第一章：点钞机系统概述

大家好，我是老李。做嵌入式这行快十五年了，点钞机是我接触过最「较真」的项目之一。今天咱们聊聊点钞机的整体架构，以及它为什么对实时性要求这么苛刻。

说实话，我第一次拆开点钞机的时候，心里想的是：「这不就是个带轮子的计数器吗？」后来才发现，事情远没那么简单。

1.1 硬件架构：三个核心模块

点钞机的硬件，说白了就是三大部分：机械传动、传感器阵列、主控板。我习惯把它们比作人的手、眼睛和大脑。

模块	核心器件	我的经验
机械传动	步进电机、搓钞轮、分钞轮	电机抖动会直接影响传感器读数，我踩过这个坑
传感器阵列	红外对管、磁头、CIS图像传感器	CIS的时钟频率不能太高，否则图像会拖影
主控板	ARM Cortex-M4/M7、FPGA、DDR	我建议用M7做实时控制，FPGA做图像预处理

嗯，这里要特别说一下传感器。点钞机通常有6-12对红外传感器，分布在钞票通道的不同位置。它们负责检测钞票的长度、宽度、厚度、磁性。我曾经在一个项目里，因为红外传感器的安装角度偏了0.5度，导致假币漏检率飙升了3%。

1.2 软件架构：三层结构

软件架构我习惯分成三层：驱动层、算法层、应用层。你想想看，如果这三层耦合在一起，调试起来有多痛苦？

• 驱动层：直接操作寄存器，控制电机、读取传感器。这一层我要求代码行数不超过2000行，多了就容易出bug。
• 算法层：处理传感器数据，识别面额、鉴伪。这里最耗CPU，我建议用定点数运算代替浮点。
• 应用层：人机交互、通信协议、日志记录。这一层可以跑RTOS的任务调度。

我记得有个项目，同事把鉴伪算法和电机控制写在了同一个中断里。结果电机一转，算法就卡死，钞票直接卡在通道里。后来我强制要求：中断服务函数里只做数据搬运，不做复杂计算。

1.3 实时性要求：硬实时与软实时

点钞机的实时性要求，说白了就是「该快的时候必须快，该准的时候必须准」。我把它分成两类：

类型	要求	典型场景
硬实时	响应时间 < 1ms，错过就出事故	电机急停、传感器触发
软实时	响应时间 < 10ms，偶尔错过可以接受	LCD刷新、按键扫描

为什么会这么严格？因为钞票通过传感器的速度大约是2米/秒。如果电机控制延迟了1ms，钞票就多走了2毫米，可能直接撞到挡板。我曾经遇到过这种情况：客户投诉说机器老是卡钞，查了三天才发现是中断优先级配错了。

1.4 一个典型的时序约束

咱们来看一个具体的例子。假设钞票以2m/s的速度通过CIS传感器，CIS的分辨率是200DPI（每英寸200个像素）。那么：

// 钞票移动速度：2 m/s = 2000 mm/s
// 每毫米像素数：200 DPI ≈ 7.87 像素/mm
// 每像素对应时间：1 / (2000 * 7.87) ≈ 63.5 微秒

// 所以CIS的触发周期必须 ≤ 63.5 微秒
// 我一般留50%余量，设为40微秒
#define CIS_TRIGGER_PERIOD_US  40

嗯，这里要注意。如果CIS的触发周期超过63.5微秒，图像就会在钞票移动方向上被拉伸，导致鉴伪算法误判。我建议用定时器的PWM输出来触发CIS，而不是用软件延时。

1.5 总结一下

点钞机系统，硬件上要处理好传感器和电机的配合，软件上要分层解耦，实时性上要区分硬实时和软实时。我个人觉得，最难的不是某个技术点，而是把这些东西揉在一起还能稳定运行。

下一章咱们聊聊传感器数据采集的时序优化，我会分享一些具体的代码优化技巧。