学位论文零钱兑换机的设计论文.docx

学位论文零钱兑换机的设计论文.docx

《学位论文零钱兑换机的设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学位论文零钱兑换机的设计论文.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

学位论文零钱兑换机的设计论文

科技创新结题论文

（

项目：

零钱兑换机的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

摘要

随着科学技术的不断发展，人类文明也在不断的进步，以人为本是人类社会发展所必须遵守的科学发展观。

目前，全国很多大城市各种收费和缴费机构都实现了无币化的电子货币交易；很多超级市场，景区和公交车辆都集成了信用卡和IC卡收费系统，这确实给广大消费者和商家带来了很大的方便。

但是，在中国利用现金交易仍然是大众消费的最主要形式。

涉及到现金交易，零钱兑换是在所难免的事情。

因此，像一些涉及到要经常需要零钱的场所和地方，需要有一种方便快捷的零钱兑换方式。

本设计的零钱兑换机是一种投入二十元、十元或五元纸币后通过操作得到对应数量一元硬币零钱的装置。

它适用于以上需要兑换的各种场合。

基于这个问题，设计了以单片机为控制器的零钱兑换装置，利用STC89C52单片机作为主机接受纸币识别模块传送来的信息进行处理并送led显示，进而控制步进电机转动带动出币机构出币。

通过实验证明，该系统能准确完成找出零钱硬币的功能。

出币机械结构设计巧妙。

关键词：

零钱兑换机；STC89C52单片机；纸币识别；步进电机

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,humancivilizationisalsoinconstantprogress,people-orientedisthehumansocialdevelopmentmustfollowthescientificconceptofdevelopment.Atpresent,thefeesandpaymentinstitutionsinmanybigcitiesacrossthecountryhaveimplementednumerousCOINSofelectroniccurrencytrading;Manysupermarkets,scenicspotsandbusisintegratedwithacreditcardandICcardchargesystem,itdoesgiveconsumersandbusinesseshasbroughtgreatconvenience.However,usingcashtradinginChinaisstillthemainformofmassconsumption.Involvecashtransactionsandcashisinevitablethingschange.So,likesomeinvolvedwilloftenneedtochangeplacesandplaces,needtohavechangeforaquickandeasywaystoconvert.Thisdesignchangemachineisakindofinvestmentafter20yuan,10yuanorfiveyuannotesbyoperatingacorrespondingnumberoneyuancoinchangedevice.Itissuitablefortheneedtochangetheaboveallsortsofoccasions.

Basedonthisproblem,designedwiththesinglechipprocessorasthecontrollerchangeexchangedevice,theuseof51single-chipmicrocomputerasthehostacceptpapercurrencyrecognitionmoduleistransmittedtoinformationprocessingandleddisplay,andcontrolofsteppingmotorrotationtodrivethecurrencyagenciesofcurrency.Throughtheexperimentprovedthatthissystemcanaccuratelyfinishtofindoutthechangefeaturesofthecoin.Thecurrencyingeniousmechanicalstructuredesign.

Keywords:

changemachine;STC89C52MCU;Notestoidentify;

steppermotor

1绪言

本文阐述了零钱兑换及找零系统的研究背景、现状以及发展方向和前景，明确指出了现阶段中零钱兑换所面临的问题。

1.1选题背景

众所周知，城市公交系统是一个城市的窗口，其工作的质量与效率会直接影响到人民群众的日常生活和工作。

城市公交系统是我国大部分城市的主要交通方式，随着居民乘车次数和公交车辆的不断增加，现有的乘车收费方式越来越不能满足需要。

随着科学技术的不断发展，人类文明也在不断的进步，以人为本是人类社会发展所必须遵守的科学发展观。

目前，全国很多大城市各种收费和缴费机构都实现了无币化的电子货币交易；不任你是到商场购物，还是在餐厅用餐，您都可以不用现金买单，取而代之的是信用卡等付款方式。

很多超级市场，公汽车上都集成了信用卡和IC卡收费系统。

这不仅象征着人类文明的进步，也确实给广大消费者和商家带来了很大的方便。

但是，就中国大多数人的消费观念，利用现金交易仍然是大众消费的最主要形式。

涉及到现金交易，找零钱是在所难免的事情了。

因此，像一些涉及到要经常需要零钱的场所和地方，如公交车上，超市等一些公共场所就需要有一种方便快捷的找零方式。

2004年10月22日武汉市就发生一起因一男乘客投币不足被揭穿后殴打女司机的事件；2004年8月3日郑州市公汽公司出台“多投币不找零”的政策，结果被人们称为“霸王合同”，引得人们怨声不断。

