李耀南 何 虎 薛 旭

（寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，銀川 750021）

一種硬幣自動(dòng)清選分離計(jì)數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)

李耀南 何 虎 薛 旭

（寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，銀川 750021）

針對(duì)硬幣在流通過(guò)程中存在不易清點(diǎn)等問(wèn)題，在原有的硬幣清分裝置基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型全自動(dòng)硬幣清選計(jì)數(shù)的機(jī)器。該機(jī)器具有設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，抗振動(dòng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，且成本低廉。它利用不同幣值的硬幣的直徑大小不同，實(shí)現(xiàn)硬幣清分；然后通過(guò)光敏傳感器對(duì)硬幣數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了硬幣清分和計(jì)數(shù)功能。

硬幣 旋轉(zhuǎn)盤(pán) 分離盤(pán) 硬幣清分機(jī) 計(jì)數(shù)

眾所周知，硬幣應(yīng)用廣泛，在地鐵、公交、自動(dòng)售貨機(jī)、銀行等部門(mén)發(fā)揮著重大作用。但是，硬幣的回籠問(wèn)題一直阻礙著其流通，主要表現(xiàn)在以下方面：對(duì)于大量集中回收的硬幣無(wú)法及時(shí)清點(diǎn)，難以處理；大多數(shù)部門(mén)對(duì)硬幣的清分工作，主要是人工操作，效率低下，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力；處理過(guò)程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)各類(lèi)偽造硬幣，目前還沒(méi)有一種有效、高速的檢偽方式；國(guó)外己有的各類(lèi)硬幣清分機(jī)、硬幣包卷機(jī)等設(shè)備價(jià)格高、體積大，對(duì)于一些中小型機(jī)構(gòu)部門(mén)來(lái)說(shuō)成本高，不適用。

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種全自動(dòng)硬幣清選計(jì)數(shù)機(jī)。不僅符合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，而且功能完善、性能穩(wěn)定，具有重要的實(shí)際意義。從經(jīng)濟(jì)效益上，該設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)硬幣分離清點(diǎn)機(jī)電一體化的發(fā)展；從社會(huì)效益來(lái)看，該設(shè)計(jì)解決了硬幣的回籠問(wèn)題，提高了硬幣的流通能力，具有廣闊的社會(huì)應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。

1 硬幣清分機(jī)的現(xiàn)狀

硬幣在人民日常生活中發(fā)揮著重要作用，很多國(guó)家與地區(qū)都對(duì)其清分機(jī)有所研究。但是，由于各國(guó)國(guó)情和貨幣體系不同，無(wú)法設(shè)計(jì)制造出統(tǒng)一的硬幣清分機(jī)器。所以，需針對(duì)各自不同的貨幣體系，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的清分系統(tǒng)。

相對(duì)而言，在清分機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，國(guó)外的一些公司起步發(fā)展較早，相關(guān)技術(shù)也比較成熟，且占據(jù)了較多的市場(chǎng)份額。根據(jù)清分硬幣速度不同，國(guó)外的清分機(jī)產(chǎn)品主要包括三個(gè)層次，低檔、中檔和高檔。其中，低檔清分速度不超過(guò)1000枚/min，而高檔的速度超過(guò)了1500枚/min，中檔的速度介于兩者之間。所用的原理方法包含兩種：根據(jù)物理技術(shù)進(jìn)行清分和根據(jù)性能指標(biāo)清分。而高速清分機(jī)大多數(shù)采用第二種原理設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)硬幣清分。比如，瑞典的SCANCOIN AB公司，針對(duì)不同貨幣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了與之對(duì)應(yīng)的清分機(jī)器，準(zhǔn)確率高，技術(shù)手段成熟；日本的榮光也很有名，但使用這些產(chǎn)品造成成本過(guò)高，且其技術(shù)壟斷。

相較而言，國(guó)內(nèi)起步稍晚，技術(shù)上也存在一定差異。國(guó)內(nèi)許多知名大學(xué)也對(duì)硬幣識(shí)別做了深入研究。清華大學(xué)、北京科技大學(xué)等多家單位在技術(shù)設(shè)備上做了一些改進(jìn)，但是功能仍然不夠完善，在鑒別硬幣的過(guò)程中存在識(shí)別不完整、效率低等問(wèn)題。

綜上所述，針對(duì)既有的硬幣清分裝置，筆者在前人的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，抗振動(dòng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)且成本低廉的新型全自動(dòng)硬幣清選計(jì)數(shù)的機(jī)器。對(duì)于硬幣防偽功能的設(shè)計(jì)還未實(shí)現(xiàn)，待后續(xù)研發(fā)。

