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文章编号2

自动售货机的设计与实现

Designing and Realization of Auto - vending Machine

(绍兴文理学院上虞分院) 叶银兰

YE Yin-lan

摘要:设计研究自动售货机的主要功能模块,如图像特征采集﹑纸币识别﹑通信模块等。结合uclinux操作系统和S3C4510B的特点,设计了以中断方式实现的实时特征采集系统;在纸币识别部分选取预处理之后的纸币图像的尺寸特征用模糊逻辑推理方法识别图像的面值,提取矩作为特征,采用RBF神经网络来识别纸币的正反面和正反向;采用MDB/ICP总线协议协调自动售货机的主控制器(MMC)与多个外设之间通信。通过在自动售货机上实现,证明提出方法的有效性。

关键词:uclinux;纸币识别系统;自动售货机;MDB/ICP协议中

文分类号:TP391.4文献标识码:A

Abstract: The main modules, such as image sampling, bill identification, communication model, in auto- vending machines are de-signed

and studied. According to the Characteristic of uclinux and S3C4510B, A real - time data acquisition system which uses inter-rupt is designed. Size feature is chosen to identify the value of RMB paper currency images by the method of fuzzy reasoning which have been preprocessed Moment invariants are selected as features to recognize the orientation of RMB paper currency by RBF neural network .The MDB/ICP protocol denotes the superiority and harmony between all kinds of peripheral devices and the auto- vending machines. The validity and feasibility of the system are proved by experiments.

Key words: uclinux; bill acceptor system; Auto- vending Machines; MDB/ICP protocol

引言 1 设计原理及硬件实现随着科技的发展和社会的进步,自动化商业机械有了越来售货机的工作原理是:①从投币口送入货币,然后经过传感越广泛的应用,自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛器采集数据、识别器判别人民币的真伪并判别面值。②识别器用于公共场所自动售货,给人们的生活带来了极大的方便。把信息数据传给通信模块。③通信模块与售货机的主控系自动售货机可售出各种成型包装小商品,各种票,证,卡等统通信,主控系统显示面值,启动售货机的面板键,显示出哪片状物品。随着商品市场的不断繁荣,自动售货机和自动服务个货道有货,哪个货道已售完,并等待顾客按键选择商品。④顾设施必将逐步得到广泛的应用。客选择商品后,售货机自动把商品送出,等待顾客取走。⑤显示最近一两年这种售货机已经出现在公共场所,但这种人余额,如果金额足够多,顾客可以选择找币或继续买商品;如果民币识别器在实际使用中效果并不理想,一是识别率不高, 款额不足,售货机经过延时予以退币。退币分两种情况:一种是容易误认假币;二是对人民币的新旧非常挑剔,我国的人民由纸币识别器完成退纸币,另一种是由硬币的通信模块完成退币流通次数较多,回收比较慢,流通中的许多旧人民币进口硬币。⑥系统复零,完成售货。

识别器无法识别。根据实际情况,一般售货机配备的是10元/ 5元人民币纸本文设计研究自动售货机的主要功能模块,如图像特征采币识别器和1元/ 5角硬币识别器,由于退纸币系统非常复杂, 集﹑纸币识别﹑通信模块等。实时特征采集是基于嵌入式纸币识国内的识别器一般都没有退纸币功能。为了解决此困难,在系统别系统的关键,结合uclinux操作系统和S3C4510B的特点,设设计中,可设想把退纸币改用退硬币的办法来实现,这在退币的计了以中断方式实现的实时特征采集系统;在纸币识别部分选面值不太大的实际情况下是可行的。退硬币是由专门的与硬币取预处理之后的纸币图像的尺寸特征用模糊逻辑推理方法识识别器相连的通信模块来实现,通信模块和上位机的通信与纸别图像的面值,提取矩作为特征,采用RBF神经网络来识别纸币和上位机的通信是交替分时共享的,这样可简化系统,基于币的正反面和正反向;采用MDB/ICP总线协议协调自动售货机以上分析,设计系统结构如图1所示。

的主控制器(MMC)与多个外设之间通信,并通过实验证明该系

统的有效性和可行性。

图1系统结构图

叶银兰:讲师特征采集模块的功能是把红外、红光、紫外等光信号转变基金项目:国家863计划资助项目(2005AA414010),

成电信号,然后通过A/ D转换传给CPU微处理器;识别模块的项目名称:软家装经销ASPI平台;

功能是将采集到的数据与标准样本库的数据的比较,并做出相浙江省自然科学基金资助(F2007000682) ,

项目名称:多色输出设备的色域特征提取与色彩控制研究; 应的判断;通信模块的功能是负责识别器与售货机控制模块的2006 年绍兴市教育科学规划课题( xk06009) 技术创新