当然，随着IC卡技术的成熟，利用IC卡作为电子车票也逐渐变成现实[1]，很多乘客乘车时或使用电子车票，或事先换好零钱。

但综合考虑多方面因素，许多大城市流动人口众多，并多外来的打工人员，他们大部分都不可能拥有IC卡电子车票，除此之外谁都不能保证随时都有足够的零钱，毕竟公交车零钱兑换点有限，也许我们中很多人都有这样经历那就是：

有时想换些零钱是多么的难啊。

乘车时，乘客投币不足，司机不高兴，投多了乘客当然不乐意。

问题的解决是要靠双方共同努力才能得到完美的解决。

乘车时乘客应尽可能使用零钱，公汽公司尽可能增设方便快捷的零钱兑换装置和零钱兑换点。

这样才能坚持“社会本位”，“以人为本”的科学发展观。

虽然，这个产品最终必然会被淘汰，但就目前情况的考虑，它依然很有使用的价值，所以我有了设计这个产品的念头。

1.2课题研究的目的和意义

该系统集成了纸币识别收取、以及硬币的找零和兑换等功能。

该装置可以设置在公交车上、公交站点和乘客较集中的地方，也可以用在一些经常需要小额现金交易的场合。

该装置为这些场合提供了一种快捷方便的零钱兑换及找零的方式。

当然该系统由于其使用的局限性，在找零钱时只能实现硬币的找零和兑换。

至于集成IC卡收费系统和纸币识别系统是在产品真正投放市场后所必须考虑的，也是真正体现其实用价值所必须具备的功能。

因此，从整体上看该产品具备电子收费、现金收费、硬币兑换等功能，具有一定的实用价值。

1.3国内外概况

在国内专门用于找零钱的装置在市面上已经有产品出现。

由北京三银龙科贸有限公司和北京公交凯鸿科技有限责任公司共同引进开发的“可找零公交投币机”，全面的解决了公交车无法找零钱的大难题，填补了国内无人售票车自动投币无法实现找零的空白[2]。

另外还有很多单位都在研究该装置。

2003年8月12日《楚天都市报》记者从武汉市知识产权局获悉，一种新型智能投币箱可以解决公交车无法找零的问题；该投币箱已申请国家专利其产品也即将面世[3]。

但是就目前的情况来看，在全国大部分主要城市都还没有用上该装置，零钱兑换和公交车找零问题仍然是困扰公交公司的大难题。

而且零钱的兑换也一直是一些超市和零售商大伤脑筋的问题。

因此，一种快捷方便的找零方式在目前来说是很有必要的，也是很有市场潜力的。

1.4课题的主要研究工作

在本文中主要的研究工作是设计出一种方便快捷的零钱兑换机。

文中介绍的该系统主要包括两个部分：

控制部分和机械部分。

控制部分用于获取用户输入信息并将其处理，最后向执行部件发出执行的命令和执行的方式；机械部分是完成零钱兑换的执行部件，具体作用是在软件的控制下实现精确的出币。

本文中就控制部分和机械部分的设计作了主要的分析和论证。

2系统的基本构成及工作原理

下图2.1为系统的结构框图从系统的总体框图可以看出，该系统分为：

纸币识别系统、IC卡识别系统、零钱兑换和找零系统三个部分，其中IC卡识别系统采用现成的集成模

图2.1系统结构框图

块，它具体的实现方案不属于本文所讨论的范围；IC卡识别系统主要用途是实现公交车的电子收费，零钱兑换和找零系统的核心控制器件是STC89C52单片机，他的功能主要表现在以下几个方面

（1）、读取纸币识别系统送来的纸币面值信息

（2）、送出所需要找零钱数额的显示信号

（3）、缺币、假币检测

（4）、控制电机动作，找出正确的硬币数

当控制器接受到纸币识别系统送来的纸币信息后，将信息存入寄存器，然后启动兑换程序，如果是假币则语音提示“这张纸币有疑问”将不予兑换，如是规定的20元、10元、5元真币时则实现零钱兑换及找零功能。

实现纸币识别检测的方法很多，大部分实现的方法都是利用了高速数字信号处理（DSP）技术与复杂可编程逻辑器件（CPLD）和线阵型图像传感器（CCD）相结合的方法[4]。