2 硬幣清分機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 工作流程

對(duì)于各種硬幣分類(lèi)功能的實(shí)現(xiàn)，目前有許多種方法，如根據(jù)厚度形狀進(jìn)行區(qū)分、根據(jù)體積密度大小區(qū)分以及依據(jù)硬幣表面圖案圖像進(jìn)行識(shí)別等。筆者通過(guò)對(duì)現(xiàn)行流通的硬幣進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)：一元硬幣重量、直徑均最大；1角硬幣的直徑最小，其他硬幣在直徑尺寸上也各有差異。因此，以硬幣的直徑尺寸作為分離硬幣幣值的準(zhǔn)則，對(duì)4種直徑的硬幣進(jìn)行分離。各種不同硬幣的直徑如表1所示。

表1 四種硬幣直徑分布表

首先把混合的硬幣按直徑分成4類(lèi)。以1元硬幣為例，1元硬幣被分離的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。其他三種硬幣的具體操作與一元硬幣一樣，不作重復(fù)介紹。工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程圖

2.2 分離機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)

分離機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)如下：將旋轉(zhuǎn)盤(pán)固定在分離盤(pán)的上方，旋轉(zhuǎn)盤(pán)可以旋轉(zhuǎn)，分離盤(pán)固定（分離盤(pán)上按從左至右分布有寬度從小到大的扇形孔，旋轉(zhuǎn)盤(pán)上均勻分布著直徑相同的圓孔）。然后，將分離盤(pán)按與水平方向成30°固定在底座上。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，主電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，副電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)料機(jī)構(gòu)的進(jìn)料裝置緩慢進(jìn)料，使旋轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，則旋轉(zhuǎn)盤(pán)中的硬幣進(jìn)入旋轉(zhuǎn)盤(pán)上面的圓孔（每個(gè)圓孔只能裝下一個(gè)硬幣），旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的圓孔帶著硬幣一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)硬幣跟著旋轉(zhuǎn)盤(pán)到達(dá)選幣盤(pán)的扇形孔上方時(shí)，不同直徑的硬幣會(huì)從相應(yīng)直徑的扇形孔落下，達(dá)到分離硬幣的目的。裝置簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 裝置簡(jiǎn)圖

3 硬幣分離機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬幣的計(jì)數(shù)

本系統(tǒng)利用光敏傳感器進(jìn)行硬幣的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)裝置是用光電三極管作為檢測(cè)元件。把光敏傳感器裝于分離孔的下方，每落下一個(gè)硬幣計(jì)一次數(shù)。電路圖如圖3所示。

圖3 光敏計(jì)數(shù)器

3.2 電路設(shè)計(jì)

目前，市場(chǎng)上采用的編程控制器電路設(shè)計(jì)具有開(kāi)發(fā)周期短、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但是，作為批量生產(chǎn)，其價(jià)格昂貴，保密性差，易于模仿。為了滿(mǎn)足上述系統(tǒng)的正常工作，采用單片機(jī)自行開(kāi)發(fā)印制電路板，對(duì)只有開(kāi)關(guān)量輸入、輸出的控制系統(tǒng)，干擾問(wèn)題易解決，同時(shí)電路板布線(xiàn)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，可靠性高。計(jì)數(shù)實(shí)例如圖4所示。

圖4 計(jì)數(shù)實(shí)例

圖5 控制系統(tǒng)流程圖

3.3 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

硬幣清分機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介：首先啟動(dòng)電源，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；然后按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)數(shù)；若中途需要暫停，按下暫停按鈕，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；若中途無(wú)暫停，則系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，直到硬幣的數(shù)目大于或等于錢(qián)箱的總?cè)萘浚姍C(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束。流程圖如圖5所示。

4 總結(jié)與展望

本機(jī)根據(jù)硬幣直徑的大小對(duì)我國(guó)現(xiàn)行流通的硬幣進(jìn)行清分，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、清分準(zhǔn)確、維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，可以滿(mǎn)足未來(lái)硬幣清分機(jī)發(fā)展的需求。此產(chǎn)品已研發(fā)出實(shí)體樣機(jī)，能夠準(zhǔn)確分離各種硬幣，可應(yīng)用到公交公司和銀行部門(mén)的硬幣清分工作中去。但是，由于硬幣清分機(jī)對(duì)硬幣的判別僅采用依據(jù)硬幣直徑不同的方法，若硬幣中混有直徑與硬幣相同的偽幣，該設(shè)備則難以準(zhǔn)確鑒別分離。因此，防偽功能的實(shí)現(xiàn)是后續(xù)研究設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。

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A Coin Automatic Cleaning Separation and Counting Machine Design

LI Yaonan, HE Hu, XUE Xu
(School of Mechanical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021)

Coins brought many convenient at the same time there is a problem is not easy to check.In view of the existing coin distribution device, developed a simple design principle, vibration resistance, resistance to electromagnetic interference ability and low cost of new type automatic cleaning coin counting machine. According to the size of the diameter distribution of coin currency. Using photosensitive sensor to count of the coin.

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寧夏大學(xué)科學(xué)研究基金資助（ZR1426）。