shù)點dp共8個發(fā)光二極管。3.3.2 led的顯示方法的選擇led顯示器的顯示方法有靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)顯示就顯示器的每一個字段都要獨占一條i/o線， 當cpu將要顯示的字段碼送到輸出口上，顯示器就可以顯示出所要的字符，如果cpu不去改寫它，它將一直保持下去。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是顯示程序簡單，亮度高，實時性好，但也有缺點，主要是顯示位數(shù)較多時占用i/o較多，硬件復雜成本高。動態(tài)掃描顯示是單片機應用系統(tǒng)中最常用的顯示方法，這種方法線路簡單，成本低。所謂動態(tài)掃描顯示方法是把所有l(wèi)ed數(shù)碼管的8個段的各同段名端連接在一起，并把它們接到字段的輸出口上。為了防止各數(shù)碼管同時顯示相同的數(shù)字，各個顯示器的公共端com還接到另外一組控制信號，即把它們接到位輸出口上。這樣，對于一組led數(shù)碼管需要由兩組信號來控制，一組是字段輸出口輸出的字形碼，另一組是位輸出口輸出的控制信號，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。在這兩組信號的控制下，可以一位一位的輪流點亮各個數(shù)碼管顯示各個數(shù)碼，及實現(xiàn)動態(tài)的掃描顯示。如果要顯示一組數(shù)字，即利用循環(huán)掃描的方法，各位顯示器依次從左到右輪流點亮一遍，通過時間再使之顯示一遍，如此不斷的重復。在輪流點亮一遍的過程中，每位顯示器點亮的時間是極為短暫的。由于led具有余輝特性以及人眼視覺的惰性，盡管每位顯示器實際上是分時斷續(xù)的顯示，但只要適當選取掃描頻率，給人的視覺印象就像是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。從結構上來講，靜態(tài)顯示的方法電路結構復雜，需要用到鎖存芯片作為輔助器件；動態(tài)掃描的方法電路結構相對簡單。顯示方法的選擇應該根據(jù)實際需要來選取。結合本例的實際情況，在本例中選用了動態(tài)led的顯示方法。其中主要原因是：購買的驗鈔讀幣機本身就是動態(tài)顯示的3.3.3系統(tǒng)中所采用的顯示接口電路顯示部分電路如下圖3.3.3所示， 兩位共陰極數(shù)碼管 用數(shù)碼管動態(tài)顯示 圖電機控制模塊電機從大體上可以分為直流電機和交流電機兩大類。直流電機具有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大、能承受頻繁的沖擊負載、可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉等一系列優(yōu)點，因此直流電機在控制領域中應用是非常廣泛的。但是他不能實現(xiàn)精確的定位；在交流電機中有一種叫步進電機，它是一種將電脈沖轉換成相應角位移或線位移的電磁機械裝置，也是一種能把輸出機械位移增量和輸入數(shù)字脈沖對應的驅動器件。步進電機具有快速啟停能力，只要電機負荷不超過它所能提供的動態(tài)轉矩，就能通過輸入脈沖來控制它在一瞬間啟動和停止。步進電機的步角距和轉速只和輸入脈沖的頻率有關，和環(huán)境溫度、氣壓、沖擊和振動無關，也不受電網(wǎng)電壓的波動和負載變化的影響，它每轉一周都有固定的步數(shù)，步進精確和步距誤差不會長期積累。因此，步進電機可以用在需要精確定位的場合應。在本例中既可以用直流電機作為動力本分也可以選用步進電機作為動力部分。電機選取的不同就會有不同的解決方案。選用直流電機的話就要有相應的制動裝置和其他輔助檢測裝置。檢測裝置可以是：光電傳感器、限位開關等，這些裝置的作用都是為了能夠實現(xiàn)對電機轉動角度以及出幣過程的控制。但是加上這些裝置后會使該系統(tǒng)變得復雜，而且準確程度也會受到影響。而步進電機可以實現(xiàn)對轉動角度的精確控制，要控制步進電機轉動一個900角是非常容易實現(xiàn)的，要控制步進電機的正反轉也是很容易實現(xiàn)的，而且這些都不用加其他的輔助裝置，可以用程序來完成。但是相比直流電機而言，如果選用步進電機則需要增加一個專門的步進電機驅動模塊。綜合比較直流電機和步進電機的優(yōu)缺點，結合該系統(tǒng)需要精確定位的實際情況，我選用了步進電機作為該裝置的動力部分。