基于单片机的ATM流通币清分设计.docx

1、基于单片机的ATM流通币清分设计第1章 绪 论清分机是一种高端金融机具产品,于20世纪90年代中期进入我国，又称为钞票清分机、现金清分机、货币清分机、纸币（钞票、现金、货币）分选机。是一种专门用来清点、分选纸币的金融机具。1.1课题背景四大国有商业银行是大陆金融业的主体，也是大陆经济发展的主要资金供应者，纸币处理量巨大。近几年来，为更好地贯彻执行人民银行颁布的人民币“七成新”清分标准、不宜流通人民币挑剔标准和加强残损人民币回收工作，提高现金处理效率、降低处理成本、实现竞争优势，同时也为满足银行自动取款ATM及其他自助服务设备配钞的需要，中国工商银行、建设银行、农业银行及中国银行等四大商业银行在

2、现金处理方面结合自身情况，引进国外先进的解决方案，加大集中清分力度，提高机械化清分比例，较大程度上推动了纸币清分机的应用普及度。四大商业银行清分机使用部门对于清分机的需求类型，主要受现金日处理量和历史配套机型决定。 四大商业银行清分机使用部门需求何种清分机（小型机或中型机），主要由两个因素决定：第一，清分中心现金日处理量。调查获悉，中行应用中型机较少，农行不用中型清分机，主要是由于其各现金清分中心日处理量小，一般配置小型机就能满足日常工作需要；第二，清分机历史配套机型。由于习惯原因，清分中心的工作人员一般不喜欢经常更换使用机型，在熟悉某种机型之后，如果该机器性能不错，再次采购该机型的可能性非常

3、大。因此，各需求部门之前配套的机型使用状况会直接影响之后采购机型。在中国流通中钞票残损占比大，对钞票的整点、挑剔、分版等工作，对于各商业银行都是个棘手的问题。四大商业银行目前仍有相当比例的现钞整点挑剔工作仍然主要依靠繁重的手工操作进行，劳动强度大。但由于目前清分机在防伪检测、残币检测、缺角检测、油墨检测，清分速度等功能上不同程度仍存在或多或少缺陷，部分工序仍然需要借助人工进行复点和核实工作，因此短期内机械清分比例难以更大程度提高，清分机（包括中型清分机）应用受到一定的制约。1.2本问设计主要工作目前银行对清分几的类型需求趋向于小行清分机，小型清分机相对与中、大型结构上紧凑所以设计要求上就严格。

4、本文针对清分机的清分速度进行设计，因为中国的流通币残损占比大，在无形中对清分机的速度有很大的影响，所以在分钞时对清分机的机械上有很高的要求，在清分机的设计上纸币通过鉴伪机构鉴别后通过系统对纸币的要求将分到不同的仓内，在分仓过程中由于设计小巧就要求内部机械结果调试的很精确，否则对中国的纸币而言会造成卡钞现象进而影响清分机的速度。所以最关键的部件就是拨叉，而我们做的就是对控制拨叉运动的系统。我们在这次项目中应用的AVR单片机是很新颖的一种，它不仅价格低廉，可以节省很多开发费用，而且内部存储器的擦写可达到10000次以上，不会产生报废品。这里利用AVR单片机完成对旋转磁铁的控制实现ATM币在清分机中

5、的分配。通过自制的ISP下载线与电脑之间的链接，将电脑中的程序文件输入到单片机中，实现分配。第2章 清分机功能清分机具有清分、整理、鉴伪、计数计值四大功能。2.1清分功能：能够进行ATM配钞清分、流通币新旧清分、面值清分、版别清分、残损币清分（包括脏污、胶条、折角、缺角、孔洞等清分）。（1）条件清分（分单、双面值）：即对流通币的新旧、挑残。（2）整理清分：即将一种币种的4个面进行清分，一次完成规整为一个面。（3）面值清分：（分版，分年版，混版）。（4）混点清分：即将混合的不同面值进行归类清分并有计数功能。2.2整理功能：能够对钱币正反面、正反向的整理，通过整理可实现钱币的同一面向和同一方向。2

6、.3鉴伪功能：能够准确识别假币和变造币；通过UV紫外光传感器+IR红外线传感器+MG磁性传感器+光学+测厚等全新智能鉴伪技术综合应用，能够快速解决新版扩充及对防伪技术更新的问题，可满足用户多样性的需求。2.4计数计值功能：能够快速、准确的计数计值。随着图像采集和识别技术的发展,它已经成为提高当前纸币清分机清分能力的重要手段。图像采集和识别技术主要实现纸币的面额、版本、面向及新旧残缺清分,要求具有实时、高速以及高可靠性。针对纸币清分机的特点,基于数字图像处理、模式识别、以及数字信号处理等先进理论,结合当今在相应领域的最新发展应用技术,采用DSP 与FPGA 作为清分机图像处理子系统的硬件结构,使

