一種硬幣自動清選分離計數(shù)機械設(shè)計

李耀南 何 虎 薛 旭

（寧夏大學 機械工程學院，銀川 750021）

一種硬幣自動清選分離計數(shù)機械設(shè)計

李耀南 何 虎 薛 旭

（寧夏大學 機械工程學院，銀川 750021）

針對硬幣在流通過程中存在不易清點等問題，在原有的硬幣清分裝置基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了一種新型全自動硬幣清選計數(shù)的機器。該機器具有設(shè)計原理簡單，抗振動，抗電磁干擾能力強等特點，且成本低廉。它利用不同幣值的硬幣的直徑大小不同，實現(xiàn)硬幣清分；然后通過光敏傳感器對硬幣數(shù)量進行統(tǒng)計，最終實現(xiàn)了硬幣清分和計數(shù)功能。

硬幣 旋轉(zhuǎn)盤 分離盤 硬幣清分機 計數(shù)

眾所周知，硬幣應用廣泛，在地鐵、公交、自動售貨機、銀行等部門發(fā)揮著重大作用。但是，硬幣的回籠問題一直阻礙著其流通，主要表現(xiàn)在以下方面：對于大量集中回收的硬幣無法及時清點，難以處理；大多數(shù)部門對硬幣的清分工作，主要是人工操作，效率低下，且費時費力；處理過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)各類偽造硬幣，目前還沒有一種有效、高速的檢偽方式；國外己有的各類硬幣清分機、硬幣包卷機等設(shè)備價格高、體積大，對于一些中小型機構(gòu)部門來說成本高，不適用。

針對上述問題，設(shè)計開發(fā)了一種全自動硬幣清選計數(shù)機。不僅符合我國實際國情，而且功能完善、性能穩(wěn)定，具有重要的實際意義。從經(jīng)濟效益上，該設(shè)計能夠滿足市場需求，實現(xiàn)硬幣分離清點機電一體化的發(fā)展；從社會效益來看，該設(shè)計解決了硬幣的回籠問題，提高了硬幣的流通能力，具有廣闊的社會應用前景和經(jīng)濟效益。

1 硬幣清分機的現(xiàn)狀

硬幣在人民日常生活中發(fā)揮著重要作用，很多國家與地區(qū)都對其清分機有所研究。但是，由于各國國情和貨幣體系不同，無法設(shè)計制造出統(tǒng)一的硬幣清分機器。所以，需針對各自不同的貨幣體系，設(shè)計對應的清分系統(tǒng)。

相對而言，在清分機的設(shè)計過程中，國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)了較多的市場份額。根據(jù)清分硬幣速度不同，國外的清分機產(chǎn)品主要包括三個層次，低檔、中檔和高檔。其中，低檔清分速度不超過1000枚/min，而高檔的速度超過了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)進行清分和根據(jù)性能指標清分。而高速清分機大多數(shù)采用第二種原理設(shè)計來實現(xiàn)硬幣清分。比如，瑞典的SCANCOIN AB公司，針對不同貨幣系統(tǒng)設(shè)計了與之對應的清分機器，準確率高，技術(shù)手段成熟；日本的榮光也很有名，但使用這些產(chǎn)品造成成本過高，且其技術(shù)壟斷。

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

綜上所述，針對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)計原理簡單，抗振動，抗電磁干擾能力強且成本低廉的新型全自動硬幣清選計數(shù)的機器。對于硬幣防偽功能的設(shè)計還未實現(xiàn)，待后續(xù)研發(fā)。

2 硬幣清分機機構(gòu)設(shè)計

2.1 工作流程

對于各種硬幣分類功能的實現(xiàn)，目前有許多種方法，如根據(jù)厚度形狀進行區(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行識別等。筆者通過對現(xiàn)行流通的硬幣進行比對發(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則，對4種直徑的硬幣進行分離。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。以1元硬幣為例，1元硬幣被分離的同時對其進行計數(shù)。其他三種硬幣的具體操作與一元硬幣一樣，不作重復介紹。工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程圖

2.2 分離機構(gòu)方案的設(shè)計

分離機構(gòu)方案設(shè)計如下：將旋轉(zhuǎn)盤固定在分離盤的上方，旋轉(zhuǎn)盤可以旋轉(zhuǎn)，分離盤固定（分離盤上按從左至右分布有寬度從小到大的扇形孔，旋轉(zhuǎn)盤上均勻分布著直徑相同的圓孔）。然后，將分離盤按與水平方向成30°固定在底座上。啟動電動機，主電機帶動旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，副電機帶動進料機構(gòu)的進料裝置緩慢進料，使旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，則旋轉(zhuǎn)盤中的硬幣進入旋轉(zhuǎn)盤上面的圓孔（每個圓孔只能裝下一個硬幣），旋轉(zhuǎn)盤上的圓孔帶著硬幣一起旋轉(zhuǎn)。當硬幣跟著旋轉(zhuǎn)盤到達選幣盤的扇形孔上方時，不同直徑的硬幣會從相應直徑的扇形孔落下，達到分離硬幣的目的。裝置簡圖如圖2所示。

圖2 裝置簡圖

3 硬幣分離機控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬幣的計數(shù)

本系統(tǒng)利用光敏傳感器進行硬幣的計數(shù)。計數(shù)裝置是用光電三極管作為檢測元件。把光敏傳感器裝于分離孔的下方，每落下一個硬幣計一次數(shù)。電路圖如圖3所示。

圖3 光敏計數(shù)器

3.2 電路設(shè)計

目前，市場上采用的編程控制器電路設(shè)計具有開發(fā)周期短、抗干擾能力強的優(yōu)點。但是，作為批量生產(chǎn)，其價格昂貴，保密性差，易于模仿。為了滿足上述系統(tǒng)的正常工作，采用單片機自行開發(fā)印制電路板，對只有開關(guān)量輸入、輸出的控制系統(tǒng)，干擾問題易解決，同時電路板布線簡單，易于實現(xiàn)系統(tǒng)功能，可靠性高。計數(shù)實例如圖4所示。

圖4 計數(shù)實例

圖5 控制系統(tǒng)流程圖

3.3 控制系統(tǒng)簡介

硬幣清分機控制系統(tǒng)簡介：首先啟動電源，對系統(tǒng)進行初始化；然后按下啟動按鈕，電機開始轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)開始計數(shù)；若中途需要暫停，按下暫停按鈕，電動機停止轉(zhuǎn)動；若中途無暫停，則系統(tǒng)繼續(xù)運行，直到硬幣的數(shù)目大于或等于錢箱的總?cè)萘?，電機停止轉(zhuǎn)動，從而系統(tǒng)運行結(jié)束。流程圖如圖5所示。

4 總結(jié)與展望

本機根據(jù)硬幣直徑的大小對我國現(xiàn)行流通的硬幣進行清分，具有設(shè)計簡便、清分準確、維護簡單、價格低廉等優(yōu)勢，可以滿足未來硬幣清分機發(fā)展的需求。此產(chǎn)品已研發(fā)出實體樣機，能夠準確分離各種硬幣，可應用到公交公司和銀行部門的硬幣清分工作中去。但是，由于硬幣清分機對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)備則難以準確鑒別分離。因此，防偽功能的實現(xiàn)是后續(xù)研究設(shè)計工作的重點。

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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.

coin, ratating disc, separating plate, coin sorter, counting

寧夏大學科學研究基金資助（ZR1426）。