紹興市大學生電子設計競賽簡易電子硬幣識別裝置摘要：本設計為簡易電子硬幣設別裝置，采用不同種類的硬幣重量不同進行識別。采用電阻應變式傳感器進行硬幣的測量，并用HX711高精度放大器兼A/D功能的稱重專用集成芯片讀取傳感器測量值送至具備64KROM的STC12A60S12的單片機，利用查表法尋找最接近的重量來識別硬幣的數(shù)量和金額。關鍵詞：稱重 A/D轉換器 單片機一、 系統(tǒng)方案1.1 總體方案由于各種硬幣的重量不同，因此，本系統(tǒng)采用稱重的方法進行硬幣識別，由此可知稱重系統(tǒng)以及A/D轉換器是本次課題的主要核心，只有達到足夠準確的精度才能正確實現(xiàn)人民幣硬幣識別和計算功能。本系統(tǒng)主要由電源供電部分、電阻應變式傳感器組成的稱重部分、進行數(shù)據(jù)采集的A/D轉換部分、外部按鍵控制部分、單片機以及LCD液晶顯示部分組成。用A/D轉換器讀取由電阻應變式傳感器傳出的模擬量，再由單片機讀取經(jīng)過A/D轉換后的數(shù)字量，CPU進行運算和處理就可達到要求。總體結構框圖如下圖1-1所示。圖 1- 1系統(tǒng)總體結構框圖1.2 重量檢測方案選擇與論證方案一：壓電效應的重力傳感器基于壓電效應的傳感器的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路的放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。它的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結構簡單、等。缺點是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應差。 方案二：電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是將電阻應變片粘貼在彈性體上，當彈性體受外力（拉力或壓力）作用產生形變時，傳感器將該形變轉化成電量輸出，通過相應的測量儀表檢測出這個與外加重量成一定比例關系的電量，從而測出質量。電阻應變式傳感器的優(yōu)點是精度高，測量范圍廣壽命長,結構簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。綜合兩種方案的分析與比較，電阻應變式傳感器可以達到精確測量，搭建電路簡單，容易掌握與使用，價格相對便宜等等，所以選擇方案二。1.3 A/D轉換方案選擇與論證方案一：外搭A/D電路A/D轉換可以選用A/D合成芯片或是根據(jù)A/D轉換器的原理自行搭建A/D轉換系統(tǒng)。自搭A/D轉換電路難度較高，不易搭建。且焊接時占用電路板面積大，不美觀。需要的人為操作過多，更加容易出現(xiàn)錯誤。方案二：集成A/D轉換器使用集成的A/D轉換器，可以大量減少人為操作，不易損壞，搭建方便。集成A/D轉換器HX711是一款專為高精度電子稱而設計的24位A/D轉換器芯片，分辨率大，精度高，響應速度快，抗干擾性能高。HX711自帶低噪聲可編程放大器，通道A的可編程增益為128或64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為+-20mV或+-40mV。通道B則為固定的32增益，減少了對信號放大電路的設計，對本次設計更為有利。綜合兩種方案的分析與比較，集成A/D轉換器更加貼合我們的需求，因此選用集成A/D轉換器HX711作為本設計的A/D轉換器。二、 理論分析與計算2.1 電阻應變式重量檢測原理電阻應變式傳感器內部電路圖如圖2-1所示圖 2- 2電阻應變式傳感器內部結構圖中R1、R2、R3、R4為4個應變片電阻，組成了橋式測量電路，e為電源電壓，V為信號電壓。當應變片受到力的變化時，電阻R1、R2、R3、R4變成R+R1、R+R2、R+R3、R+R4，電橋的輸出電壓變?yōu)椋篤=kF。其中V為電橋的輸出電壓，k為系數(shù)，F(xiàn)為力的大小。2.2 A/D轉化器原理由于設計的要求，我們選擇設計的增益倍數(shù)為128倍。HX711有32、64、128三種增益可供選擇，但是由于傳感器的輸出信號較小，若選擇較小的增益可能最后精度達不到要求。雖然增益越高帶來的噪聲比越大，但是HX711的特點有低噪聲，影響不大。因此選用128倍的增益。HX711的輸出數(shù)據(jù)速率有10Hz和80Hz。由于10Hz速率的精度要高于80Hz，且本設計需要較高的精度，所以選用10Hz的數(shù)據(jù)輸出速率。同時HX711是一款專為高精度電子稱而設計的24位A/D轉換器芯片，其分辨率可以達到224=16777216，完全可以完成本次設計。三、 程序設計流程圖3.1 任務分配以單片機作為主要的控制器件進行任務分配。當電阻應變式傳感器檢測到力的變化時，將微弱的電信號傳到A/D轉化器HX711，HX711通過信號放大等一系列動作，將模擬量轉化成數(shù)字量送往單片機。芯片的串口數(shù)據(jù)輸出端接在單片機的外部中斷0即P3.2口。單片機的1,2,3引腳，即P1.0,P1.1,P1.2口，控制LCD液晶顯示屏，分別與12864的片選信號輸入，串行數(shù)據(jù)輸入，使能信號相連。單片機P2口的第四位接四個按鍵，用來控制模式的選擇，上下移動以及確認。3.2 主程序流程圖主程序流程圖如下圖3-1所示。圖3- 1主程序流程圖3.3 中斷程序流程圖中斷程序流程圖如下圖3-2所示。圖3- 2中斷程序流程圖四、 系統(tǒng)測試與結果分析4.1 測試環(huán)境與工具測試在實驗室進行，環(huán)境溫度為26攝氏度。測試工具有計算機、一角硬幣（新）數(shù)枚、一角硬幣（舊）數(shù)枚、五角硬幣數(shù)枚以及一元硬幣數(shù)枚。4.2 測試結果在本此設計完成后，我們進行了大量實驗來驗證，對基本要求和發(fā)揮部分內的各項進行了逐一實驗，并達到了滿意的要求。 我們主要進行了單幣種的測試試驗以及多幣種的測試試驗。其中多幣種的測試試驗包括超出設定總額時顯示應退總額以及個數(shù)。單幣種測試結果如下圖表4-1所示。幣種真實值測量值真實值測量值真實值測量值一元112233五角112233新版一角112233舊版一角112233表4- 1單幣種測試結果測量顯示多個單幣值品種的數(shù)量和總額如下表4-2所示舊1角新1角5角1元實際個數(shù)2356測量值2356準確率100%100%100%100%表4-2 測量顯示多個單幣值品種多幣種測試結果如下表4-3所示。