7、整个系统的灵活性和实时性得以提高，中国清分机将打开中国通向世界尖端领域的又一扇窗。第3章 系统设计构思3.1 设计要求（1）进入主仓要求下拨叉一位。（2）进入副仓要求上拨叉一位,下拨叉二位。（3）进入退币仓要求上拨叉二位,下拨叉二位。3.2 上拨叉与下拨叉工作原理纸币通过鉴伪判定分仓光控信息主控板控制信号驱动板旋转磁铁（拨叉）分仓3.3模块方案与简介3.3.1鉴伪模块简介清分机的鉴伪功能UV紫外光传感器、IR红外线传感器、MG磁性传感器、光学在我们的设计中属于上仓机构；测厚为单独的测后机构。电器功能：红外与荧光测纸质同步与码盘配合测纸宽小磁头测磁性油墨大磁头测安全线图象传感器测尺寸、新旧、孔洞

8、等测厚胶条、折角等3.3.2控制器模块简介采用Atmel公司的ATmega16L单片机作为主控制器。ATmega16L单片机的特点是：16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，既RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口接线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持派内内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C），片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗顶时器，一个SPI串行接口，以及六个可以通过软件进

9、行选择的省电模式。工作于空闲模式的CPU停止工作，而USARP、两线接口、A/D转换器、SRAM、T。C、SPI端口以及中断系统继续工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。 端口介绍1、端口A作为A/D转换器的模拟输入端。端口A为8位双向I/O口，具有可编程

10、的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时针还未起振，端口A处于高阻状态。端A第二功能（如表3.1）所示表 3.1端口A第二功能2、端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时针还未起振，端口B处于高阻状态。端口B第二功能（如表3.2）所示表3.2 端口B第二功能3、端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出

11、缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时针还未起振，端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5（TDI）、PC3（TMS）、与PC2（TCK）的上拉电阻被激活。端口C第二功能（如表3.3）所示表3.3 端口C第二功能4、端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时针还未起振，端口D处于高阻状态。端口D第二功能（如表3.4）

12、所示表3.4 端口D第二功能5、复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。6、反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。7、反向振荡放大器输出端。8、AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。9、ATmega16L引脚示意图（如图3.5）所示图3.5 ATmega16L引脚示意图3.3.3仓机械模块简介（如图3.6）所示 底步仓为主仓主要盛放ATM流通币；中间仓为副仓主要盛放普通流通币；最上面仓为退币仓主要盛放残损币；拨叉位于主、副仓之间图3.6

13、仓示意图3.4 最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案：（1）旋转磁铁2个，上、下拨叉各一个（已经在机器上调整好位置）。（2）采用ATmega16L单片机作为主控制器控制磁铁的旋转方向。（3）负载线4条（分别连接驱动板与旋转磁铁控制其一、二位 ）系统的结构框图（如图3.7）所示 （a）驱动电路板 (b)旋转磁铁 (c)负载线图3.7 结构框图第4章 硬件实现及单元电路设计4.1 驱动板电路的设计（旋转磁铁控制电路部分）SL-DIY08-16单片机开发实验器的电路原理图（如图4.1）所示（a） (b)(c) (d) (e) (f) (g) 图4.1 电路原理4.2 外部电路的设计驱动板电路

14、单片机器件布置图如图（如图4.2）所示 图4.2 驱动板电路单片机器件布置具体的连接方法如下： J2是ISP下载接口插座,自己C语言编程下载使用。CZ1是电源插座,外接4节5号2A充电电池(作5V档),或外接4节5号2A普通电池(作6V档),或外接5V直流稳压电源(调试时使用)。K1是电源开关,开关拨到ON,为开电源; 开关拨到OFF,为关电源。GND是连接到电源的接地端。Mega16的PB0，PB1连接的是上旋转磁铁（一、二位）。PC1和PC0分别连接的是下旋转磁铁（一、二位）。 JD5短路块插座，选择5V还是6V电源；外接5V直流稳压电源时，4节5号2A以上充电电池(1.2V/节)时,短路

15、块插在5V的位置，外接4节5号2A以上普通电池(1.5V/节)时，短路块一定要插在6V位置。4.3 ISP下载线的设计制作 将代码写入AVR芯片一般使用并行烧写器和ISP下载线两种，由于ISP下载线可以在线编程，所以使用很方便，而我们使用的是并 口ISP下载线， 并口ISP下载线最大优点就是价钱便宜，结构简单，制作容易，ISP下载接口，不需要任何的外围零件。使用双排25插座。由于没有外围零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、复位脚仍可以正常使用，不受ISP的干扰。电路图如图4.3所示，原理图如图4.4所示。 图4.3 ISP下载线电路 图4.4 AVR并口ISP下载

