謝天海， 梁磊磊， 代獻(xiàn)澤， 李仲潔， 王玉琳

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009）

基于TCS230顏色識(shí)別傳感器的紙幣清分機(jī)

謝天海， 梁磊磊， 代獻(xiàn)澤， 李仲潔， 王玉琳

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009）

為了高效、便捷地解決目前銀行、公交公司、超市、商場(chǎng)等行業(yè)在整理紙幣時(shí)的問(wèn)題，在查閱、分析、對(duì)比現(xiàn)有的紙幣分類系統(tǒng)后，自主設(shè)計(jì)了一種基于TCS230顏色識(shí)別傳感器的紙幣清分機(jī)，該機(jī)器在STC89C51單片機(jī)的控制下，可以將混疊在一起的多種面額地紙幣進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的清分，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、操作方便、容易維護(hù)等特點(diǎn)。

紙幣；清分；TCS230；顏色識(shí)別

0 引言

目前國(guó)內(nèi)金融業(yè)使用的紙幣清分裝置多為進(jìn)口的全功能的大型機(jī)，設(shè)備昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)成本高。現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)小型紙幣清分機(jī)尚不成熟，存在分揀效率低、出錯(cuò)率高[1]、可靠性差等問(wèn)題。為此，本文對(duì)現(xiàn)有的紙幣清分機(jī)中的機(jī)械系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，基于TCS230顏色識(shí)別傳感器[2]設(shè)計(jì)了一款小型、實(shí)用的紙幣清分裝置。作為能夠精確、自動(dòng)分揀鈔票的設(shè)備，該紙幣清分機(jī)有著較大的市場(chǎng)需求。其體積小、重量輕、操作方便、清分速度快、分揀準(zhǔn)確、維護(hù)容易，十分符合商場(chǎng)、超市、公交公司以及銀行等的應(yīng)用需求。

1 紙幣清分機(jī)的工作原理

所設(shè)計(jì)的紙幣清分機(jī)的工作原理如圖1所示。待分揀的紙幣由傳送帶輸送，在光源的照射下，不同面額的紙幣會(huì)發(fā)出不同顏色的光，經(jīng)由TCS230顏色識(shí)別傳感器進(jìn)行識(shí)別[3]。識(shí)別信號(hào)發(fā)送至單片機(jī)（CPU）模塊[4]進(jìn)行處理，單片機(jī)根據(jù)不同顏色判定紙幣的面額，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)設(shè)定的角度，將分揀的紙幣導(dǎo)入指定的紙幣存儲(chǔ)槽，從而達(dá)到紙幣清分的目的。

2 紙幣清分機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

紙幣清分機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括旋轉(zhuǎn)盤(pán)6、紙幣存儲(chǔ)槽7、傳送帶8和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)5等部分。紙幣存儲(chǔ)槽7均勻地分布在旋轉(zhuǎn)盤(pán)6中，共有6個(gè)槽，可分別存放1元、5元、10元、20元、50元和100元6種面額的紙幣。傳送帶8是將紙幣從入口送至出口的輸送裝置，其正上方的頂板上安裝有TCS230顏色識(shí)別傳感器9，可識(shí)別經(jīng)過(guò)的紙幣。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)5是動(dòng)力機(jī)構(gòu)，是各進(jìn)紙滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)5可按程序帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)60°、120°、180°、240°、300°、360°等，分別用于存放不同面額的紙幣，從而達(dá)到紙幣分類[5]的目的。

2.1 紙幣進(jìn)紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 紙幣清分機(jī)的工作原理

圖2 紙幣清分機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

紙幣進(jìn)紙機(jī)構(gòu)如圖3所示。具體為將混疊但整齊的待分紙幣置于升降平臺(tái)上，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)使?jié)L輪下方的升降平臺(tái)每隔一段時(shí)間上升一個(gè)紙幣厚度的距離，通過(guò)搓紙輪與最頂層一張紙幣接觸，依靠?jī)烧咧g的摩擦力將第一張紙幣送至分離輪和送紙輪之間。當(dāng)紙幣前端到達(dá)送紙輪的同時(shí)，搓紙輪迅速提升離開(kāi)紙幣堆，以至于不干擾送紙輪和分離輪的工作，然后依靠送紙輪的動(dòng)力，將紙幣輸送到下個(gè)紙幣處理單元。若搓入多張紙幣，分離輪會(huì)將多余紙幣反搓回箱體中，這是因?yàn)榉蛛x輪中裝有轉(zhuǎn)矩限制離合器[6]，該離合器上施加了一個(gè)恒定順時(shí)針?lè)较虻淖饔昧?，這樣可以防止搓入多張紙幣。

