小面額紙幣清分機(jī)的研制

黃智, 楊瑩, 許廣成, 謝遠(yuǎn), 王煜, 柳中中

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小面額紙幣清分機(jī)的研制

黃智, 楊瑩, 許廣成, 謝遠(yuǎn), 王煜, 柳中中

(湖南文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院, 湖南常德, 415000)

針對(duì)小面額紙幣清分過(guò)程中依靠手工操作, 勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)及不衛(wèi)生的問(wèn)題, 研制了一款小面額紙幣清分機(jī)。該機(jī)由入鈔口、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、導(dǎo)鈔、出鈔口、計(jì)數(shù)5個(gè)部分組成, 其核心技術(shù)部分采用純機(jī)械結(jié)構(gòu), 體積小、工作性能穩(wěn)定。通過(guò)大量清分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 分鈔速度達(dá)到450張/min, 準(zhǔn)確率達(dá)到85%, 可廣泛應(yīng)用于公交、地鐵、零售業(yè)等每天需要接收大量小面額紙幣的行業(yè)。

小面額紙幣; 純機(jī)械結(jié)構(gòu); 錐齒輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu); 分鈔速度

目前, 國(guó)內(nèi)小面額紙幣存在清分整理、存款、兌換難等情況, 導(dǎo)致了小面額紙幣難以進(jìn)入銀行紙幣回籠體系[1]。另外, 清分機(jī)消費(fèi)市場(chǎng)多年來(lái)始終由進(jìn)口產(chǎn)品所占據(jù), 而且價(jià)格昂貴[2]。例如勞雷爾公司研究出新的人民幣清分機(jī)—TDUSOC、德國(guó)的捷得(G+D)等, 通過(guò)自由設(shè)定10個(gè)清分等級(jí), TDUSOC可以判斷出鈔票是否適合ATM的使用或能繼續(xù)流通, 并可同時(shí)對(duì)3種不同面額的人民幣進(jìn)行面額的清分和張數(shù)的點(diǎn)算[3–4]。這些清分機(jī)大都采用傳感器對(duì)紙幣進(jìn)行清分, 由于傳感器受外界環(huán)境影響較大, 使得清分效果不太理想。針對(duì)上述問(wèn)題, 設(shè)計(jì)了一款小面額紙幣清分機(jī)。其核心技術(shù)采用純機(jī)械機(jī)構(gòu), 根據(jù)不同面額紙幣長(zhǎng)度的不同, 來(lái)達(dá)到清分的目的。通過(guò)智能程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)紙幣的計(jì)數(shù)。

1 小面額紙幣清分機(jī)簡(jiǎn)介

小面額紙幣清分機(jī)主要功能是將小面額紙幣如1角、5角、1元清分并計(jì)數(shù)。其清分原理為: 根據(jù)紙幣長(zhǎng)度的不同, 設(shè)計(jì)好出鈔口與紙幣另一側(cè)的距離將紙幣分開(kāi)。其工作過(guò)程為:首先, 入鈔口將成疊的紙幣逐一分成單張; 再利用4對(duì)錐齒輪和1對(duì)偏置輪組成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)將紙幣沿一側(cè)對(duì)齊, 根據(jù)紙幣長(zhǎng)度的不同, 設(shè)計(jì)好出鈔口處偏置輪與紙幣另一側(cè)的距離將紙幣分開(kāi); 最后紙幣通過(guò)各個(gè)分鈔口被卷入收鈔盒。每個(gè)收鈔盒底部裝有傳感器, 傳感器將接收到的經(jīng)過(guò)紙幣的信號(hào)傳給STC89C52單片機(jī), 在 LCD1602顯示屏顯示出不同面額紙幣的張數(shù)與總額。清分機(jī)工作過(guò)程如圖1所示。

圖1 紙幣清分機(jī)的工作流程圖

2 小面額紙幣清分機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

圖2為小面額紙幣清分機(jī)的三維圖。其主要由入鈔、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、導(dǎo)鈔、出鈔、傳動(dòng)、機(jī)架6個(gè)部分組成。

