基于STM32硬币识别检测

只看该作者 · 2022-12-31 15:54

本设计基于ARM内核的单片机STM32F4的高识别率硬币识别装置，主要应用于各公共营业场所，如各超市，自动售货机，公共交通等。它应该能完成一角（分新版旧版），五角，一元硬币的识别，并高效率筛选假*，游戏币并将识别情况实时显示等功能，同时具有精度高、功耗低、抗干扰能力强等特点。

本文主要从硬件和软件两部分来设计整个系统和功能的实现。硬件方面：为满足对硬币高识别率的要求，采用8位单片机、电磁传感器、激光传感器、OLED。系统的核心是基于ARM内核的单片机STM32F4，以模块化的设计方法将装置的硬件按功能分为几大模块进行设计，分别为：电源模块、电磁传感器模块、激光传感器模块、显示模块、滤波放大模块、A/D转换、控制模块。电源模块为系统提供电源，电磁传感器形成涡流效应，实现对真假硬币的鉴别，激光传感器检测硬币的有无和硬币大小的直径信息，利用芯片内部A/D转换电路把模拟量转换成数字量，控制模块是利用舵机来控制对硬币的筛选，显示模块是将硬币真伪和交易过程和找零结果显示出来。

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硬币检测识别原理

中国硬币体系及材质特性

硬币从性质上划分的话，可以分为三种类型，分别是：用于正常购买的数量较多的硬币；具有纪念意义，但是仍然可以进行购买作用的金属性硬币；还有一种就是只有纪念意义的贵重的金属性质的硬币。最后一种的发行量相对来说特别少，并且价格也超出其他种类很多，所以国家处于各种不同方面的思考，主要发行的就是最普通的性质的硬币，而这种性质的硬币，我国主要发行流通的有以下四种。

只看该作者 · 2022-12-31 15:57

1、1955年开始铸造第一种的硬币，但是在1957年的12月1日才成功的在中国进行流通，硬币的材质是镁铝合金，外形是有锯齿的圆形硬币，面值根据当时社会的需求而定，分别是1分、2分、5分。

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1980年开始铸造第二种的硬币，在1980年的12月1日才成功的的在中国进行流通，硬币的材质是铜、镍等有色金属，外形是有锯齿的圆形硬币，面值根据当时社会的需求而定，分别是1角、2角、5角。

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1991年开始铸造第三种的硬币，后来在1992年的6月1日才成功投放到在中国市场进行流通，硬币的材质是黄铜合金、钢芯镀镍，外形是内部九边形的圆形硬币，面值根据当时社会的需求而定，分别是1角、2角、5角、1元。

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1999年开始铸造第四种的硬币，此次铸造的硬币与以往的硬币有很大变化，在200年发行的硬币只有1元和1角的，而这两种硬币的发行银行、时间都在硬币的背面有所体现。比较有特点的是在2002年发行了5角的钢芯镀铜合金的间断带齿的硬币，看着工艺很精细，一种金灿灿的感觉，一起发行的1角的铝合金的边缘光滑的硬币非常轻盈。自2005年我国发行耐用的不锈钢1毛硬币进行流通使用。

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电磁传感器工作原理

科技飞速发展的当今社会，电磁传感器应用极其广泛，甚至必不可少，它是通过电涡流效应，完成工作。它的优点是：组成相对简单，灵敏性高，应用广泛、不被其他物质影响等，所以传感器的设置被高度重视。现代社会中，关于宽度、长度、空间移动、摄氏度等等的数据测量都需要使用电磁传感器进行工作。

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在最近的这几年时期中，电磁传感器在当今科学技术飞速提高的现代，已经成为了非常受欢迎的传感器，总体来说，利用采用电涡流效应是其操作时的原理。不仅具有搞的灵敏度广的频响范围和不会受到外界油污影响而且结构也相对简单。所以，该传感器己被广泛用于测量位移、振动、厚度、转速、温度、硬度等参数，以及用于无损探伤等领域。

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根据电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线，线圈内产生感应电动势e。e的大小与穿过线圈的磁通φ变化率有关。按工作原理不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式，即动圈式传感器和磁阻式传感器。

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　恒定磁通式磁电感应式传感器按运动部件的不同可分为动圈式和动铁式。动圈式磁电传感器的中线圈是运动部件，基本形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速度，如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量位移或加速；动铁式磁电感应式传感器的运动部件是铁芯，可用于各种振动和加速度的测量。

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　变磁通式磁电感应传感器中，线圈和磁铁都静止不动，转动物体引起磁阻、磁通变化，常用来测量旋转物体的角速度。

只看该作者 · 2022-12-31 19:23

电磁传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又称电磁感应式或电动力式传感器。主要是针对测速齿轮而设计的发电型传感器，将被测量在导体中感生的磁通量变化，转换成输出信号变化。

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图1 电磁传感器原理图

电磁传感器的原理图如图1所示。我们知道在磁场中运动的金属导体在其本身内部会形成闭合的电流现象就是涡流（电涡流）。之后，电涡流所能生成的另个交变磁场的作用是：阻止外磁场发生改变，但是，对于电涡流来说，正因为它的相位比较靠后，在平均角度方向上电涡流所产生的磁场，它的作用是：阻止产生外磁场。根据能量守恒角度分析，被测导体中是可以产生电涡流损耗的，磁效应又在其中产生，所以显而易见的是：此装置在工作中，不仅有磁滞损耗生成，又有焦耳热产生。这样一来，其所产生的交变磁场的能量的消耗。

只看该作者 · 2022-12-31 19:25

为了便于分析，图1的电磁传感器原理图可以进一步简化为图2所示的简化模型。

只看该作者 · 2022-12-31 19:25

图2电磁传感器简化模型

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图2中ra 与 rs的关系如公式2.1所示，ri与 rs与的关系如公式2.2所示，h的值的计算公式如2.3所示

只看该作者 · 2022-12-31 19:27

式中为短路环等效外径，为短路环等效内径，为传感器线圈外径， h为电涡流贯穿深度,单位为厘米，为导体电阻率, f为电流频率，单位为Hz，为相对磁导率。

由式(2.1)可以看出涡流在导体上的有效作用范围的直径大约为线圈外径的1.39倍，由式(2.3)可以看出电涡流贯穿深度h平方的大小跟导体电阻率成正比，跟相对磁导率二与电流频率f成反比。

能量的损耗使传感器的等效阻抗Z,等效电感L和品质因数Q值变化。因而当被测体的电导率、磁导率、线圈的激励频率f以及传感器与被测体间的距离d变化时，将引起传感器的等效阻抗Z，等效电感L和品质因数Q的变化，其数学表达式如公式2.4，2.5，2.6所示：

只看该作者 · 2022-12-31 19:28

一般传感器的激励频率f在一种具体的应用情况下为一个确定值，因此如果将其它三个参数中有两个保持不变，就可以将另一个参数转换成传感器的等效阻抗Z,等效电感L和Q值。

只看该作者 · 2022-12-31 19:33

当被测材料一定时，则电导率和磁导率为常数，此时传感器的输出值将是传感器与被测体间的距离d的函数，其数学表达式如公式2.7，2.8，2.9所示：

只看该作者 · 2022-12-31 19:34

利用公式数据值进行测量d（距离）所有有关的数据值，像是空降移动值、震动幅度值、长度宽度值等。保持距离不变根据函数关系我们根据这个公式可以进行金属材料的电导率、磁导率、硬度、裂纹检测等的测量工作，因为交变磁场的激励源的频率不同，那么电涡流能穿透导体的深度也是不同的，所以，可将电磁传感器分为高频反射式电磁传感器和低频透射式电磁传感器两种。