基于单片机的公交车智能投币器设计文献综述

四川理工学院毕业设计(论文)文 献 综 述基于单片机的公交车智能投币器设计 学 生: 崔 波 学 号:10021020203 专 业:电子信息工程 班 级: 2010.2 指导教师: 刘永春四川理工学院自动化与电子信息学院二零一四年三月前言1.1、毕业设计课题的研究方向 本次毕业设计的研究方向是基于单片机应用研究方面的一个,即基于单片机的公交车智能投币器设计。随着社会的进步，科技的提高，对我们的生活的质量要求越来越高，各种智能化的东西，减少人工干预的设备逐步增多，从而影响着我们的生活。可以说智能投币器不仅仅涉及在公交车的层面，也包括自动洗衣机，自动售货机，游戏机，投币电话等设备上，所以它的应用还是比较广的，也与我们的生活息息相关。 在对智能投币器识别系统上，要求准确性高，可靠性更好，因而设计一个相对好的系统也是相当有必要性的。这一次的毕业设计，主要是用STC89C52RC型的单片机，外加液晶显示，纸币电动机，报警器等外围部件，完成硬币真假的职能检测。1.2、历史渊源 西方的工业革命较早，很多东西都比我们提前起步。拿投币器来说同样如此，随着我们国家工业的崛起，专家们开始着手进行自我设计，自我研究，因为自己不会的东西，决定权依然掌握在别人手里，而且外国生产的投币器，性能好，但是价格很高，在这样的情况下，自主研究是必然的趋势，因为我们必须打破他们垄断的现局。随着生活质量的提高，公交车，洗衣机，公共电话的出现，在方便人们的同时，减少人工监督的思路出现了，在参考西方出现的智能投币器，我们也开始了机器智能监督的设计方向。每一个新出现的事物都会经历从不成熟走向成熟的过程。刚开始的智能投币器出现了很多问题，比如准确性低，效率不高，通过实践，认识到其不足，从软件到硬件的设计的改进和提高，现在的投币系统，不管是硬件制造软件设计，都进入一个新台阶，而且性能更好更优越的系统仍旧在不段的更新和发展。1.3、目前现状 由于公交车智能投币器生产技术地不断提高和功能的日夜完善，公交车智能投币检测系统正在我国各个地区普及。因为智能投币器的应用，从而可以大大地减少假硬币投入事情的发生；机器和人一样，不可能把事情处理的很完美，完全杜绝假硬币投入的事是无法彻底杜绝的，只可以提高其识别的准确性；对纸币进行有检测也存在着很大的困难，这将是一个深入研究的切入点。但随着技术的提高，硬币真假的识别率也将会有更多的提高，纸币检测也将会被广泛应用，系统操作也会更方便，功能更加的完善。1.4、存在的问题及展望 现在的公交车智能投币器所存在的问题有很多，比如说对硬币的识别准确性还不高，机器还是会收到很多假硬币，系统的可靠性还有待提高，除了提高设备的性能的同时，也应该从源头抓起，不管是社会还是学校，各种教育机构都应该有这样的一份责任，那就是加大宣讲力度，提高全名素质，多做这方面的宣传，应为投币上车是每一个乘车人应该尽的义务，不要为了一点小便宜，影响社会风气，给其他人做不良的榜样，这是解决提高机器性能的根本缘由。当然，现实上考虑，也只能先提高设备的识别准确性，从而间接的区制约市民的行为，达到间接教育的目的。随着社会的需要，我国近几年也开发了很多具有学习功能的微电脑识别器，这些识别器的出现，可以完全取代市场上的机械式投币器。智能投币检测装备的出现，具有通用性，可靠性，准确性，开放性。而且种类繁多，功能也越来越完善，只要将电路板安装于各个场合即能实现其不同的需要。目前大部分都是基于单片机的智能投币检测系统，也可以用PIC芯片进行设计，也有基于信息纽扣的公交车智能投币系统，都能够对硬币的真假进行无损地检测，记数，金额显示和报警。 但是目前市场上应用于公交车等需要智能识别的机器上的投币检测系统主要是国外一些大公司的产品，价格十分昂贵，如果我们能设计出更出色的产品，那样就能站住我们自己的市场，不在受人制约，而国产的硬币鉴别装置鉴别假币的功能相对比较薄弱，因而，我们需要走的路还很长。