这样的技术和产品有很多已经用于我们的现实生活中，而且这样的产品很多都以做成了集成模块，这就为开发智能找零机提供了方便和可能。

本次设计我们就通过网络购买了纸币识别模块。

该模块利用其显示数码管读取其信号进而进行接下来的执行控制。

系统工作原理

本系统是开环系统，程序控制。

先由验钞机验出纸币真伪并识别纸币面值，若投入假币或以错误方式投币，语音播报“这张纸币有疑问！

”，在正确投入5元、10元、或20元后验钞机主芯片磁性检测器通过检测纸币下方人民币安全线中的磁信号来识别面值，接着将读到的数据传回到单片机，由单片机控制处理，单片机通过程序控制各出币情况，具体操作就是单片机控制步进电机旋转，想出几个一元硬币就使步进电机转几个180角度，然后由我们设计制作的出币机构完成出币任务，纸币通过验钞机后由纸币回收箱收集，而出币执行机构从上方放入一定数量的一元硬币。

进币模块和出币模块如下图2.1和图2.2.

图2.1进币模块图2.2出币执行机构

3系统硬件结构

该系统大体上可以分为四个模块：

单片机模块、纸币识别模块、显示器模块、步进电机控制驱动模块。

其中后三个模块通过与单片机模块相连接从而构成了一个功能完整的系统，实现了零钱兑换找零机的基本硬件结构。

下面我将从这四个模块具体介绍该系统的具体实现方案。

3.1单片机模块

在计算机技术高速发展的时代，许多可编程控制器件和芯片被广泛的应用与生产生活中的各个领域，并且发挥着巨大的作用，实现了工业、农业、商业等方面的自动化。

其中最常用的有，PLC，PLD，FPEROM（单片机）等；在性能结构上，他们各有各的优点。

其中，可编程控制器（ProgrammableController），简称PLC。

它是20世纪70年代以来再集成电计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制装置，主要用于工业控制；DSP最早是指一种信号处理技术，直到八十年代初第一颗商用数字处理器问世，DSP才逐步成为一种全新高速处理器的名称。

最初DSP的应用在于专业数据通信和语音处理，各种专用调制解调器、声码器、数据加密机初步获得市场。

其后DSP应用扩展到广泛的民用产品，诸如硬盘驱动器、通用调制解调器、数字答录机、无线通信终端。

九十年代中DSP在数字GSM手机应用和无线基站应用中都获得了巨大的成功。

与此同时，DSP开始全面拓展到新兴应用，并在宽带通信、数字控制、数字音频、数字视频等市场上捷报频传。

DSP器件的特点使得它特别适合嵌入式的实时数字信号处理任务[6]。

单片微型计算机简称单片机或单片微机，又称微型控制器。

它是在一块半导体芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件，够成了一台完整的数字电子计算机。

单片机芯片的集成度很高，它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，具有以下优点：

它具有体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。

其信号通道受外界影响小，可靠性高，抗干扰性能强。

控制功能强，运行速度快。

其结构组成与指令系统都着重满足工控要求。

由上述单片机的优点可知它能广泛的应用各控制领域。

由于它具有“小、轻、廉、省”的特点，尤其耗电少，又可使供电电源的体积小、重量轻，所以特别适用于“电脑型产品”，在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收款机、办公设备、厨房设备等许多产品上的到广泛的应用。

它同样也特别适用于数控机械、医疗设备，汽车等地方。

在我国，Intel公司MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列的各种机型用的最多。

综合比较这些器件的优缺点以及该系统设计的实际情况，文中选用了STC89C51单片机作为该系统和核心控制器件。

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

特性：

STC89C52RC单片机（如图3.1.1）:

8K字节程序存储空间；

512字节数据存储空间；

内带2K字节EEPROM存储空间;

可直接使用串口下载；

图3.1.1

3.2纸币读取模块

硬件原理图：

如图3.2.1

图3.2.1

验钞机数码管：

如图3.2.2

验钞机数码管能显示出纸币的金额，利用数码管显示的数值作为单片机的输入信号。

图3.2.2

如图3.2.3所示，上方为验钞识币芯片，其中有数码管接口，我们正是从该接口读回的面额信息。

下方为进币口

图3.2.3

其检测原理为：

钞票纸正面偏左位置有1.2mm宽的安全线，用磁性检测器检验磁性反应。

人民币安全线中的磁信号很有规律，磁信号由若干个单信号构成一组信号，相同面值人民币的磁信号相同，不同面值人民币的磁信号不同，经过磁阻型传感器磁头时，产生相应的磁通量的变化，致使磁敏电阻值随之变化。

