嵌入式残币检测仪优化研究

摘要：在原残币检测仪的基础上，对其软硬件进行了优化。在显示界面采用了画中画技术，增加备份功能以及对1/4特殊情况的鉴定等；此外，为让客户能够清晰直观地看到残币检测结果，设计了一个客户液晶显示终端。

关键词：残币检测技术；画中画技术；备份功能；液晶显示终端

中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2013）0010001802

作者简介：郭小帅（1990-），男，天津财经大学理工学院学生，研究方向为嵌入式软件设计。

0引言

近年来全国的残币兑换数额不断上升，给银行的工作人员带来很大的工作量。传统的目测或用兑换尺量的方法，不仅费时费力而且存在较大的误差；为了提高工作人员的工作效率，也使残币兑换者的利益得到有效保障，笔者院校嵌入式实验室根据《中国人民银行残缺污损人民币兑换办法》而设计开发了嵌入式残币识别仪。但根据前期产品的投放使用，发现该产品还有很多不足之处，为此，本文针对设备的软硬件做了优化与改进。

1软件部分优化

1.1功能完善

本次设计在QT 图形界面运用了信号与槽机制。信号和槽主要用于对象之间的通讯。图形用户接口的应用需要对用户的动作做出响应，必须把事件和相关代码联系起来。这里QT 创立了一种新的机制，叫做“信号与槽”，这是一种强有力的对象间通信机制，它完全可以取代原始的回调和信息映射机制；信号与槽是迅速的、类型安全的、健壮的、完全面向对象并用C++来实现的一种机制。

为了增加界面的友好性，利用信号与槽机制在QT图形用户界面的应用，以提高系统的简单性和灵活性。在摄像头取景分析模块与QT用户图形界面采用消息队列的通讯方式，方便了进程间的通信。在QT人机交互界面基础上，添加了画中画功能，于液晶屏幕右下角四分之一处实时显示摄像头当前取景，这样在用户使用时既可以体验到精美的人机高清晰度图形界面，又能实时观测高清摄像头拍摄的图像信息。

增加备份功能，实现将残币兑换鉴定报告以文件的形式存储在SD卡上用于鉴定报告的备份，在此基础上将鉴定报告通过网络传输给服务器进行数据备份，支持人民银行总行将分支机构的月度残币鉴定数量和种类进行汇总，分析人民币实际使用中的破损率。

1.2四分之一特殊情况的鉴定算法

根据《中国人民银行残缺污损人民币兑换办法规定》，票面剩余在百分之七十五以上（包含百分之七十五）的残币可全额兑换，但同时规定缺少部分呈正十字形缺少四分之一的只兑换半额。

针对这一特殊情况，先采取如下办法进行检测。建立两张链表，逐行扫描整张图片，将残币左右两边边界的横坐标值分别取出赋值到两张链表里。然后，用右链表中对应的值减去左链表的值，将结果存在一个数组中，通过分析数组中的值就能很好地辨别出这种特殊情况。

2硬件部分改进

2.1客户液晶显示终端工作流程

残币检测仪将检测信息通过串口传输到无线透传发射模块，该模块在MSP430F122芯片控制下，通过SPI总线将信息传输到芯片SI4432上，该芯片再通过无线透传射频技术将检测信息传输到客户端的无线透传接收模块上，STC12C5A60S2芯片通过串口将信息提取出来，再并行传输到OCMJ4X8C8液晶显示屏上。

2.2无线透传射频模块设计

本设计所选用的无线透传射频模块为SI4432芯片，该芯片是一款高集成度、低功耗、多频段的单芯片无线ISM收发器件。在使用时所需的外部元件很少，只需一个30MHz的晶振、几个电容和电感就可组成一个可靠性高的收发系统，设计简单且成本低。

Msp430F122芯片通过内置SPI总线对SI4432芯片的内部寄存器进行读写操作，灵活配置各项参数。通过SPI接口完成对SI4432的初始化配置、读写数据、访问FIFO等操作。

一般的，无线射频模块的数据传输速率与传输距离成反比，也就是说，传输越快，接收的距离限制越大，所以，对传输波特率与传输距离进行实地测量与权衡后，采用了74kbps的波特率，波特率计算公式如下：