正文2.1、国内外研究现状 就目前来说,国外的智能投币器产品较为成熟,不管是技术的发展还是硬件的使用,他们的技术和方法也是值得我们借鉴的,学习别人的优点和长处,同时发展自己。比如国外的一款投币器，SR-03智能投币器，智能投币器是款电脑存储式、数位显示的多币种智能投币器并有币种的面值适配功能。多币种可以同时接收多种不同的硬币并根据币种的材质、质量和尺寸大小识别硬币。这款投币器广用于自动贩卖机、售水机、国外投币器、游戏机、按摩椅、和无人管理系统。建议不同版本同一币值的硬币可采用多通道设定，更加强识别准确性及防币能力。这仅仅是其中一个例子，除此之外还有很多更好的产品，在此就不再一一赘述。随着社会的发展，无人化管理的设备将越来越多，无人售票的公交车必将成为社会的主流，因而各种类型的公交车投币检测系统也会相继出现。就当前智能投币器检测系统的发展现状来说，并不令人满意。除了管理上的不足外，在技术上实现也有相当的困难，其中关键环节就是如何进行票费自动收取，如何检测辨别真假硬币是核心问题。 因为现在的公交车投币器所收的面值有限，今后的发展将提高其识别面值的范围，可以对不同的硬币进行识别，并进行智能计算每人所投的钱币是否满足上车要求。还有就是识别纸币，纸币的识别将是个大问题，相对纸币而言，硬币的识别更准确，更可靠，这些都将是研究问题的核心。2.2、本研究至目前的主要他人的成果在我国，智能投币器还未普及，大多地区需要人工观测，目前市场上使用的硬币投币器大多数是机械式的，这样增加了驾驶员的负担，时间久了容易疲劳眼花，这种投币器存在很多缺陷，对硬币真假准确性没有保证，无法对总金额的计数，需要通过驾驶员的目测来观察投币情况，使得造成了公交车出现了大量收到假币，造成了严重的经济损失。当前的机械式投币器型号有为：RD-101；该投币器适合各国硬币（1-8枚），适应各种面值，机械式设计，使用方便，坚固耐用。但是随着社会的发展，这种机械式的投币器必将淘汰，智能化投币器将取代它们的位置，这将成为历史发展的趋势。现在出现的较多的是用单片机控制式的检测系统。比如有用AT69C51型芯片的，智能式投币器有如下特点：1、根据硬币的材质、直径来识别真假币，准确度高；2、学习型；3、最多可设定3种不同规格的硬币（即可同时识別3种不同的硬币）。可设定一个硬币输出1-99个脉冲信号，或几个（1-9个）硬币输出一个脉冲信号；4、三段脉沖速度信号输出，NO与NC.输出开关调整，适用范围广。可根据需要修改信号输出方式：脉冲(或BYTE值)或RS232信号输出；5、可增加累计信号输出及时间控制功能；可增加禁止收受硬币功能；6、防钓鱼效果好。7、适用于各种自助贩卖机、游戏机、卡拉OK电唱机、投币电话、网吧管理等一切无人接收硬币系统；8、信号输出方式：脉冲、BYTE值、RS232电脑串口协议、USB接口。 基于PIC16F877单片机设计的公交车智能投币器，本系统属单片机应用系统，其硬件组成主要包括单片机及信号获取模块、显示模块、报警及电机驱动模块、信号处理模块等。美国微芯(Microchip)公司的PIC系列单片机主要有以下特点： (1)哈佛总线结构； (2)指令单字节化； (3)精简指令集(RISc)； (4)寻址方式简单；(5)代码压缩率高； (6)运行速度高； (7)功耗低： (8)自带硬件看门狗； (9)开发：I=具成熟强大。这屿特点使得PIC系列单片机在工业控制、消费电子产品、办公自动化设备、智能仪器仪表、汽车电子等不同的领域得到了广泛的应用。基于以上特点，本系统采用PICl6F877型单片机进行设计。系统使用12mIz晶体振荡器。机器周期为ls，晶振频率稳定，保证了本系统辨识硬币的准确性和可靠性系统采用高频反射式电涡流传感器来获得待检信号，工作原理为：当在有骨架的空心线圈中通以交变电流时，线圈刷围产生1个交变的磁场H1，将被测金属放人Hl中，则金属导体中产生涡流J。