Arduino上的硬币识别：光学与电源

# Arduino 光学识别硬币分拣机：自定义 PCB 与功耗优化

设备通过测量硬币穿过光学门的耗时来识别面值。红外 LED 和光敏晶体管检测光束中断时的电压下降。小面值如 1 卢布硬币信号微弱，大面值 5 卢布硬币信号最强。系统捕获电压-时间曲线，与 Arduino EEPROM 中存储的参考模板匹配，按面值统计硬币，并在 LCD 屏幕上显示总数。

锂电池充电与保护电路

18650 电池充电器采用 TP4056 芯片，电流最高 1A，充电至 4.2V。DW01A 芯片负责保护，监测深度放电（低于 2.4V）、过充（高于 4.3V）和短路。FS8205A 双 MOSFET 在保护信号触发时切断电路，需要连接充电器重置。状态 LED 充电时红灯，充满时绿灯。

电源稳压与电池续航权衡

基于 MC34063 的升压 DC-DC 转换器将电池 3–4.2V 升至 5V，供 Arduino Nano 和显示屏使用。早期原型在 3.9V 关机，新设计可运行至 3V。但电流消耗增加：

• 活跃模式：124 mA
• 睡眠模式：4 mA（Arduino 0.07 mA + DC-DC 3.93 mA）

2000–3000 mAh 电池续航约 20 天。为提高效率，可换用低静态电流 MT3608。备选方案：Arduino 直连电池，BOD 设为 2.7V，通过晶体管控制 DC-DC 启用——续航可达一年。

开关稳压器噪声抑制

MC34063 产生的噪声导致误识别。原型用通孔 470 µF 电解电容解决。自定义 PCB 需要完整方案：

• 截止频率 2.3 kHz 的 LC 滤波器。
• DC-DC 与模拟电路及 MCU 分区。
• 独立接地：模拟地与电源地。

结果：纹波从 111 mV 降至 13 mV，衰减 18.6 dB（电压降低 8.5 倍）。

PCB 设计与制作

原理图用 Altium Designer 绘制。PCB 采用手工光刻法制作。UV 曝光阻焊层保护线路并提升美观。电池、红外传感器、按钮和显示屏等组件使用 PLS 连接器，便于紧凑安装和免焊更换。

外壳与机械结构

SolidWorks 建模，ABS 材质 3D 打印。显示屏和电池仓用 M3 螺丝加嵌入螺母固定；PCB 用卡扣固定。隔板隔离电子元件与硬币区。后盖沿导轨滑动，便于打开。充电口和 LED 置于边缘。

核心要点

• 光学直径区分：飞行曲线匹配参考。
• 锂电池保护：TP4056 + DW01A + FS8205A，故障全切断。
• DC-DC 占睡眠电流 97%，需优化以延长寿命。
• 噪声抑制：LC 滤波 + 布局 + 分离 GND，噪声降 8.5 倍。
• 模块化：PLS 连接器简化组装与维修。

开发心得

项目从面包板迭代至自定义 PCB 和 3D 打印外壳。关键经验：从一开始规划功耗预算。BOD 调整与条件 DC-DC 激活大幅延长电池寿命。可靠性源于智能布局和滤波——缺少这些，误触发在所难免。

— Editorial Team