圖2 小面額紙幣清分機(jī)三維圖

(1) 入鈔。入鈔口由底板、齒輪軸、捻鈔輪和擋板組成。底板上成疊紙幣由齒輪軸上捻鈔輪將成疊紙幣的最下面一張首先送進(jìn)入鈔口[5], 直至將最后一張紙幣送進(jìn)入鈔口為止。

(2) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是整個(gè)清分機(jī)的核心部分(圖3)。其主要由4對(duì)錐齒輪[6]、1對(duì)偏置輪、1對(duì)半圓凸臺(tái)、1個(gè)支撐板、1排捻鈔輪以及4根齒輪軸組成。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要作用是上面的2對(duì)錐齒輪帶動(dòng)下面的2對(duì)錐齒輪, 從而給1對(duì)偏置輪傳遞動(dòng)力, 使得經(jīng)過(guò)偏置輪的紙幣獲得一個(gè)向前和向左的速度, 讓紙幣沿輸送方向的左側(cè)對(duì)齊, 為接下來(lái)的分鈔做準(zhǔn)備。清分機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為: 高度420 mm; 長(zhǎng)度610 mm; 寬度170 mm; 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及出鈔口偏置輪均偏置30°。

圖3 錐齒輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

(3) 導(dǎo)鈔。導(dǎo)鈔部分主要由齒輪軸、捻鈔輪、電機(jī)、2GT同步帶、同步輪和從動(dòng)輪組成。2GT同步帶在電機(jī)帶動(dòng)下, 可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地向前輸送紙幣。紙幣的輸送依靠捻鈔輪和紙幣之間壓緊所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)進(jìn)行, 具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小的特點(diǎn)[7]。

(4) 出鈔。出鈔口由齒輪軸、支撐板、電機(jī)支撐架、電機(jī)、偏置輪、2GT同步帶和同步輪組成。1元與5角的工作原理為: 根據(jù)不同面額紙幣的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整支撐板與紙幣右側(cè)的距離, 位于1元出鈔口處的偏置輪僅能與1元紙幣相切, 并迅速將其卷入到收鈔盒(圖4); 最后, 剩下的1角紙幣將由導(dǎo)鈔輪一直向前輸送, 進(jìn)入1角紙幣收鈔盒。

圖4 五角出鈔口仰視圖

(5) 傳動(dòng)。傳動(dòng)部分由電機(jī)、2GT同步帶和同步輪組成。其工作原理為: 調(diào)節(jié)各電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 入鈔部分、導(dǎo)向部分、導(dǎo)鈔及出鈔口電機(jī)轉(zhuǎn)速分別為420、1 100、1 500及2 800 r/min。通過(guò)2GT皮帶和同步輪, 將動(dòng)力輸送給各齒輪軸, 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。2GT同步帶的優(yōu)點(diǎn): 傳動(dòng)效率高, 可達(dá)98％～99.5％; 與帶輪之間反向間隙小、不打滑、傳動(dòng)比準(zhǔn)確; 角速度恒定不需潤(rùn)滑, 既省油又不會(huì)產(chǎn)生污染; 使用壽命長(zhǎng)且無(wú)需保養(yǎng)[6]。

(6) 機(jī)架。清分機(jī)機(jī)架采用厚度為2.5 mm的40鋼板, 用轉(zhuǎn)塔沖床一次沖出板形, 采用這種設(shè)計(jì)的好處是機(jī)架的左、右兩側(cè)板中相對(duì)應(yīng)精度較高的部分可以一次加工完成, 保證了左、右側(cè)板與相關(guān)零件的裝配精度。

3 電氣硬件設(shè)計(jì)