16、线电原理图 第5章 编程文件5.1编程目的通过鉴伪机构鉴别出的纸币，达到所设定ATM反正新旧等级门限进入主仓，要求下拨叉为一位；没达到要求但没有损伤的纸币进入副仓，要求上拨叉为一位并且下拨叉为二位；若两者都没达到要求或检测出为假币就进入退币仓，要求上拨叉为二位并且下拨叉为二位。在这里拨叉一、二位的调换通过控制旋转磁铁的极性来达到要求。 本实用新型涉及纸币清分机上用于输出转矩的装置，具体地说是一种应用于纸币清分机上的双向旋转磁铁机构，包括上盖、底壳、输出轴、磁铁镶块及永磁铁，上盖罩在底壳上，两者形成一空间，上盖及底壳上开有同心孔，输出轴通过轴套经同心孔插接在上盖及底壳上，输出轴位于上盖与底壳所形

17、成空间内的一段上，套有磁铁镶块，其与两端的轴套相抵接，输出轴与磁铁镶块联动，在磁铁镶块上安装有永磁铁；上盖与底壳相对的两内表面上均设有线圈架，磁铁镶块安装永磁铁的部分位于上盖的线圈架与底壳的线圈架之间，在底壳的下端设有控制板，线圈架上的引出导线通过控制板焊接在其表面上。本实用新型结构简单、紧凑，易拆装，输出轴旋转速度快。（引用“一种应用于纸币清分机上的双向旋转磁铁机构”申请号/专利号： 200620091935）5.2硬件调整（1）检查拨叉本身是否损坏或变形，换位顺畅。（2）下拨叉在二位时，其下尖端与拨叉处后拖板间距为8.38.5mm（3）上拨叉在一位时，其下尖端应底于拨叉处后拖板上的槽孔3.

18、5mm（4）旋转磁铁在固定片槽孔内摆动量3.23.3mm（5）两个旋转磁铁摆动量上下不超过30度。（6）拨叉轴轴向串动量3.53.8mm（7）接套与开口挡圈的间距3.33.5mm（8）旋转磁铁供电正常硬件调整讲究的是精确，不仅元件本身与其相关的部位、部件都要达到精确的调整，其他部位的调整与本文不关在这里忽略不讲。 鉴伪部分功能在前文有提到在这里简单介绍一下红外与荧光测纸质同步与码盘配合测纸宽小磁头测磁性油墨大磁头测安全线图象传感器测尺寸、新旧、孔洞等测厚胶条、折角等鉴伪部分通过各自的传感器将得到的纸币信息转至主板，主板通过判断信息将得出的结果信号发给驱动板进而对负载进行控制。5.3软件编程#i

19、nclude #include 5.3.1 主体编程void main(void) DDRA=0xff;PORTA=0xff; DDRB=0xff;PORTB=0xff; DDRC=0xff;PORTC=0xff; DDRD=0xff;PORTD=0xff; while(1) 5.3.2 主仓编程PORTA=0x01; delay_ms(200); PORTA=0x02; delay_ms(200); PORTA=0x01;delay_ms(200);PORTA=0x02;delay_ms(200); PORTA=0x01;delay_ms(200); PORTA=0x02;delay_ms(

20、200); PORTA=0x01;delay_ms(200);PORTA=0x02;delay_ms(200); PORTA=0x00;delay_ms(200); PORTA=0x00;delay_ms(200); PORTC=0x01;delay_ms(400); PORTC=0x02;delay_ms(100); PORTC=0x01; delay_ms(400); PORTC=0x02; delay_ms(300);PORTC=0x01;delay_ms(400); PORTC=0x02;delay_ms(100); PORTC=0x01;delay_ms(400); PORTC=0x

21、02;delay_ms(300); PORTC=0x00;delay_ms(300); PORTC=0x00;delay_ms(300); PORTB=0x02;delay_ms(285); PORTB=0x01;delay_ms(100); PORTB=0x02;delay_ms(285); PORTB=0x01; delay_ms(100);PORTB=0x02;delay_ms(285); PORTB=0x01;delay_ms(100); PORTB=0x02; delay_ms(285); PORTB=0x01; delay_ms(100);PORTB=0x00; delay_ms(

