Münzerkennung auf Arduino: Optik und Stromversorgung

# Arduino-Münzsortierer mit optischer Erkennung, eigener Platine und Stromoptimierung

Das Gerät erkennt Münznominale, indem es die Zeit misst, die eine Münze benötigt, um ein optisches Tor zu durchlaufen. Eine Infrarot-LED und ein Fototransistor erfassen Spannungsabfälle, wenn der Strahl unterbrochen wird. Kleinere Münzen wie der 1-Rubel erzeugen ein minimales Signal aufgrund ihrer Größe, während größere 5-Rubel-Münzen das stärkste Signal liefern. Das System erfasst die Spannungs-Zeit-Kurve und vergleicht sie mit Referenzvorlagen, die im EEPROM des Arduino gespeichert sind. Es zählt die Münzen nach Nominalwert und zeigt die Gesamtsummen auf einem LCD-Display an.

Li-Ion-Ladung und Schutzschaltung

Der 18650-Akku-Lader nutzt den TP4056, um den Strom bis zu 1 A zu regeln und auf 4,2 V aufzuladen. Der Schutz wird vom DW01A-Chip übernommen, der Tiefentladung unter 2,4 V, Überladung über 4,3 V und Kurzschlüsse überwacht. Der FS8205A-Doppel-MOSFET trennt die Schaltung bei Schutzsignalen und erfordert eine Ladegeräteverbindung zum Zurücksetzen. Status-LEDs leuchten rot während des Ladens und grün, wenn es abgeschlossen ist.

Stromstabilisierung und Akkulaufzeit-Kompromisse

Ein Boost-DC-DC-Wandler auf Basis des MC34063 hebt die Batteriespannung von 3–4,2 V auf 5 V für den Arduino Nano und das Display. Frühe Prototypen schalteten bei 3,9 V ab, das neue Design läuft bis 3 V. Allerdings stieg der Stromverbrauch:

• Aktiver Modus: 124 mA
• Schlafmodus: 4 mA (0,07 mA Arduino + 3,93 mA DC-DC)

Ein 2000–3000 mAh Akku hält etwa 20 Tage. Für bessere Effizienz: Auf den stromarmen MT3608 umsteigen. Alternative: Arduino direkt vom Akku mit BOD bei 2,7 V betreiben und DC-DC per Transistor aktivieren – potenziell bis zu einem Jahr Laufzeit.

Unterdrückung von Störungen des Schaltreglers

Der MC34063 erzeugt Störungen, die falsche Erkennungen auslösen. Ein Durchsteck-470-µF-Elektrolytkondensator behebt das bei Prototypen. Die eigene Platine brauchte eine vollständige Lösung:

• LC-Filter mit 2,3 kHz Grenzfrequenz.
• Trennung von DC-DC, analogen Bereichen und MCU.
• Getrennte Massepotenziale: Analog und Leistung.

Ergebnis: Ripple von 111 mV auf 13 mV reduziert, 18,6 dB Dämpfung (8,5-fache Spannungsreduktion).

Platinenentwurf und -herstellung

Schemazeichnung in Altium Designer. Die Platine wurde per Fotolackverfahren handschriftlich gefertigt. UV-belichtete Lötstoppmaske schützt Leiterbahnen und verleiht Glanz. Komponenten wie Akku, IR-Sensor, Taster und Display verwenden PLS-Stecker für Kompaktheit und einfachen Austausch ohne Nachlöten.

Gehäuse und Mechanik

3D-Modell in SolidWorks, gedruckt in ABS. Befestigung mit M3-Schrauben und eingelegten Muttern für Display und Akkufach; Clips sichern die Platine. Eine Trennwand isoliert Elektronik von Münzen. Die Rückabdeckung schiebt sich auf Schienen für einfachen Zugang. Ladeanschluss und LEDs liegen am Rand.

Wichtige Erkenntnisse

• Optische Differenzierung nach Durchmesser: Flugkurve mit Referenzen abgeglichen.
• Li-Ion-Schutz: TP4056 + DW01A + FS8205A mit vollständigem Abschalten bei Fehlern.
• DC-DC dominiert Schlafstrom (97 %), Neuentwurf für Langlebigkeit nötig.
• Störunterdrückung: LC-Filter + Layout + getrennte GND reduzieren Rauschen um Faktor 8,5.
• Modularität: PLS-Stecker erleichtern Montage und Reparaturen.

Entwicklungslektionen

Das Projekt entwickelte sich vom Steckbrett zur eigenen Platine und 3D-gedrucktem Gehäuse. Wichtigste Lektion: Stromhaushalt von Anfang an planen. BOD-Anpassungen und bedingte DC-DC-Aktivierung verlängern die Akkulaufzeit enorm. Zuverlässigkeit entsteht durch kluges Layout und Filterung – ohne das sind Fehlauslösungen unvermeidbar.

— Editorial Team