電氣硬件主要由信號(hào)輸入、CPU控制、LCD1602顯示屏3個(gè)部分組成。其中信號(hào)輸入由3個(gè)光電傳感器組成, 用于檢測(cè)是否有紙幣經(jīng)過(guò)。如果有, 則給CPU一個(gè)高電平輸入信號(hào)。CPU控制部分是電氣硬件的主要部分, 由STC89C52單片機(jī)組成, 其特點(diǎn)是抗干擾性能強(qiáng)、速度快、功耗低等[8–9]。CPU記錄不同面額紙幣的張數(shù)以及計(jì)算出所有紙幣的總額, 并將這些數(shù)值及時(shí)顯示和更新在LCD1602顯示屏上。最后利用PROTEUS 仿真軟件繪制硬件電路圖, 用KEIL軟件進(jìn)行程序的編寫(xiě), 然后進(jìn)行聯(lián)合仿真調(diào)試[10]。其仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 計(jì)數(shù)仿真結(jié)果

4 調(diào)試

該紙幣清分機(jī)采用純機(jī)械機(jī)構(gòu), 為使紙幣清分機(jī)清分的效果達(dá)到最好, 必須對(duì)各個(gè)部分電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)試。因此在組裝好所有的零件之后, 通過(guò)調(diào)節(jié)直流電機(jī)調(diào)速模塊的旋鈕, 來(lái)控制輸出的電壓大小, 達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小的目的。經(jīng)過(guò)調(diào)速測(cè)試、觀(guān)察紙幣清分機(jī)清分的效果, 得到入鈔部分、導(dǎo)向部分、導(dǎo)鈔及出鈔口電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速分別為420、1 100、1 500及2 800 r/min。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)清分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 小面額紙幣清分機(jī)的分鈔速度達(dá)到450張/min以上, 清分準(zhǔn)確率高達(dá)85%以上, 能夠大大減少工作人員清分的時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度, 基本上實(shí)現(xiàn)了紙幣清分的自動(dòng)化。另外, 與其它同類(lèi)型清分機(jī)相比, 該清分機(jī)采用純機(jī)械方式清分, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜, 適用于所有紙幣的清分。

[1] 杜銘, 宮芳. 紙幣清分機(jī)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究[J]. 中國(guó)科技信息, 2008,8(3): 250–251.

[2] 羅皓斐. 紙幣清分機(jī)圖像處理系統(tǒng)的研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2005.

[3] 蔡勐. 紙幣清分機(jī)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[D]. 北京: 北京郵電大學(xué), 2012.

[4] 王松濤. 紙幣識(shí)別技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 哈爾濱: 哈爾濱理工大學(xué), 2009.

[5] 何佳兵, 李習(xí)倫, 劉松波, 等. 紙幣清分機(jī)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J]. 機(jī)電工程技術(shù), 2007, 36(8): 29–31, 39.

[6] 陳國(guó)定, 吳立言, 濮良貴. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 9版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 186–235.

[7] 潘存云. 機(jī)械原理[M]. 2版. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)出版社, 2012: 185–186.

[8] 吳健, 侯文, 鄭賓. 基于STC89C52單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù), 2011, 7(4): 902–903, 919.

[9] 王節(jié)旺. 一種基于STC89C52RC單片機(jī)的計(jì)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用, 2011, 30(6): 28–30.

[10] 彭建英, 彭光含, 曾志剛. 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)[J]. 湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 27(4): 30–32.

(責(zé)任編校:劉剛毅)

The research of a small denomination notes sorting

Huang Zhi, Yang Ying, Xu Guangcheng, Xie Yuan, Wang Yu, Liu Zhongzhong

(Department of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, Hunan)

During the distribution of small denomination notes relying on heavy manual operation, it is not only heavy labor intensity, but also unhealthy. A small denomination notes sorting is composed of five parts: notes entry, guide mechanism, guide notes, bank notes, and count.And its core technology uses pure mechanical structure, small volume, and stable working performance. Through a lot of experimental verifications, its speed of distribution notes reaches 450 min-1or more, the accuracy rate as high as 85%, so it can be widely used in bus, subway and retail which industry daily need accept a large number of small denomination notes.

small denomination notes; pure mechanical structure; bevel gear steering mechanism; speed of distribution notes

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.04.010

TH 193.5

1672–6146(2016)04–0043–03

楊瑩, 19305513@qq.com; 黃智, 673536137@qq.com。

2016–07–05

湖南省教育廳項(xiàng)目(12C0819); 湖南文理學(xué)院教改項(xiàng)目(JGYB1438)。