基于单片机控制的点钞机系统设计

李玉兰

（江苏联合职业技术学院 镇江分院，江苏 镇江 212016）

基于单片机控制的点钞机系统设计

李玉兰

（江苏联合职业技术学院 镇江分院，江苏 镇江 212016）

点钞机是一个典型的机电一体化产品，单片机技术是实现点钞机点钞和显示的关键。文章主要设计了基于单片机控制的点钞机系统，让学习者进一步了解点钞机的工作过程。

点钞机；单片机；光电传感器

随着单片机技术不断发展，机电一体化产品越来越多，如手机、数码相机、智能公交显示牌、点钞机等。由于科技水平的不断发展，以及物价的膨胀，现金流通规模越来越大，传统的银行工作人员清点现金工作越来越繁重，那么作为机电一体化产品的点钞机就成为银行工作人员必备的设备[1]。虽然点钞机在日常生活非常常见，但是目前市面上的点钞机比较容易出现点钞错误和无法识别等问题，因此要真正明白点钞机的工作原理，并进一步对点钞机进行设计和优化还是非常必要的。

1 点钞机的发展状况

随着机电一体化技术的进步和发展，目前在市场上使用的纸币识别机器主要分为以下3类[2]。

（1）验钞机（见图1）：它主要是利用图像识别技术，只能对纸币的真伪进行检验，并且需要人工对钞票进行引导，所以验钞效率非常低，对现金较多时使用率就很低。它只有验钞功能而没有点钞功能，因此主要使用在现金量较小的场所，比如菜市场、便利店以及各类零售点等。

图1 验钞机外形

（2）点钞机（见图2）：它在验钞机的基础上，添加了机械机构系统、控制系统、显示系统，从而实现了点钞机既有验钞功能，也具有点钞功能。由于点钞机实现了自动点钞功能，大大提高了工作效率。在银行和市面现金流通量大的地方很受欢迎，使用率较大。

图2 点钞机外形

（3）清分机（见图3）：纸币清分机，在点钞机的基础上，能自动、高效地完成现钞的验钞、整点、清分处理工作的机电一体化设备。不但可以提高现钞质量，还可以保证ATM用钞、流通钞的质量。作为银行不可缺少的专业设备，清分机主要用于各大银行的清分中心，而在一些小的银行网点使用较少。

图3 清分机外形

通过对以上3种具有验钞功能的设备分析可见，在日常生活中应用最多、最普及的就是点钞机，随着国内现金量流动的增加和一些不法分子制造伪钞技术的提高，对点钞机的系统进行设计和分析，以掌握其工作原理是非常需要的。

2 点钞机的结构组成

点钞机是由捻钞、出钞、接钞、机架、变压器、电机、电子电路等多部分组成[3]，其剖面图如图4所示。

图4 点钞机结构剖面图

2.1 捻钞部分

捻钞部分主要由滑钞板、送钞舌、阻力橡皮、落钞板、调节螺丝、捻钞胶圈等组成。在正确计数前一张一张捻出钞票是关键。捻钞主要是从钞面出钞、连续分级来实现，其过程主要是：首先捻钞胶圈捻走处于表面的一张钞票，下面所有的钞票被阻力橡皮粘住，使表面的钞票与下面的钞票分开，实现捻钞。在整个点钞机工作的过程中捻钞过程不断重复进行，直到捻完最后一张钞票。

2.2 出钞部分

出钞部分主要由出钞胶轮、出钞对转轮组成。当钞票离开捻钞胶圈，接着就会进入出钞胶圈。而出钞胶圈以捻钞胶圈两倍的线速度把连续送过来先到的钞票与后面的钞票有效地分开，并且不断地把先送过来的钞票送往计数器与检测传感器进行计数和辨伪。

2.3 接钞部分

接钞部分主要由接钞爪轮、脱钞板、挡钞板等组成。点验后的钞票一张张分别卡入接钞爪轮的不同爪，由脱钞板将钞票取下并堆放整齐。

2.4 传动部分

传动部分由电动机通过传动带、传动轮，将动力输送给各传动轴。它可采用单电机或双电机驱动，若采用双电机驱动易于实现预置数功能。另外电机既可采用交流，也可采用直流电机。由于电机和变压器的重量较大，如采用直流电机配合开关电源，可大大减轻整机重量。在点钞机系统设计要考虑整机性能和重量时可以选用直流电机来完成传动部分。

2.5 机架组件

机架组件主要是采用冲压力边板。采用这种设计的好处是机架的左、右边板中相对应精度较高的部分可以采用同一模具一次加工完成，提高了机架的装配精度，降低了成本，也为运动中的钞票得到有效识别提供了所需的定位精度。

2.6 电子电路部分

由主控部分、传感器部件、驱灯组件、电源板等组成一个单片机控制的系统。通过单片机的多个接口，把紫光、磁性、红外穿透、计数信号等引入主控器。把真钞在清点过程中在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并寄存起来，作为检测的依据。当清点钞票时，把所有接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较、判断。若有明显差异时，应立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示[4]。

3 单片机控制的点钞机系统的硬件分析

点钞机是典型的机电一体化设备，融合很多机电技术，比如电子技术、传感器技术、电机技术和单片机技术等。目前市场上采用的点钞机基本上采用单片机作为主控芯片，实现对整个系统运行过程检测与控制，如启动与停止信号的检测、传感器信号的读取与识别、计数脉冲的检测、数码管或液晶的显示控制，伪钞识别与报警的控制、交流电机和直流电机的驱动控制，故障报警信号的控制等。这些技术基本上都是单片机技术的典型应用，结合现有设备情况，选用YL-236型单片机装置来完成基于单片机控制点钞机的点钞和显示功能的设计[5-6]，其硬件模块组成如图5所示。

