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电子硬币识别文档
题目名称：
电子硬币识别装置（H题）
摘要：
本电子硬币识别装置采用了价格廉价精度较高的24位的专用电子芯片HX711来构建电子芯片，通过比较我们还选择了合适的传感器应变式电阻传感器，其结构简单，操作方便，电路简洁能够满足我们的精度额需要。
为了直观方便我么们还采用了比较流行的迪文触摸屏，在触摸屏上我们设置了几种界面，和一些模拟图片新旧版圆角分，投入的总钱数还有新旧识别系统，清晰明了。
在触摸屏上我们主要采用了ADS784、LM385、MAX232等一些芯片。
为了更加方便我们还增加了语音播报，只要你触动显示屏功能就能知道你所需要的结果，你可以选择打开和关闭。
采用ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。
为了将所有的各个功能结合在一起我们选择比较经济实惠的元件STC12C5A60A单片机。
该单片机拥有很强大的功能具有三个定时计数器，更加大的存储空间，还有两个串行串口能够很好的满足我们的需要。
通过以上的组合我们基本上能够完成对硬币的识别和价格的确定还能计算投入硬币的总钱数，在此我认为是个比较合理和完整的方案。
关键字：
A/D转换器HX711语音播报触摸屏STC12C5A60A电阻传感器
目录
1.方案论证与比较3
1.1传感器的比较和选择3
1.2电子天平设计的比较和选择3
2.系统方案4
2.1系统总方案4
2.2单元电路设计5
2.21传感器模块5
2.22A/D转换模块5
2.23片机及其电路的设计6
2.24语音播报7
2.25触摸屏8
3.软件设计8
4.系统测试10
4.1逐个硬币投入测试10
4.2一次投入多个硬币测试10
5.总结11
6.参考文献11
1.方案论证与比较
1.1传感器的比较和选择
方案一：
电磁平衡式传感器，就是利用电磁力平衡原理而制成的电子天平。
这种原理的天平．其结构复杂但精度很高。
可达二百万分之一以上的精度，它是目前国际上高精度天平普遍采用的一种形式。
方案二：
电感式传感器，是利用差动变压器原理而制成的天平．其结构简单，精度和成本较低，它是目前广泛应用在精度要求不高的行业里的一种天平。
方案三：
电阻应变式传感器，是应用电阻应变式原理制造的天平，精度可达万分之一，称量范围较大，从几公斤至几十吨，适合大称量设备，如汽车衡、电子皮带秤等。
方案四：
电容式传感器，是利用电容原理制造的天平．其构造简单，精度较低，应用于一般要求的行业中。
由于电容式传感器称量速度快，性价比较高，但也不能达到很高精度。
精度不能达到要求。
电磁平衡传感器的电子天平。
其特点是称量准确可靠、显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置以及超载保护等装置。
虽然都能满足需要到时价格太高不太适合。
而应变式传感器，结构简单、造价低，使用起来比较方便虽然精度不是很高但是能够满足我们的需要。
最后经过考虑我们选择了应变式传感器。
1.2电子天平设计的比较和选择
方案一：
本设计的电子秤以MSP430单片机为主要部件,通过对硬件和软件进行设计。
硬件由电阻应变式称重传感器、MSP430单片机、INA156和LCD液晶组成电子秤，可测量0～1Kg。
称重传感器输出的电量是模拟量，数值比较小，达不到A/D转换接收的电压范围。
所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理，由仪器放大器电路实现；然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理，将其数据送入LCD显示。
方案二：
该设计利用24位A/D转换器CS5532实现称重数 据采集，采用具有噪声过滤的光电检测模块和具有相位补偿功能的PID模块构建质量称量闭环调节电路。
在称重数据处理中，应用均值移动滤波、漂移补偿和线性化处理技术，并设计基于虚拟仪器技术的上位机管理系统，提高了电子天平的 稳定性、准确度、可操作性。
方案三：
当商品放到秤盘上时，秤盘下的传感器产生一模拟信号，该信号的强弱随商品重量的大小而发生变化。
模拟信号经放大电路放大后，送入HX711A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字信号再进入单片机经过数据处理，单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出商品实际重量。
另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入单片机，经过数据处理，送至显示电路显示，物重与单价经过运算产生总价，在显示电路上同时显示出来。
通过比较我们选择了第三种方案，第三种方案简单直观，便于我们设计而且能够达到我们的要求，完成很多综合功能，成本也不高实际应用价值很高。
2.系统方案
2.1系统总方案
质量精确到百分位。
系统由电阻应变式L-PSIII型传感器、放大电路模块、24位HX711A/D转换芯片、单片机STC12C5A60A数码管、语音播报，触摸屏。
当商品放到秤盘上时，秤盘下的传感器产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而发生变化，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，数字信号再进入单片机经过数据处理，单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。
物重与单价经过运算产生总价，在显示电路上同时显示出来。
其总体框图如下：
图一系统总体框图
2.2单元电路设计
2.21传感器模块
本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。
它会死两只应变片和两只电阻帖子啊弹簧梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。
电阻的变化使桥式测量电路的输出电压的变化而变化，即输出电压的变化反映出中立的变化。
全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4，变化值△R1=△R2=△R3=△R4时，桥路输出电压