该涡流J产生1个反向的磁场H2，削弱原有磁场Hl，从而导致线圈的电感量、阻抗、品质因数发生变化。金属材料对各项参数的变化有直接的影响。若以正弦振荡电路为激励电路，以系统的频率为函数。可以推导出关系为：f_-f(o，d) (1)式中，o：金属导体的电阻率：金属导体的磁导率；d：线圈与金属导体的距离；f；电涡流传感器输出信号频率。也就足说，当线圈与金属导体的距离固定不变时，传感器输出信号的频率只与磁场中的金属导体材料的固有性质有关。所以我们可以通过测量传感器信号的频率来获得我们分辨真假币和币值的依据由于真假币之间的差别是很小的，所以从传感器获取的信号是非常微弱的，这就需要进行分析、放大、检波，从而获得一直流信号，信号的放大电路如图2所示。单片机不能处理正弦的频率信号，因此需要在传感器后面加上零位比较器将其波形整形为方波信号，电路图省略。2.3发展趋势 由于国内公交车智能投币器生产技术提高和功能的不断完善，公交车自动投币检测系统正在我国各城市普及。智能投币器的应用，大幅度的减少假硬币投入的发生；当然，完全杜绝假硬币还有一定的困难；对纸币进行有效的检测也有很大的困难，这将是一个深入研究的切入点。但随着技术的提高，硬币真假的识别率也将会有更多的提高，纸币检测也将会被广泛应用，系统操作也会更方便，功能更加的完善。2.4存在的问题市场上存在的智能投币器检测系统分为外国进口和国产两类,比较之下,容易发现,国外的产品质量好,性能高,准确性和可靠性都在我们之上,但是价格昂贵,由于我们的工业起点较晚,很多东西还处在摸索中,因而被国外企业抓住这一短板,处处制约我们的发展,因此我们的目标是要有自己的生产权。从国内看得话，其发展种类很多，主要是单片机的控制上，但很大的问题是质量不是很好，性能和可靠性差，在改进以往的同时，大力发展新思路，开拓新方法，为寻求更科学合理的系统而努力。结论3.1研究所得的结论 现在市面上较多的是AT89C5XRC系列的单片机控制系统,在这方面上,技术较成熟。基于AT89C51单片机的智能投币器检测的软件系统，通过用C语言编程使得软件系统能够对键盘产生信号进行检测，接收来自硬币接收器所给出的信号，从而执行相应的报警模块程序和显示模块程序，能够较好地解决目前公交车上投入假币问题。这样的设计当中仍存在一些缺陷，通过C语言进行编程，对程序的移植性，可读性提高，但编写过程相对比较繁琐，还可以更加的简化，有些地方可以通过调用中断编程，这样会使程序更容易实现；显示部分用到的程序比较多，字模的调用过于复杂，需要对编程更加熟练，掌握一定的算法，还可以使得程序更加简练。但这样的软件系统只对一元的硬币进行检测，对其他面值的硬币和纸币无法检测，功能显得太单一，其检测性能并不完善。因此在以后的设计中应该使得软件系统能够对市面上的各种硬币和纸币都能够进行检测，而且对软件的设计上应该具有可扩展的功能，比如新出现的硬币或纸币，能快速准确的增加识别程序，能够对新出现的币种进行识别，这样即给系统留下更大的空间可用，也减短了以后系统的开发周期，可以在原有的基础上加以修改，仍能符合市场的需要。另外一种设计是用PIC16F877单片机设计的智能投币器检测系统。开启电源，系统上电，单片机自动复位，自动初始化，液晶显示屏上显示结果为00。当有乘客投入硬币时。由电涡流传感器产生的经过外围电路变换的信号送入单片机，使其对硬币进行检测辨识、分类并输出结果可能发生的情况可分2种：1是真币，且满1元，响铃。2如果检测结果是假币，则报警器发出警报并且开动电机牵引通道侧门将假币退出。除此之外，系统还提供总票款查询功能(最大显示结果为4位即9999)。当需检查总票款时，按动相应按键，转换为显示总票款状态，液晶显示屏显示总票款，数秒后恢复正常显示状态。当有人按清零键时，液晶显示屏中所有位归零，重新显示00，内部保存的