硬币自动识别的电子存钱罐*

刘 燕，陈 娟

(山西大学商务学院，山西 太原 030031)

0 引言

在世界范围内，小额货币在日常交易与找零结算中不可或缺，使用最为频繁。相对于纸质货币，硬币以其成本低，流通次数多、耐磨损、易回收重利用，减少病毒传播等无可替代的优势，占领着小额货币市场。据统计，小额硬币是纸币使用寿命的100倍，并且可以回收重复利用[1]。所以，小面额货币硬币化是世界各国普遍采用的做法，也是我国央行力推的政策。现在市面上流通的硬币主要以第五套人民币的硬币为主[2]，1元硬币是钢芯镀镍，5角硬币是钢芯镀铜合金，1角硬币有两种材质，铝合金和不锈钢。不同币值的硬币在使用材质和制造工艺、直径、厚度、防伪标志等物理性质方面都有所区别[3]。硬币因广泛使用，加之面值小，人们防范意识差，造假难度低，使得造假者盯上了它。假硬币的大量流通，给人们的财产安全造成了较大影响。目前，对假硬币进行鉴别的方法主要有图像对比法[4]、称重法和涡流传感器检测法[5,6]。图像法硬件成本高，不易做到实时性；涡流传感器对一些特定硬币的检测存在限制性；相比较而言，称重法更容易实现。

硬币给人们的生活带来方便，但是硬币的存储有些麻烦。传统的存钱罐只是简单地对硬币进行存储，不具备自动计数和判别硬币真伪的功能。针对这种情况，设计了一种基于STC89C52的硬币自动识别存钱系统，它操作简单，既方便对硬币进行存储，又可以快速地辨别出硬币的币值及真伪，并进行语音播报和实时显示，具有很好的应用前景，对于无人售票车、自动售货机、投币式电话等涉及到硬币大量使用的行业有一定的借鉴意义[7]。

1 系统总体设计

所设计的硬币自动识别电子存钱罐以STC89C52单片机最小系统为主控模块，由压力传感器称重模块、红外传感器模块、键盘输入模块、语音播报模块、1602液晶显示模块和LED灯提示模块组成。系统总体功能模块图如图1所示。

图1 系统总体功能结构图

该电子存钱罐的工作流程为：在单片机的控制下，由红外传感器检测是否有硬币接近需要存入，然后由压力传感器对硬币进行称重，并在液晶显示屏实时显示该硬币的重量。当测量值符合真硬币的条件时，显示屏将显示币值以及存钱总额，同时进行语言播报；若测量值不符，则语音播报为假币。取出硬币时需要按键输入提前设置好的密码，输入密码正确时，LED灯提示且系统将会对存钱总额清零。

2 硬件电路设计

该电子存钱罐的主控模块采用STC89C52单片机最小系统，包括电源电路、复位电路和时钟电路。STC89C52RC单片机具有Flash存储器，可以通过外部连接下载端口，直接进行内部程序更改等操作。作为如今普遍适用的一款单片机，STC89C52性能良好，软件编程简单。在运行程序时，要先对程序进行初始化，随后它才会对按键输入的指令信息进行处理，再根据指令信息的不同对不同模块发布相应的信息，各模块接收信息后才会实现与之对应的功能。STC89C52单片机最小系统的电路如图2所示。

图2 单片机最小系统

硬币称重模块选用了双桥电阻应变压力传感器，它可以对不同币值的硬币进行重量检测。采用的双桥电阻应变压力传感器具有耗能小、价格低廉以及灵敏性高等特点。由于STC89C52单片机内部没有AD转换功能，只能处理数字信号，所以需要在外部连接一个可以将模拟信号转换成数字信号的AD转换电路。HX117是24位的AD转换模块，它具有体积小，转换时间短，操作简单等特点。

语音播报模块选用的是广州唯创科技公司研发的WT588D可编辑语音模块。拥有外置Flash存储空间，而且抗干扰性良好，可以多次重复擦除烧写，其内部的音频处理器处理速度非常快，而且音质很好。当语音信号通过单片机处理发送到WT588D语音模块时，系统将按照提前设定的语音进行播报。

3 软件设计

软件编写完成后，在Protues软件中打开提前设计好的电路仿真图，将源程序编译生成的*.hex格式文件传入，即可开始仿真。在仿真过程中，会出现仿真电路与软件程序不匹配的情况，如：液晶显示模块无法显示字符、在按键后系统没有做出相应的操作等，所以需要多次修改源程序的代码。在最终达到仿真电路各模块均能实现与之相对应的操作后，就可以开始将程序下载到实物电路板中继续进行软件与硬件的调试。该硬币自动识别存钱系统的程序流程图如图3所示。

图3 主程序流程图

该电子存钱罐的输入部分就是键盘的输入控制。对于按键的选择，不仅可以输入密码，还带有清除密码状态和设置密码状态。对于按键抖动的情况，在编写程序时通过增加一个延时程序的方法消除抖动。设计的按键主要功能有：设置取钱密码，输入存取密码，以及为解决忘记取钱密码的情况下设置的消除密码功能。液晶显示信息包括被测硬币的重量和币值，当前存入硬币的总金额、输入的密码。

4 系统测试与分析

操作步骤具体如下：当红外传感器检测到有硬币投入时，压力传感器对该硬币进行称重，并在液晶屏显示重量，以及当前存钱罐内的硬币总金额。当测量值符合真硬币的条件时，显示屏将显示该硬币的币值并进行语音播报；若测量值不符，则语音播报为“假币”。取出已存入的硬币时则需要先输入提前设置好的密码，输入密码正确时，LED灯点亮提示且系统将会清零存钱总金额。该电子存钱罐的实物图如图4所示。

图4 电子存钱罐的实物图

由于流通过程中硬币会造成不同程度的磨损，前期对硬币重量进行了多次测试，得出结果：1元硬币的重量6.0g～6.2g；5角硬币的重量介于3.7g～3.9g；1角铝合金硬币的重量1.05～1.25g；1角不锈钢硬币的重量3.1g～3.3g，程序设计以这个数据为标准来进行硬币真伪的判别。

为了测试所设计的存钱罐硬币识别系统的准确性。使用2000年以来的不同年份的各种币值的硬币各10枚进行实验，按照币值分为3组，每组随机投掷50次，连续3天在不同的时间进行测试，分别记录下每天各组硬币识别准确的次数。表1为实验数据。

表1 电子存钱罐的测试数据

从表中数据可以看出，该电子存钱罐的准确性很好，平均准确率在98.6%左右，而且系统稳定性能良好，抗干扰能力强，基本不受外界环境变化的影响。

5 结语

所设计的电子存钱罐采用称重法进行硬币识别，以STC89C52单片机最小系统为主控模块，由压力传感器称重模块、红外传感器模块、键盘输入模块、语音播报模块、1602液晶显示模块和LED灯提示模块组成。系统准确性较高，稳定性较好，不受外界环境的影响，操作简单，既方便对零散的硬币进行集中存储，又可以快速地辨别出硬币的币值及真伪，并实时语音播报和液晶显示，具有很好的应用前景，对于无人售票车、自动售货机、投币式电话等涉及到硬币大量使用的行业有一定的借鉴意义。