3.4.1步進電機的概念及分類 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機分三種：永磁式（pm） ，反應式（vr）和混合式（hb）永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度，而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。 3.4.2步進電機的工作原理圖3.4.1為一種常見的小步距的三相反應式步進電機剖面示意圖,由圖可見: 圖 3.4.1步進電機剖面示意圖電機上均勻分布有六個磁極，相鄰兩磁極間交角為600，磁極上繞有三相控制繞組，分別對應于a、b和c三相電源。轉子外側均勻分布有40個齒，每個齒的齒距為90。定子的每個極弧上也有5個齒，定子和轉子的齒寬和齒距都相同，而每個定子磁極的極距為600，故每個磁極所占的齒距數(shù)不是整數(shù)。為了弄清楚步進電機的工作原理，現(xiàn)將圖3.4.1中定子和轉子展開成平面圖，如圖3.4.2所示。圖中，定子a極上的齒和轉子上的齒是對齊的，但是b極和c圖 3.4.2三相步進電機展開圖極上的齒分別和轉子上齒相錯1/3齒距（既30）。若使b相繞組通電，電機就會沿b極軸向產(chǎn)生磁場，轉子因受到反應轉矩作用而轉動，直到b極上齒和轉子上齒對齊為止，但a極和c極上的齒又分別和轉子上相應齒相錯新的1/3齒距（既30）。此時，若斷開b極控制繞組中電流而接通c相控制繞組，c極和轉子間產(chǎn)生的反應轉矩使轉子繼續(xù)轉動，驅使c極上齒和轉子上齒對齊。同理，a極通電驅使a極上齒和轉子上齒對齊。由此可見，錯齒是促使步進電機旋轉的根本原因。由步進電機的工作原理可知，步進電機是在一定順序的電脈沖控制下運轉的。三相步進電機的通電方式有：(1)、三相單三拍通電方式：abca(2)、三相雙三拍通電方式：abbccaab(3)、三相六拍通電方式：aabbbccca按以上順序通電，步進電機正轉。要使電機反轉，將上述步進電機各相繞組的通電相序反過來即可。如三相三拍反轉的通電方式為：acba18-21。3.4.3系統(tǒng)中步進電機的控制電路及原理步進電機要正常運轉，必須正確地分配各相控制脈沖，使各相繞組按規(guī)定的順序輪流通電，控制脈行分配器沖的分配可以由硬件環(huán)來完成，也可以由軟件來完成。用軟件完成控制脈沖的分配具有靈活方便、適應性廣等特點。此外，還可以省去硬件，是常用的步進電機控制的方式。如圖3.4.3所示為本例中步進電機控制的原理圖；p2口作為輸出口，p2.7，p2.6，p2.5三位分別輸出控制脈沖，通過7406驅動脈沖功率放大級的達林頓復合管。根據(jù)p2口輸出控制信號的狀態(tài)，即可以實現(xiàn)對步進電機的正反轉控制和角度的精確控制。圖 3.4.3 步進電機控制原理圖在本例中，步進電機的控制方式是采用三相六拍通電方式控制的。三相六拍步進電機的控制模型如下表3.4.4所示21。表3.4.4三相六拍步進電機控制模型根據(jù)步進電機控制方式，將環(huán)行節(jié)拍控制模型按順序存放在一個表中，然后依次從表中取出控制模型并輸出，這樣即可實現(xiàn)按要求對步進電機的控制。步進電機及其驅動系統(tǒng)實物圖如圖3.4.5 圖3.4.54機械部分的設計與論證在實現(xiàn)零錢兌換的設計中，機械部分占有很重要的部分，機械結構的好壞直接影響著設計成果的可靠性。基于此種情況，我們對機械部分進行了巧妙地設計，通過步進電機的精確角度轉動，最后能夠達到平穩(wěn)可靠的運行。下面我詳細的將該機械裝置的各個部分進行分別介紹。機械部分的模型如下圖4.1所示 圖4.1機械部分模型 從圖中可以簡單的看出，機械部分主要分為底座、步進電機、打幣風翅，儲幣器、固定器組成。 外部結構介紹：主體主要是底座，主要分兩層，中間相隔一個硬幣的厚度，主要是為了打幣風翅能夠順利旋轉和一枚硬幣能在其間順利滑行。在底座下側固定的是步進電機，在底座的兩層中間夾有打幣風翅，打幣風翅厚度稍小于一個硬幣厚度，且打幣風翅與步進電機相連，由于人工剪切為了減小角度誤差，只設計了兩個風翅，以便使設備精度更高。在底座的上方是由固定器固定的儲幣器。 工作原理：工作過程中，底座和儲幣器固定不動，當儲幣器中裝滿硬幣時，由于底座是兩層結構，會在底座中間露出一個硬幣，在接收到信號后，步進電機根據(jù)接收到得信號旋轉，同時帶動打幣風翅，每旋轉過180度就會有一枚硬幣被風翅帶出，當打幣風翅帶出一枚硬幣后由于儲幣器中仍有硬幣存在，在在重力的作用下，上面的硬幣會替代打出的硬幣的硬幣的位置，當下一個風翅到來時，仍然能可靠的帶出硬幣，由于風翅有一定的長度，當帶到底座的出幣位置時，硬幣會自動掉落，這樣重復的旋轉，能達到出幣的要求，而由于步進電機能夠精確角度旋轉，從而通過對步進電機旋轉角度的控制就會有不同數(shù)量的硬幣帶出，最后達到兌換零錢的效果。