嵌入式纸币消毒机的设计与实现

徐杨

（辽宁科技大学辽宁鞍山114044）

摘要：该纸币消毒机的电气控制部分由纸币进入自动检测、系统缺液检测和自动加液、烘干温度自动控制、电动机驱动自动控制和温度显示等五大功能模块组成,本文对系统各模块的设计思路及过程进行了详细的分析和描述,并对系统的调试和实现过程进行了全面的阐述。纸币消毒机控制系统设计的顺利实现一方面得益于研发过程中发明的一项国家实用新型专利技术,更主要的是该控制系统的设计非常合理,安全可靠性好,与机械结构结合紧凑,使用操作方便,从而使得整机性能得到了较好的体现，设计了一种内壁为高反射率材料的简易消毒箱.将纸币表面涂以化学消毒剂放入消毒箱中,用紫外线照射进行协同杀菌作用.试验表明,紫外线与体积分数为0.01的新洁尔灭协同作用5s,纸币表面菌的杀灭率可达99.99%。

关键词：纸币消毒机;双面加湿;控制系统;设计;实现

1纸币消毒机控制系统设计

1.1系统电气控制部分的总体设计

在进行充分的需求调研的基础上,本系统电气控制系统组成框图控制部分的设计采用单片机ATMEGA8作为消毒机的主控芯片,包括纸币进入检测、温度检测和液位检测等信息检测环节,还包括运行状态指示、烘干温度显示、加液控制、电动机控制以及烘干温度控制等输出控制环节。

1.2核心单片机的选型

通过对系统功能的分析与研究可知,本系统是一个要求智能化和可靠性的控制系统。要由一个能满足这些条件的控制器来控制系统的正常运行,系统应具备价格低廉、稳定可靠和性能良好的特点,因此对单片机的选型十分重要[1]。

本系统单片机选择ATMEL公司推出的AVR单片机系列中的ATMEGA8单片机,因为该单片机采用了先进的RICS精简指令集结构,所以具有足够快的运行速度,可达1MIPS/MHz,是普通CISC单片机的10倍。有2～3个PWM通道,可实现任意小于16位、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出。有18个不同的独立中断源,并有特定的中断允许位,提高了系统的安全性,有3个定时/计数器,除了能够实现通常的定时和计数功能外,还具有捕捉、比较、脉宽调制输出、实时时钟计数等更为强大的功能,可进行ADC和DAC转换,很适合低功耗系统的要求。

1.3系统硬件可靠性技术

可靠性是系统非常重要的一个指标,它关系到系统的安全问题。影响系统可靠性的因素包含内、外因素2个方面,外部的因素有电源干扰、空间电磁干扰和机械振动等;内部因素有元器件失效、内部电磁干扰、电气接触不良和软件故障等。影响本系统可靠性的硬件因素主要有电源及地线干扰和电磁干扰等。下面就这些硬件因素采取的措施进行说明[2]。

1)电源与芯片的去耦处理

微机系统的干扰相当大的可能性是电源耦合造成的,为此在本系统中每一个数字芯片的电源与地之间都设计了一个去耦电容。

2)隔离技术

在系统中,单片机主控电路与电动机驱动电路分别用2组电源进行供电。不仅不同的电源之间进行了隔离,模拟部分与数字部分也需要隔离,容易接受干扰的信号与能够产生干扰的信号线要进行有效的隔离[3]。

3)电磁兼容设计

良好的系统应符合国际电磁兼容的EMC标准,系统应有一定的抗电磁干扰能力,同时,本身的运行不能对周围其他系统或器件造成损坏。为了增强系统的可靠性,在比较重要的信号支路上,均设计了硬件滤波器,使系统对来自空间的电磁辐射影响降到了最低[4]。

2纸币消毒机控制系统的实现

2.1主程序的设计

在主程序中进行系统的初始化,如I/O端口的设置、定时器的设置、中断的设置、A/D转换的设计和SPI及UART通信模式的设置等。在系统中,以10次温度检测为限,当检测到10个温度数据后,进行温度数据的去除最大最小值并求平均值的算法处理,以提高温度采集数据的准确性,根据采集的温度图2控制系统主程序流程图数据,进行烘干温度的控制,在系统中设置一门限温度,当采集温度低于所设低温门限值时开始加热控制,高于高温门限值时关闭加热控制,主程序还将当前采集的温度值通过SPI数据通信格式传递给数码管进行显示[5],

2.2温度控制的设计

系统在温度控制中通过比较检测的温度值与设置的低温门限值决定是否要进行加温控制,同时也决定是否要进行纸币进入检测。当检测到的温度值低于设定的低温门限值时,烘干轴进行加温控制,红色指示灯亮,绿色指示灯灭,代表系统还在加温状态,同时关闭纸币进入的中断,此时即使有纸币送入输入口,电动机也不转动。当加热温度超过低温门限值时,烘干轴停止加热,红色指示灯灭,绿色指示灯亮,代表已经到达合适温度,此时若有纸币进入,驱动电动机将会运行工作[6-8]。

温度控制的程序如下:

3结语

智能型纸币消毒机是一款集机械、电子、计算机控制及工业设计多种技术为一体的产品,本文主要介绍了利用单片机实现消毒机智能控制的关键技术及温度控制模块的系统设计,目前该消毒机的样机已经生产并通过测试,对纸币的消毒效果良好,操作简便。

参考文献

[1]张军.AVR单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]余永权.单片机在控制系统中的应用[M].北京:电子工业出版社,2003.

[3]TimWilliams.产品设计中的EMC技术[M].李迪,王培清,译.北京:电子工业出版社,2004.

[4]王晓军,安国臣.MCS-51及兼容单片机原理与选型[M].北京:电子工业出版社,2003.

[5]胡红.AVR单片机的SPI串行通信的应用[J].电子技术,2007(4):28-32.

[6]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.

[7]王妮.过零触发温度控制器[J].自动化技术与应用,2007(8):123-125.

[8]金钟夫.AVRATmega128单片机C程序设计与实践[M].北京:北京航天航空大学出版社,2007