嵌入式系统应用中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC )2008年第24卷第8-2期

技术创新通信;控制模块的功能是控制整个售货机各个子系统和通信模块的

交互通信。

2特征采集系统

特殊光发光/接收电路是纸币识别系统的关键信号收集电

路,具体结构如图2所示。在纸币通道上、下设有特殊光发光部件和

接收部件,S3C4510B对发光部件进行强度控制。当有纸币

通过时,接收部件将检测到的特殊光信号传给模数转换器

TLC1543。共有三路类似的特殊光发光/接收电路,这三路信号通过

TLC1543后由SPI串行总线传回S3C4510B。

图2特殊光发光/接收电路光有以上特殊光发

光/接收电路还是不够的,要采集多个不

同点的信息还要借助其他的设备,码盘光耦信号收集电路和马达电

机驱动电路必不可少。马达电机驱动电路如图3所示。S3C4510B

通过大电流电机驱动芯片 L298 驱动步进电机,电机的过载信号也由

L298传回。

图3马达电机驱动电路码盘是安装在电机

旁对电机进行测速的角度传感器,码盘

光耦是测速光信号的发生器和接收器。码盘光耦将接收到的信号经

施密特触发器整形后,传送到S3C4510B的I/O口。这个电路对

实现采集系统的意义重大。而本文所设计的采集系统也是依赖这一

电路产生的反馈信号,形成中断,从而实现对采集数据的读取。码

盘光耦信号收集电路如图4所示。

图4码盘光耦信号收集电路以上的硬件电路

再加上传动装置等,就构成了采集系统的

硬件基础设备。

3纸币识别

为了能准确快速的识别人民币,在识别纸币之前需对其

进行必要的预处理。图像的倾斜往往会影响到图像的定位

以及待识别信息的提取。因此需要进行图像的倾斜矫正。二

值化处理是把灰度图像信号变成二值(0,1)的数字信号。二

值化方法通常有整体阈值法和自适应的动态阈值法。实际

处理的纸币图像比较复杂,为了更好的适应质量差的纸币图像,采

用动态阈值法。

这里测量了以下5种人民币:第4版10元和5元及第5

版10元、5元和2元的高和宽的尺寸(其它面值的图像处理方法

一样),应用模糊逻辑推理方法对纸币面值进行分类。在得到纸币面

值的基础上,接着进行纸币正反面和正反向的识别,并

识别出纸币的真假。中心矩与图像的平移无关,故提取中心矩作为

特征用于纸币识别。在纸币图像的右上角和左下角均为48×96 的区

域内分别提取 5 个 1- 2 阶的中心矩合在一起作为 10 个识别特征, 然

后使用 RBF 神经网络对纸币进行识别,其结构如图5所示。

图5 RBF神经网络结构

RBF 神经网络由:输入层﹑隐含层和输出层组成,输入层节点

只传递到隐层,隐层节点由基函数构成,输出层节点通常是线性

的。隐层节点通过径向基函数对输入信号产生一个局部响应,RBF

神经网络的输出层节点是隐层基函数的输出进行线性加权组合,即

输出层的输出为:

( 1)

式中为隐层第i个节点到输出层第j个节点之间的连接权系

数,m、p分别为隐层和输出层节点个数。为径向基函数,

我们选高斯函数:

( 2)

其中x是n维输入向量,是第i个基函数的中心,它与x

的维数相同,是第i个基函数的宽度,而范数表示x和

间的距离,在本文中取欧式距离。

4 通信模块的设计

自动售货系统的外设越来越复杂,导致对主控制器的要求越来

越高。为了简化设计,采用一个简单、稳定的内部通讯总线协议非

常必要。

本文采用欧洲售货机制造者协会(EVMMA)制定的MDB/ICP

总线协议。它用于协调自动售货机的主控制器(MMC)与多个外设之间

通信的协议。MDB接口实际上是工作于波特率9600 的主从型串行

总线接口,所有外围设备(例如硬币机、纸币器等)均为主控制器(传统

上称为售货机控制器一一VMC)的从机。所有外围设备与主控制器

之间的通信方式都一致。MDB协议的串行位格式为:1个起始位,8

个数据位,1个方式位与1个停止位,共11位。其中方式位根据传

递的方式不同置0或置1。在MDB总线上,VMC通过广播方式

向外发送命令。第一字节为地址字节(实际上只有高5位寻址信息,

低3位为对外设的指令),该字节被所有的外设读取,但只有符合地

址字节所指定的外设才处理其后的数据字节,并做出反应。在VMC

到外设的数据中,地址字节的方式位被置1,数据字节的方式位被置

0,外设通过检验接收到的方式位确认是地址命令还是数据。当数据

从外设发送到主机时,最后送出的字节方式位被置1,标志着数据发

送完毕。