2.2 紙幣輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，在紙幣清分機(jī)的箱體中，上板裝有TCS230顏色識(shí)別傳感器和STC89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)[7]。紙幣在傳送帶的帶動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，安裝在上板的顏色識(shí)別傳感器對(duì)紙幣進(jìn)行面值大小的鑒別[8-9]，鑒別成功后將信號(hào)傳至單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)處理后發(fā)出信號(hào)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而分離紙幣。

圖3 紙幣進(jìn)紙機(jī)構(gòu)示意圖

2.3 紙幣下落機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4 紙幣清分機(jī)硬件電路圖

紙幣下落機(jī)構(gòu)如圖2所示?？刂葡到y(tǒng)上電后，旋轉(zhuǎn)盤(pán)上1元紙幣存儲(chǔ)槽自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)傳送帶的出口位置。若有面值20元的紙幣經(jīng)過(guò)傳感器的下方，STC89C51單片機(jī)[10]便會(huì)收到由TCS230顏色識(shí)別傳感器發(fā)來(lái)的信號(hào)，單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，旋轉(zhuǎn)盤(pán)上20元的紙幣存儲(chǔ)槽就會(huì)對(duì)準(zhǔn)傳送帶的出口，20元面額的紙幣即會(huì)落入指定的存儲(chǔ)槽。其余面額的紙幣處理方法類似。

3 紙幣清分機(jī)的硬件電路

紙幣清分機(jī)的硬件電路如圖4所示。CPU采用STC89C51單片機(jī)芯片[11]，晶振頻率為11.0592 MHz，5 V電壓供電，液晶顯示屏型號(hào)為L(zhǎng)CD1602。圖4中Motor插座連接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，ULN2003D是達(dá)林頓晶體管，用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)镃PU的輸出口不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，提供不了足夠的電流。TCS230顏色識(shí)別傳感器與CPU直連[12]。當(dāng)紙幣經(jīng)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)輸送到顏色識(shí)別傳感器的下方時(shí)，TCS230就會(huì)感知到紙幣顏色的變化，將色彩信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)一方面將信號(hào)以RGB（紅、綠、藍(lán)）數(shù)字和十六進(jìn)制的形式顯示在LCD1602顯示屏上，另一方面將信號(hào)傳送給驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的ULN2003D芯片，于是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)設(shè)定的角度使對(duì)應(yīng)的紙幣存儲(chǔ)槽對(duì)準(zhǔn)紙幣出口位置，由滾輪傳送過(guò)來(lái)的紙幣經(jīng)傳送帶后便可以順勢(shì)落下，進(jìn)入指定的紙幣存儲(chǔ)槽，最終達(dá)到分類[13-15]的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

基于TCS230顏色識(shí)別傳感器，本文設(shè)計(jì)了一種小型的紙幣清分機(jī)。該機(jī)器可以將混疊在一起的不同面額的紙幣進(jìn)行準(zhǔn)確的分類和存儲(chǔ)，能夠顯著提高銀行、公交公司、超市、商場(chǎng)等行業(yè)整理紙幣的效率，使紙幣清分工作更加簡(jiǎn)便化、智能化和自動(dòng)化。該產(chǎn)品具有一定的實(shí)用價(jià)值，應(yīng)用前景廣闊。

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Paper Currency Sorter Based on TCS230 Color Recognition Sensor

XIE Tianhai,LIANG Leilei,DAI Xianze,LI Zhongjie,WANG Yulin
（School ofMechanical Engineering，Hefei UniversityofTechnology，Hefei 230009，China）

In order to solve the problems in sorting paper currencies for bank,bus company,supermarket,shopping mall and so on,a kind of banknote sorter based on TCS230 color recognition sensor is designed in the paper after consulting,analyzing and comparing the existing banknote classification systems.Under the control of STC89C51 microcontroller,the machine can quickly and accurately classify the various denomination paper currencies.The machine also has the advantages of simple structure,small size,convenient operation and easy maintenance.

paper currency;sort;TCS230;color recognition

TP 271.4

A

1002－2333（2018）01－0102－03

合肥工業(yè)大學(xué)2016年校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2016CXCY013）

（編輯昊 天）

謝天海（1994—），男，本科生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)；

王玉琳（1966—），男，工學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事數(shù)控技術(shù)與機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)的研究。

王玉琳，KL32T@vip.sina.com。

2017-04-06