5系統(tǒng)的軟件結構及其特點5.1主程序流程圖主程序流程圖如圖5.1所示， 圖5.1幣值讀取子程序流程圖如圖5.2圖5.26 實驗遇到的問題與總結電源模塊：初期單片機供電采用12v轉5v，使用7805芯片制作穩(wěn)壓電源，但由于步進電機需要較大的電流，導致7805容易過熱，且電機不能正常運轉。最后采用獨立電源。程序改進，減少io占用：一般在讀取數(shù)碼管字型碼時，需要讀取數(shù)碼管每段電平才能得到字型碼，這對單片機的io口有一定的占用，對于只需讀取5個狀態(tài)（全滅，0,1,2,5）有些許資源浪費，在實際的應用中我們做了一些改進，只需讀取3個引腳便可確定實際的數(shù)值，同時程序也可以簡化。機械執(zhí)行機構：減少摩擦設計時出現(xiàn)機械摩擦現(xiàn)象，步進電機轉動時間較長時會出現(xiàn)角度偏差，情況較嚴重時出現(xiàn)卡死堵轉現(xiàn)象。經(jīng)機械打磨有機玻璃底盤和鋒利風翅情況有改善，還由于風翅轉動次數(shù)多次時起始位置有可能被硬幣壓住致使少出一個幣，為了解決這個問題我們在下底盤掏了個口子，確保風翅稍一偏轉就有硬幣擊出。7、前景展望 隨著高新科技技術的不斷發(fā)展，自動化產(chǎn)品也越來越多的應用于我們的日常生活。這些自動化產(chǎn)品的應用給我們的生活帶來了很大的方便，為我們節(jié)省了大量的人力物力才力；如今我們的生活也在逐漸向著自動化方向發(fā)展。本文中所描述的這個系統(tǒng)，開發(fā)成功將能為我們解決很多現(xiàn)實的問題：公交公司也將大大減輕人員負擔，；出門在外再也不用為換零錢而到處碰壁了。就目前零錢兌換中所存在的問題，有專家建議相關金融機構或行業(yè)建立比較規(guī)范的換鈔網(wǎng)絡，這將是一個新型的服務行業(yè)。我認為這個行業(yè)應該有一個規(guī)范的管理制度和完善的兌換條例，負責兌換的機構可以在得到金融機構、物價機構等單位的審批后，制定適當?shù)挠袃敾驘o償兌換條例，這些都是有可能的。 科學技術是在不斷的發(fā)展的，人類文明也在不斷進步；我相信在將來的某個時候世界上的紙幣將不復存在，取而帶之的是電子或者其他方式的貨幣。但就目前人們的消費觀念以及科學技術發(fā)展的程度來看，完全用取消紙幣的流通是不可能實現(xiàn)的，而且這需要一個相當長的時間。在這一段時間內(nèi)，研制出一種快捷方便的零錢兌換方式是有必要的。我相信這個產(chǎn)品最終會向著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。一個城市或者一個地區(qū)，在適當?shù)奈恢梅胖眠@樣的兌換機器，用網(wǎng)絡將所有的機器相連，然后將這些機器的信息通過通信線路傳輸?shù)娇倷C這樣我們就能隨時了解到各個機器的信息：是否需要加零錢，是否需要維修等等。這些情況我們可以在電腦屏幕上一目了然。 科學的發(fā)展人類的進步都來源于人類的智慧，我們今天所做的一切都是為了能更好的為人類服務，給人們的生活創(chuàng)造更好的條件。只要是人們生活中所需求的就 一定有它存在的價值，所以我相信我所設計的這個系統(tǒng)在目前來說是有它的實用性的，盡管它最終會隨著人類文明的進步而消失。致謝我首先要感謝我們的導師王林老師。誠摯感謝王老師在我們設計發(fā)明時對我們的引導和支持。在整個作品的選題、理論研究、需求分析、總體設計、詳細設計的過程中，自始至終得到了導師王林老師的悉心指導和深切關懷。王林老師虛懷若谷的高尚品德、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、誨人不倦的精神、高深的學術造詣和對學科前沿問題的敏銳洞察力，這一切將使我受益終身。沒有導師王老師對我們工作的督促，我們是無法積蓄能力攻克難關完成這個零錢兌換機的。在我即將完成論文之際，我要對恩師致以誠摯的謝意和良好的祝愿！在整個零錢兌換的研發(fā)階段，我要感謝我的小組隊友們，小薈主管單片機軟件編程，登智主管紙幣識別模塊，張揚制作了出幣執(zhí)行機構。小陽和我負責調(diào)試，維護和撰寫論文。我們五人協(xié)力合作。在共同的工作中互幫互組，不但增長了相關知識和技能也學到了合作共贏的重要性。這個工作經(jīng)歷使我們受益匪淺，在這里再次感謝我的小組兄弟們。 由于本人的水平和時間有限，文中錯誤之處在所難免，希望各位老師和同學們批評指正，本人不勝感激。參考文獻1 李也白,王福成. 智能卡應用系統(tǒng). 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