設定總額為3元實際投入金額（元）1234實際投入個數(shù)(個)103311測量得出金額（元）1234測量的出個數(shù)(個)103311應返還金額（元）0001應返還個數(shù)(個)00010或1表4- 3多幣種測試結果第一次第二次第三次新1角舊1角新1角舊1角新1角舊1角實際值123455測量值123455準確率100%100%100%100%100%100%測量混合新舊版的1角硬幣。如下表4-4所示。表4- 4測量混合新舊版的1角硬幣第一次第二次實際值測量值顯示準確率實際值測量值顯示準確率新1角22100%11100%5角22111元3311一次性放入各種多個幣值的硬幣，能計算出貨幣總額及幣值種類的數(shù)量。（如表4-5）表4-5一次性放入各種多個幣值的硬幣1附錄一 整體電路圖圖 一 整體電路圖附錄二 源程序#include reg52.h#define ulong unsigned long#define uchar unsigned char#include 12864lcd.h#include mode.h/* macro */typedef void(*Ptr)(ulong);#define meanAmount 20 #define MODIFY 33 #define END 44#define Key P2sbit DOUT = P32;sbit CLK = P33;sbit LED = P13;/* global */ulong adcVal;char mode = MODIFY;uchar keyVal,setValue=0;ulong valmeanAmount=0,pi;ulong code old=14828,new=41557,five=49488,yuan=77983;Ptr ptrArray=0,LCD_Mode1,LCD_Mode2,LCD_Mode3,LCD_Mode4,LCD_Mode5,LCD_Mode6;extern char a1,a2,a3;extern ulong preValue;/* dec */void HX711_Init();void delay1ms(unsigned T); /? 0usulong Mean(ulong* Array);uchar KeyScan();char stable(ulong * Array);void main()uchar modify=Modifying.;/* Configuration */LED = OFF;LCD12864_Init();delay1ms(5);/* start Modify */ LCD12864_DisplayString(0,0,modify);delay1ms(4000); /* 延時四秒等待穩(wěn)定*/HX711_Init(); /*開始校準 */while(mode!=END); /* 等待校準結束 */* end modifying */mode = 1;while(1)if(KeyScan()switch(keyVal)/* clear鍵 */case 0x0E:while(Key & 0x0F)!=0x0F); /* 等待按鍵釋放*/a1=a2=a3=preValue=setValue=0; /* 清空數(shù)據(jù)*/break;/* 模式切換鍵 */case 0x07:while(Key&0x0F)!=0x0F);LED = OFF;/delay1ms(200);if(mode=6)mode=1;elsemode+;/* 模式切換好 */* 清屏 */LCD12864_CleanScans();delay1ms(10);/* 模式界面 */switch(mode)case 1:/* 剛切換到模式1 */a1=a2=a3=0;preValue = 0;LCD_Show(0,0,0);break;/* 切到模式2*/case 2:LCD12864_DisplayString(1,2,YiJiao:00);LCD12864_DisplayString(2,2,Value:00.0);break;/* 切到模式3 */case 3:a1=a2=a3=0;preValue=0;setValue =0;LCD_ShowMode3(a3,a2,a1,setValue);break;/* 模式4：區(qū)分新舊一角*/case 4:LCD12864_DisplayString(1,3,Old:0);LCD12864_DisplayString(2,3,New:0);break;/* 模式5：一次放入各種幣*/case 5:LCD_ShowMode5(0,0,0,0,0,0,0);break;/* 模式6：測重*/case 6:LCD12864_DisplayString(0,1,Weighing.);LCD12864_DisplayString(1,2,00.00g);break;break;/* 元鍵 */case 0x0B:while( (Key&0x0F)!=0x0F );if(mode=3)setValue += 10;if (setValue99)setValue -= 100;LCD_ShowMode3(a3,a2,a1,setValue);break;/* 角鍵 */case 0x0D:while( (Key&0x0F)!=0x0F );if(mode=3)setValue +;if(setValue99)setValue -= 100;LCD_ShowMode3(a3,a2,a1,setValue);break; /* HX711初始化 */void HX711_Init()IE0 = 0;EX0 = IT0 = 1;EA = 1; /* Global Interrupt */CLK = 0;IE0 = 0;/* 外部中斷0 */void EXT0_ISR() interrupt 0 static cnt=0; char i;ulong testVal = 0;CLK = 0;for(i=0 ; i24;i+)CLK = 1;testVal 0;b-) for(a=1;a0;a-);ulong Mean(ulong* Array)char i,j;ulong temp,sum=0;for(i=0;i19;i+)for(j=0;jArrayj+1)temp = Arrayj;Arrayj=Arrayj+1;Arrayj+1=temp;/* end sort */for(i=5;i15;i+)sum += Arrayi;return sum/10;char stable(ulong * Array)ulong max=*Array,m