3.1 电源模块

点钞机的电源部分通过变压器对交流220 V市电进行降压，通过桥式整流输出脉动直流电，通过电容滤波后输出较为平稳的直流电。在电路设计中，采用多组变压器输出信号，可以降低各组电源之间的相互干扰，提高系统的稳定性。电源模块的作用主要是控制系统电源通断，用纽子开关来实现。纽子开关手柄向上为“打开”，向下为“关断”。电源模块工作正常相对应的电源指示灯就会亮。在内部电源指示灯就是一个发光二极管，当电源接通，发光二极管正向导通会发光，否则会熄灭。

3.2 主机模块

在主机模块中使用的单片机是AT89C51单片机，其是一种高性能微处理器，俗称单片机。

3.3 显示模块

显示模块的显示方式有LED灯显示、数码管显示、液晶屏显示和点阵显示屏，根据设计要求选择数码管显示模块作为本设计的显示模块。数码管显示模块是8位LED七段数码管，在单片机应用系统中，LED七段数码管的显示方式有两种：静态显示和动态显示。静态显示常用于显示位数不多的情况。动态显示就是利用循环扫描的方式，使发光二极管的公共端轮流导通，从而使各个显示器轮流导通。点钞机显示部分的电路采用数码管动态扫描显示。为了充分节省端口资源，将6个LED指示灯当作一个数码管，作为动态扫描的一部分，利用单片机I/O口的输入/输出双向功能，将按键接在数码管显示的f，a，g代码段，用以检测按键的触发状况。

图5 点钞机模拟系统硬件模块组成

3.4 指令模块

使用指令模块中的独立按键作为对应所使用的7位数码管显示的操作按键。

3.5 传感器配接模块

点钞机在点钞过程使用光电传感器来实现计数。光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，由3部分构成：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。光电传感器不能直接连接到单片机上，要用传感器配接模块[7]。

3.6 交、直流电机控制模块

3.6.1 直流电机驱动电路

点钞机实际应用中的直流电机驱动电路如图6所示。交流220 V市电经变压器降压后，通过桥式整流滤波提供直流电。单片机的I/O口控制三极管的通断，当I/O口为高电平时，三极管导通，直流电机得电运行，当I/O口为低电平时，三极管截止，继电器失电停止运行。

图6 点钞机的直流电机驱动电路

3.6.2 单相交流电机驱动电路

点钞机的主电机驱动的电路如图7所示。主电机采用额定工作电压为220 V的单相交流异步电动机。系统采用单片机的I/O口控制电机的启动运行及反转制动，为了降低电机停启产生的干扰对单片机系统的影响，采用光电耦合器进行电气隔离，通过两组可控硅分别实现对电机的正转运行和反转制动的控制。交、直流电机模块中每个电机都有保护控制端，当保护控制PRI输入低电平时，保护电路动作切断电机电源。保护输入可以用作电机的停止与动作。信号来源可以是主机模块上的单片机控制口。

图7 点钞机主电机驱动电路

点钞机模拟系统工作过程分析：本系统的控制部分是单片机，传感器配接模块采集到光纤传感器的信号输入给单片机，单片机按照接收到的信号去控制电机转动，计数传感器根据电机转过的角度将信号传给单片机，单片机控制显示模块中的数码管显示相应的数值。点钞机系统设计接线如图8所示。接通电源，电源指示灯亮，数码管显示000，表示钞票计数初值为0；光电传感器每检测到一张钞票，电机转动带动码盘转动，码盘每转过两个小孔，系统确认检测到一张钞票，数码管计数加1，按下清零键计数清0。

4 单片机控制的点钞机系统的软件分析

根据单片机控制的点钞机系统的连接实训装置模块，并接好系统电源。然后启动单片机集成开发环境，建立新工程，将编写的程序导入到工程中，设置好工程的编译参数，编译得到hex格式的目标文件。编译完成后，连接仿真器，把程序（程序流程示意如图9所示）下载进去。测试并调试完成单片机控制的点钞机系统的各项功能和要求[8]。

图8 点钞机模拟系统接线

图9 程序流程示意

5 结语

本文根据单片机控制的点钞机模拟系统的结构和功能分析，基于YL-236型单片机实训装置进行了该系统所需要的硬件和软件的分析和设计，最终实现了该系统的功能要求。

[1] 劳文薇.AT89C2051单片机在智能鉴伪点钞机中的应用[J].电子与自动化，2000（6）：20-24.

[2] 黄勇，黄进华.基于单片机的点钞机计数系统设计[J].科技展望，2016（27）：109，170.

[3] 林峰.模块化设计在点钞机设计中的应用[J].时代金融，2017（2）：20.

[4] 余威明.以点钞机为平台电类专业核心课程项目教学研究[J].科技信息，2012（4）：459.

[5] 陶学恒.新型验钞机的技术原理及可视化设计[J].机电产品开发与创新，2006（5）：77-78.

[6] 洪承煜.小型智能点钞机的研制[J].工业控制计算机，2008（10）：66-67.

[7] 徐俩俩，陈金华，孙雪蕾.“点钞机张数识别及显示”微课设计与实现[J].职教通讯，2017（3）：55-57.

[8] 王志德.点钞机关键技术的研究及实施[D].上海：上海交通大学，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

李玉兰（1980— ），女，安徽涡阳人，讲师，硕士；研究方向：发动机燃烧和电子电工技术。