。
其输出的灵敏度比半桥又提高一倍，非线性误差和温度误差均得到改善，电桥的输出可由下式子表示：
全桥电路原理图如下：
图二：
全桥电路原理图
2.22A/D转换模块
HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。
与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。
芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。
芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。
原理图如下
图三A/D转换原理图
2.23片机及其电路的设计
ATM公司的STC12C5A60A作为CPU，它是低功耗高性能的八位CMOS微控制器，与MCS-51微控制器件兼容本设计的控制电路。
以单片机89C52为控制中心，负责接收数据和外接设备的信号，再进行数据处理，发出控制信号，以达到所需的要求。
单片机AT89C52输入输出端口定义：
P0.3：
超重报警电路P1口：
A/D转换模块。
电路图如下：
图四单片机连接图
2.24语音播报
ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。
一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。
使用方便的单片录放系统,外部元件最少，重现优质原声，没有常见的背景噪音，放音可由边沿或电平触发，无耗电信息存储,省掉备用电池信息可保存100年,可反复录放10万次，无需专用编程或开发系统，较强的分段选址能力可处理多达160段信息，具有自动节电模式，录或放后立即进入维持状态,仅需0.5μA电流单一5伏电源供电。
原理图如下：
图五语音播报
2.25触摸屏
触摸屏采用的是，迪文6.0版。
通过对热水器设计要求。
我们自己设计了触屏按键，有时间调整功能，水温设置功能，水温显示功能，并带有语音播报功能。
能够很好的显示出当前水温。
通过触控制作，加载命令，与单片机的串口相连，能发送数据，接受数据（命令）并执行相应的功能。
再通过迪文串口调试，将编好的相应文件下载到屏幕中。
再调试相应的波特率，就完成了我们制作热水器需要的相关功能。
并且，无线遥控器能与其联动，在屏幕上能显示当前的操作，语音也能播报，使其功能更有使用行。
能体现出所谓的智能化，而语音对盲人的使用有很大的方便，可以说我们的设计更有人性化的一面，这也是当前产品的所有趋势。
3.软件设计
软件主程序包括显示程序，键盘处理程序，A/D转换程序，数据转换处理程序。
INT1为键盘为中断服务程序，A/D中断服务程序完成采样数据的存储，键盘中断服务程序完成扫描，判断数字键还是功能键，若为数字将数据送入数据缓冲区和显示缓冲区，若是功能键则进入功能键处理程序。
本程序使用了定时器器，用来实现每隔一定的时间称重一次的功能，大体流程图如下：
4.系统测试
4.1逐个硬币投入测试
一元
五角
一角（新）
一角（旧）
总数量
总重量
总金额
标准
（1）
6.10g
3.80g
3.20g
1.15g
-
-
-
数量
1
0
0
0
1
6.04
1.0
0
1
0
0
1
3.81
0.5
0
0
1
0
1
3.22
0.1
0
0
0
1
1
1.14
0.1
3
0
0
0
3
18.09
3.0
0
5
0
0
5
19.05
2.5
结果分析：
通过以上分析可以看出不管是新版的还是旧的都存在一定的误差，可能由于我们测量的精度和非线性设计的不是很合理，还有外部存在的干扰都有可能影响测量的结果，还有硬币经过长期的磨损还有上面粘有其他的附带物都会使他的实际质量发生变化。
最后导致测量的结果不准确，所以我们可以通过软件设置一定的范围内评重量能够识别硬币的大小和数量。
4.2一次投入多个硬币测试
一元
五角
一角（新）
一角（旧）
总数量
总重量
总金额
标准
（1）
6.1
3.80
3.20
1.15
-
-
-
数量
2
3
7
0
12
45.98
4.2
1
5
6
0
12
44.26
4.1
3
4
10
0
15
65.22
7.0
0
3
2
0
5
17.79
1.7
1
2
5
2
10
31.98
2.7
1
3
12
0
12
56.22
7.7
结果分析：
通过上面可以看出在小范围类该装置还是能够辨别出硬币的总类和多少的，但是在数量较多的是时候存在一定的公约数，通过重量很难来区分该硬币的多少。
一个五角的和两个一元的重量与五个一角的重量很相近。
值靠重量很难在看出其硬币的多少。
所以该装置还存在一定的改进。
有待近一步的提高。
5.总结
本电子天平硬币识别装置，能识别旧版铝制一角，新版铝制一角，及五角还有一元硬币。
满足设计的基本要求，同时，通过LCD屏的清晰直观显示及其语音播报的相关设计，在一订的范围内可以很好的操作及应用。
本装置通过单片机对数据的采集分析，通过不同的算法，实现上述功能。
同时，由于天平的传感器存在精度及误差影响，可能会出现一些识别的错误。
在实际应用中，由于硬币之间也有重量的不一致及其误差，还有存在磨损情况，可能导致识别不了的问题。
在进一步的算法还有精度静一步提高的情况下，能够将识别的功能更精确，识别的数量也会加大，这是受因素制约的问题，在设计这款电子天平硬币识别装置时，我们都考虑到了相关的功能，只要改进传感器，还有算法，就可以改进我们的局限和不足。
6.参考文献
《传感器电路分析与设计》李道华李玲等武汉大学出版社2000年
《传感器理论设计基础及其应用》善成祥国防工业出版社1999年
《电力技术基础试验与课程设计[M]》高吉祥电子工业出版社20056年
《单片机的C语言》姜志海赵艳雷电子工业出版社2008年
《智能电子称重系统的设计[J]》王春艳微计算机信息2007年，（04）
《新型便携式电子城设计应用》张海霞计量技术2005年，（9）：
6—9
附录：
附件1：
元器件明细表
ADS7834
HX711
LM385
MAX232
STC12C5A60A
S855D
BS2202S
ISD1420
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