沈海鳴， 華洋

（重慶文理學院，重慶 402160）

0 引言

硬幣作為一種主要的流通貨幣，是一個國家金融系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，其較紙幣而言，具有規(guī)格統(tǒng)一，不易磨損的優(yōu)點。隨著時代的不斷發(fā)展，硬幣在自動售貨、公交、零售等行業(yè)被廣泛使用。但數(shù)量龐大的硬幣整理分類工作，卻嚴重阻礙了硬幣的流通。

目前有一些學者和科研機構(gòu)從硬幣的特點著手來設(shè)計了部分硬幣清分機構(gòu)，但機構(gòu)相對復雜、體積大、功能不夠全面，不能夠廣泛推廣應(yīng)用。因此，設(shè)計一種便攜式智能硬幣分揀的裝置具有重要的實際意義和應(yīng)用前景。

1 設(shè)計原理及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

該設(shè)計主要利用不同幣種在直徑上的區(qū)別，通過直徑不同的分揀孔進行分揀。為使分揀功能更精確，該設(shè)計采用二級分揀，即在第1層分揀軌道分揀出一元硬幣，第2層分揀軌道分揀出五角，余下的即為一角硬幣，最終實現(xiàn)對3個幣種的分揀。現(xiàn)在市面上主要流通的硬幣特征如表1。

表1 第五套硬幣特征表

該設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由以下3部分組成：分揀裝置、計數(shù)裝置、包裝裝置。其工作原理為：硬幣通過漏斗，在重力作用下，進入分揀篩選軌道，通過分揀軌道分揀后，進入收集軌道，在經(jīng)過收集軌道時，傳感器進行計數(shù)，然后落入儲幣筒，電動機轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)輪將儲幣筒移出以備后續(xù)包裝。

2 主要零部件設(shè)計

2.1 分揀裝置設(shè)計

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

該裝置的分揀軌道結(jié)構(gòu)如圖2所示，分揀軌道第1層主要是實現(xiàn)對1元硬幣的分離功能，分揀軌道寬為27 mm，長為250 mm。在分揀軌道第1層上有直徑為22 mm，長為110 mm的分揀孔，五角和一角硬幣通過分揀孔掉落到第2層分揀軌道。第2層分揀軌道寬為22 mm，長為250 mm，在分揀軌道上有直徑為20 mm，長為110 mm的分揀孔，待五角與一角硬幣進入第2層分揀軌道后，一角硬幣通過分揀孔離開分揀軌道，進入收集軌道，五角硬幣沿分揀軌道進入收集軌道。此外，在硬幣通過漏斗進入分揀軌道之前，還加裝有1個緩沖軌道，此軌道的作用是防止硬幣堆疊和增加硬幣的勢能，使硬幣有足夠的速度通過分揀軌道。

圖2 分揀軌道結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 收集包裝裝置設(shè)計

收集包裝裝置主要由儲幣筒、轉(zhuǎn)輪、儲料桶、收集軌道組成。儲幣筒是為了對硬幣進行收集包裝的裝置，因為硬幣的直徑存在差異，所以設(shè)計的儲幣桶尺寸也有差異，3種硬幣對應(yīng)的儲幣筒直徑分別為27 mm、23 mm、21 mm，此外還要保證儲幣筒內(nèi)壁表面光滑，以防止硬幣卡住，儲幣筒結(jié)構(gòu)如圖3所示。轉(zhuǎn)輪是為了存放儲幣筒和將儲幣筒移出的裝置，每個轉(zhuǎn)輪上設(shè)有3個可以存放相同尺寸儲幣筒的存儲位，每個存儲位的夾角為120°，3個儲存位分別對應(yīng)收集軌道出口、儲料筒出口和儲幣筒取出口，轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)如圖4所示。儲料筒是存放儲幣筒的裝置，當1個儲幣筒被取出轉(zhuǎn)輪后，儲料桶會補充轉(zhuǎn)輪儲存位的儲幣筒。收集軌道的作用是：使硬幣沿特定軌道落入儲幣筒同時起到緩沖作用，收集軌道上裝有傳感器可對硬幣進行計數(shù)。收集包裝裝置整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖3 儲幣筒結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 收集包裝裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 傳動裝置設(shè)計

該設(shè)計傳動類型為齒輪傳動。工作過程為：當計數(shù)值達到預設(shè)值（在控制程序中預設(shè)的硬幣數(shù)量）時，單片機發(fā)出信號，控制步進電動機逆時針轉(zhuǎn)動120°，電動機轉(zhuǎn)動通過齒輪傳動帶動轉(zhuǎn)輪逆時針轉(zhuǎn)動120°，從而實現(xiàn)將裝有硬幣的儲幣筒移出。傳動裝置系統(tǒng)圖如圖6所示。在電動機選用方面，考慮到裝置所承受的載荷不大，所需動力也不是很大，但需要精確的轉(zhuǎn)動角度，綜合考慮和根據(jù)以往實驗經(jīng)驗選用電動機為STP-42D206二相四線步進電動機，STP-42D206電動機參數(shù)如表2所示。

表2 STP-42D206電動機參數(shù)

圖6 傳動裝置系統(tǒng)圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)主要由電源電路、單片機、擴展存儲器、傳感器檢測電路、步進電動機驅(qū)動控制電路等組成。單片機選用性價比比較高的AT89C51芯片，用來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制；擴展存儲器用于程序的存儲，為數(shù)據(jù)統(tǒng)計和故障分析服務(wù)；檢測電路采用紅外對射傳感器檢測在紅外發(fā)光二極管和光敏三極管之間有無物體通過，當硬幣經(jīng)過收集軌道擋住光束時，這時接收端會輸出1個高電平脈沖信號傳輸給單片機進行計數(shù)；如果沒有物體經(jīng)過該區(qū)域時，發(fā)射頭與接收頭間的紅外線就不會被遮擋，此時接收端會輸出一個低電平脈沖信號傳輸給單片機；步進電動機用來驅(qū)動轉(zhuǎn)輪帶動儲幣筒旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)硬幣的分揀后的成批輸出。由于單片機無法直接驅(qū)動步進電動機，需要在單片機與步進電動機之間加裝一個步進電動機驅(qū)動器，步進電動機驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，可以通過控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電動機繞組通電順序，獲得所需要的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向，從而達到調(diào)速和定位的目的。當無脈沖信號輸入時，在繞組電流的激勵下，步進電動機可以實現(xiàn)鎖相。整個控制系統(tǒng)電路如圖7所示。

4 結(jié)語

該設(shè)計根據(jù)硬幣物理直徑的大小對硬幣進行分揀，雖然不具備辨?zhèn)喂δ?，但可以對我國現(xiàn)有的硬幣實現(xiàn)快速準確地分揀、計數(shù)和包裝。該裝置采用軌道式硬幣分揀結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可替代人工分揀硬幣，可有效解決硬幣清理分類帶來的難題，同時采用控制電路實現(xiàn)對硬幣的計數(shù)與包裝，提高了工作效率和工作質(zhì)量。此外，該裝置體積小、成本低、質(zhì)量輕、攜帶方便，因此具有良好的實用與推廣價值。

圖7 控制系統(tǒng)電路圖

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