该变化的电阻值转变成电压信号经后级电路处理，再送给单片机进行真伪的判别。

单片机通过分析磁信号的间隔和占空比，将信号分为若干组，用该信号和预先存储的人民币固有的信号进行比较，即可识别钞票真伪和分辨钞票的面值。

工作过程：

验钞机附带一个三位的数码管，显示方式为动态显示。

显示时，单片机可以读出数码管的字型码，也就可以确定纸币的数值。

产生中断经过若干次中断

3.3显示模块

在单片机系统中，常用的显示器有：

发光二极管显示器，简称LED；;液晶显示器，简称LCD；阴极射线CRT显示器等。

由于LED数码管显示器具有价格低廉，配置灵活，连接方便等优点，结合本例实际的需要我选用了二位共阴极的LED显示器作为显示器件。

3.3.1LED的工作原理

LED数码管由多个发光二极管显示字段组成，分为共阴极和共阳极两种类型，如图3.4所示。

共阴极LED的发光二极管的阴极连接在一起，用来接电源的

图3.4数码管的外型及结构

负极，当某字段发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的字段被显示。

同样，共阳极LED的发光二极管的阳极连接在一起，用来接电源的正极，当某字段发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的字段被显示

常用的LED数码管有a，b，c，d，e，f，g共7个字段，构成字形“8”，外加一个小数点DP共8个发光二极管。

3.3.2LED的显示方法的选择

LED显示器的显示方法有静态和动态两种。

静态显示就显示器的每一个字段都要独占一条I/O线，当CPU将要显示的字段码送到输出口上，显示器就可以显示出所要的字符，如果CPU不去改写它，它将一直保持下去。

静态显示的优点是显示程序简单，亮度高，实时性好，但也有缺点，主要是显示位数较多时占用I/O较多，硬件复杂成本高。

动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方法，这种方法线路简单，成本低。

所谓动态扫描显示方法是把所有LED数码管的8个段的各同段名端连接在一起，并把它们接到字段的输出口上。

为了防止各数码管同时显示相同的数字，各个显示器的公共端COM还接到另外一组控制信号，即把它们接到位输出口上。

这样，对于一组LED数码管需要由两组信号来控制，一组是字段输出口输出的字形码，另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位数码管工作，称为位码。

在这两组信号的控制下，可以一位一位的轮流点亮各个数码管显示各个数码，及实现动态的扫描显示。

如果要显示一组数字，即利用循环扫描的方法，各位显示器依次从左到右轮流点亮一遍，通过时间再使之显示一遍，如此不断的重复。

在轮流点亮一遍的过程中，每位显示器点亮的时间是极为短暂的。

由于LED具有余辉特性以及人眼视觉的惰性，尽管每位显示器实际上是分时断续的显示，但只要适当选取扫描频率，给人的视觉印象就像是连续稳定地显示。

从结构上来讲，静态显示的方法电路结构复杂，需要用到锁存芯片作为辅助器件；动态扫描的方法电路结构相对简单。

显示方法的选择应该根据实际需要来选取。

结合本例的实际情况，在本例中选用了动态LED的显示方法。

其中主要原因是：

购买的验钞读币机本身就是动态显示的

3.3.3系统中所采用的显示接口电路

显示部分电路如下图3.3.3所示，

两位共阴极数码管

用数码管动态显示

图3.3.3

3.4电机控制模块

电机从大体上可以分为直流电机和交流电机两大类。

直流电机具有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大、能承受频繁的冲击负载、可实现频繁的无极快速启动、制动和反转等一系列优点，因此直流电机在控制领域中应用是非常广泛的。

但是他不能实现精确的定位；在交流电机中有一种叫步进电机，它是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。

步进电机具有快速启停能力，只要电机负荷不超过它所能提供的动态转矩，就能通过输入脉冲来控制它在一瞬间启动和停止。

步进电机的步角距和转速只和输入脉冲的频率有关，和环境温度、气压、冲击和振动无关，也不受电网电压的波动和负载变化的影响，它每转一周都有固定的步数，步进精确和步距误差不会长期积累。

因此，步进电机可以用在需要精确定位的场合应。

在本例中既可以用直流电机作为动力本分也可以选用步进电机作为动力部分。

电机选取的不同就会有不同的解决方案。

选用直流电机的话就要有相应的制动装置和其他辅助检测装置。

检测装置可以是：

光电传感器、限位开关等，这些装置的作用都是为了能够实现对电机转动角度以及出币过程的控制。

但是加上这些