22、100);PORTB=0x00; delay_ms(100);5.3.3 副仓编程PORTD=0x50;delay_ms(1000); PORTD=0x60;delay_ms(1000); PORTD=0x90;delay_ms(1000); PORTD=0xA0;delay_ms(1000); PORTD=0x00;delay_ms(1000); PORTD=0x00;delay_ms(10000); #include #include void port() 5.3.4 退币仓编程DDRA=0xff;PORTA=0xff; DDRB=0xff;PORTB=0xff; DDRC=0xff;P

23、ORTC=0xff; DDRD=0xff;PORTD=0xff; void hand(unsigned char i) switch(i) case 1: PORTD=0x50; PORTA=0x01; break; case 2: PORTD=0x50; PORTA=0x02; break; case 3: PORTD=0x50; PORTC=0x01; break; case 4: PORTD=0x50; PORTC=0x02; break; case 5: PORTD=0x50; PORTB=0x02; break; case 6: PORTD=0x50; PORTB=0x01; bre

24、ak; case 7: PORTD=0x50; PORTA=0x01; PORTC=0x01; break; case 8: PORTD=0x08; PORTA=0x01; PORTC=0x02; break; case 9: PORTD=0x50; PORTA=0x02; PORTC=0x01; break; case 10:PORTD=0x50; PORTA=0x02; PORTC=0x02; break; case 11:PORTD=0x50; PORTA=0x01; PORTB=0x02; break; case 12:PORTD=0x50; PORTA=0x01; PORTB=0x0

25、1; break; case 13:PORTD=0x50; PORTA=0x01; PORTB=0x02; break; case 14:PORTD=0x50; PORTA=0x01; PORTB=0x01; break; case 15:PORTD=0x50; PORTA=0x01; PORTC=0x01; PORTB=0x02; break; case 16:PORTD=0x50; PORTA=0x02; PORTC=0x02; PORTB=0x01; break; default: break; void main(void)unsigned char i;port();while(1)

26、 i=15;hand(i);delay_ms(300); i=16;hand(i);delay_ms(200); PORTD=0xA0; delay_ms(500); PORTA=0x01; delay_ms(200); PORTA=0x02; delay_ms(200); PORTC=0x01;delay_ms(400); PORTC=0x02;delay_ms(100); PORTB=0x02;delay_ms(285); PORTB=0x01;delay_ms(100); PORTD=0x50;delay_ms(200); PORTD=0xA0; delay_ms(200); PORTD

27、=0x60;delay_ms(200); PORTD=0x90; delay_ms(200); ） 结 论我做的仅仅是通过单片机控制负载工作,能使拨叉顺畅的完成要求,但是单片机的精华与核心在鉴伪、清分的速度与流畅。罗皓斐;潘双夏两位学者针对现有清分机存在的清分速度不高和清分效果不理想的缺陷,提出了基于DSC 25芯片(ARM/DSP双核芯片)的快速图像扫描和高速图像处理的并行系统结构。研究了有利于提高图像处理速度的并行处理算法及图像处理核心算法的实现策略,并在自主研发的清分机平台上进行了有效的验证。现在中国已经打破了德、美、日、英四国纸币清分机的行业垄断，在国民的自主研发或科研都有很大的成果，

28、中国的清分机市场会更加美好。致 谢首先，感谢我的指导教师徐少川老师，论文是在他的精心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标，掌握了基本的研究方法，还使我明白了待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师的大量心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在撰写论文的不同阶段，徐老师时刻关注论文的进展情况，提出许多可取建议，开拓我的思路，并进行了认真的审核。其次，感谢校领导对我的关爱和教导让我在阳光下

29、健康茁壮的成长。最后，感谢四年的科大时光，千山的浪漫和纯真。深夜看球的泪水与欢颜；动漫时空里的感动和勇气；寒暑假往返时8路汽车拥挤空间里的笑声；感谢大学给我丰富的情感经历。 谨以此文献给抚养我20载的父亲，母亲和我光明的未来。参考文献1 沈文.AVR单片机C语言开发入门指导M。北京：清华大学出版社，2003.2 李正军.计算机控制系统M.北京：机械工业出版社，2005.3 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2003.4 高峰.单片微型计算机原理与接口技术M.北京：科学出版社，2003.5 马忠梅等.单片机的C语言应用设计M. 北京:北京航空航大学出版社,1984.6 罗

30、亚非等.凌阳16位单片机应用基础M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.7 Myke Predko.智能电子制作D.科学出版社，2007.8 21IC中国电子网Z.9 万方数据资源统一服务系统Z.附录Introduction to Atmega16(L)The ATmega16 is a low-power CMOS 8-bit microcontroller based on the AVR enhancedRISC architecture. By executing powerful instructions in a single clock cycle, theATmega16 achieves throughputs approaching 1 MIPS per MHz allowing the systemdesigner to optimize power consumption versus processing speed. The AVR core combines a rich instruction s