TX = 10^3 * txdr[15：0] //2^16 [kbit/s]，算出tadr[]=0x13A9

SPI_Write（0x6e， 0x13）； //设置通讯速率为74kbps

SPI_Write（0x6f， 0xA9）；

无线透传射频模块电路注意事项：①无线透传射频模块与客户液晶显示终端主板之间的连接是通过一个5P排针插子相连的，排针引脚之间间隔为2.54mm，包括供电与串口传输引脚； ②由于客户液晶显示终端主板的工作电压为+5V，而无线透传射频模块的工作电压为+3.3V，故选择了一款稳压芯片AMS11173.3将+5V电压稳定到+3.3V。

硬件电路板设计时，PCB布线注意事项：①为了消除走线间的感性效应，可以在PCB的空余区域尽量多布置一些过孔。为了达到较好的射频通信效果，对PCB的两面都敷上地铜；②当提供了一个较好的RF地之后，TX/RX区域的对地敷铜区有助于减少甚至避免辐射干扰，且该区域尽量不要走线以防止匹配网络的耦合效应；③SI4432的元件较少，应尽量使用封装体积小的贴片器件，其中，电感属于关键器件，要选用高精度的电感；④电源接入端要添加去耦电容，且尽量靠近SI4432芯片。滤波电容也应尽量靠近相应的管脚，这样可以得到更好的滤波性能。

2.3OCMJ4X8C8液晶显示屏应用

CMJ4X8C8液晶显示屏为C系列中文模块，可实现中文字形、数字符号、字母及图形，具有文字及绘图画面混合显示功能。提供3种控制接口，分别是4位微处理器接口、8位微处理器接口及串行接口。

由于OCMJ4X8C8液晶显示屏的驱动设置是通过STC12C5A60S2芯片8位并行传输的，所以首先将OCMJ4X8C8液晶显示屏的通信模式选择为8位并行传输，此设置只需将PSB引脚拉高即可。OCMJ4X8C-8液晶显示屏的指令和数据共用一个寄存器，所以在传输数据的过程中，要通过RS引脚来区分，RS拉高时为数据，拉低时为指令。同时，需要通过RW引脚来控制读写操作，RW拉高为读操作，拉低为写操作。当然，在所有准备工作完成之后，数据传输之前，要将液晶显示屏的使能打开，将E引脚拉高即可，本次信息传输结束后，拉低结束使能，等待下次信息传输。

本项目要将残币检测信息通过STC12C5A60S2芯片并行传输显示在OCMJ4X8C8液晶显示屏上，信息共包括人民币版本、面值、钱币破损率、可兑换金额4项内容。其中，第四版面值包括1元、2元、5元、10元、50元、100元；第五版面值包括1元、5元、10元、20元、50元、100元。另外，钱币破损率采用百分数形式，可兑换金额则分为全额、半额、不予兑换3种情况，其具体兑换金额根据所兑换面值而定。

2.4信号电压之间的转换

由于电脑串口端为RS232电平而PCB电路板上为TTL电平，因此，在下载程序时，需要通过一个SP3232E芯片，才能将电平转换，从而顺利下载。此外，由于客户液晶显示终端主板的供电电压为+5V，而无线透传射频模块的工作电压为+3.3V，因此，直接通过串口进行二者之间的通信不能实现，为此，在客户液晶显示终端主板和无线透传射频模块上各配备了一个SP3232E芯片，通过该芯片自动匹配TTL电平功能，通过两次转换将串行信号电平由+5V转换为+3.3V。

2.5抗光线干扰处理

为了减少光线的干扰，采用红外发射管替代原有的光线补偿系统，解决补偿光线带来的反射问题，提高残币鉴定的精度。原有嵌入式残币检测仪对反光比较灵敏，为此利用蛾眼薄膜不反光的特性消除反光对于检测的影响。

3结语

近年来，残币兑换的金额不断上升，残币兑换中遇到的问题也在不断增加。无论是残币兑换者还是银行工作人员都希望能有一个简单精确的残币兑换仪器来解决这些问题。因此，嵌入式残币检测仪的作用变得越来越重要。为了满足和解决用户提出的新问题，其功能还需要不断改进与优化。

参考文献：

[1]陈友.基于MSP430单片机的便携式无线多路数据采集系统[J].华中科技大学学报，2011（11）：7880.

[2]宋凤娟.STC12C5A60S2单片机高速A/D转换方法[J].煤矿机械，2010（6）：219221.