硬幣分離及清點(diǎn)裝置的設(shè)計(jì)及研究

趙海賢+禹順如

摘 要：硬幣以其耐磨損、易回收的優(yōu)勢代替小面額紙幣流通，給人們帶來便利的同時(shí)也帶來一些問題，銀行等一些特殊部門要對大量硬幣要進(jìn)行高效的處理[1]，為節(jié)省分離和計(jì)數(shù)過程所需的人力、物力和時(shí)間，根據(jù)硬幣直徑不同，設(shè)計(jì)了包含基于離心作用的分離裝置以及基于紅外傳感技術(shù)的清點(diǎn)裝置的硬幣清分機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)了硬幣的智能分離及清點(diǎn)功能。

關(guān)鍵詞：硬幣；分離；計(jì)數(shù)

硬幣應(yīng)用廣泛，硬幣清分工作耗時(shí)耗力，仍然是人員密集型工作，雖然硬幣清分技術(shù)已經(jīng)成型，但是核心技術(shù)掌握在歐美等發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)器售價(jià)高，效率低，技術(shù)不成熟[2]。特設(shè)計(jì)硬幣分離及清點(diǎn)裝置，輕巧便攜、分離和清點(diǎn)效率高、讀取數(shù)據(jù)方便和可充電等優(yōu)點(diǎn)，有效地減小了硬幣分離和清點(diǎn)工作所需的人力和物力，極大地提高了工作效率，不僅為用戶提供了方便，還促進(jìn)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

1 原理方法

硬幣清分機(jī)的工作原理圖如圖1所示，將硬幣倒入中心轉(zhuǎn)盤后，硬幣在轉(zhuǎn)盤的高速旋轉(zhuǎn)下因離心作用被甩進(jìn)外緣轉(zhuǎn)盤的V型卡槽中，外緣轉(zhuǎn)盤帶著硬幣旋轉(zhuǎn)依次經(jīng)過托盤上寬度逐漸增大的三個(gè)橢圓形孔，硬幣根據(jù)直徑的不同從相應(yīng)的孔中落下，在三個(gè)孔的下面分別對應(yīng)有三個(gè)光電門，用于記錄硬幣的數(shù)量，并經(jīng)過單片機(jī)處理系統(tǒng)顯示在屏幕上[3]，硬幣最終落入抽屜中。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬幣分離及收集裝置

硬幣分離裝置如圖2所示，該部分由中心轉(zhuǎn)盤和外緣轉(zhuǎn)盤組成，外緣轉(zhuǎn)盤上均勻分布有8個(gè)V型槽，在外緣轉(zhuǎn)盤下方的托盤上有三個(gè)大小不同的橢圓型的長孔，長孔下面對應(yīng)著三個(gè)小抽屜。機(jī)器工作時(shí)，投放的硬幣會(huì)落在中心轉(zhuǎn)盤上，隨著中心轉(zhuǎn)盤的高速旋轉(zhuǎn)，雜亂的硬幣都會(huì)被放平并做離心運(yùn)動(dòng)。通過離心作用硬幣會(huì)被甩進(jìn)外緣轉(zhuǎn)盤，在外緣轉(zhuǎn)盤的帶動(dòng)下不同直徑的硬幣會(huì)從下方對應(yīng)的橢圓長孔依次落下，并被收集。

2.2 動(dòng)力部分

動(dòng)力部分如圖3所示，該裝置的動(dòng)力主要由兩個(gè)電機(jī)提供，并且為了節(jié)約空間，給中心轉(zhuǎn)盤和外緣轉(zhuǎn)盤提供動(dòng)力的兩個(gè)電機(jī)采用同心軸裝配的方法進(jìn)行裝配，為了保證工作的靈活性用萬向節(jié)連接電機(jī)與主軸，兩個(gè)電機(jī)均由升壓板調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

2.3 清點(diǎn)（計(jì)數(shù)）顯示部分

清點(diǎn)（計(jì)數(shù)）顯示部分如圖4，由三個(gè)光電門計(jì)數(shù)器、單片機(jī)和顯示屏組成，三個(gè)計(jì)數(shù)器對應(yīng)安置在橢圓長孔下方，每落下一個(gè)硬幣，因?yàn)檎诠饩陀?jì)一次數(shù)，并在單片機(jī)的屏幕上將每種硬幣的數(shù)量和收集的硬幣金額總數(shù)顯示出來。

2.4 電路部分

本裝置電路圖如圖5所示，為了節(jié)省空間和節(jié)約成本，各種電元件均用同一電源供電，部分元件用升壓板調(diào)節(jié)電壓，電源由12V鋰電池組成，可充電，超長時(shí)間待機(jī)。為了使用方便，整個(gè)裝置只有三個(gè)開關(guān)按鈕控制，即總電源按鈕S總、啟動(dòng)按鈕S、復(fù)位按鈕。

3 軟件設(shè)計(jì)

光電門由兩部分組成，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與集成電路板連接。當(dāng)硬幣通過光電門時(shí)光被擋住，就計(jì)一次數(shù)。光電門是由一個(gè)小的聚光燈泡和一個(gè)光敏管組成的，聚光燈泡對準(zhǔn)光敏管，光敏管前面有一個(gè)小孔可以接收光的照射[4]。

工作原理是光照度改變使光敏電阻阻值的改變，而引起光敏電阻兩端電壓的改變。電壓變化信號(hào)通過傳感器傳到計(jì)數(shù)器上計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)，光電門一端有個(gè)線性光源，另一端有個(gè)光敏電阻，門中無物體阻擋時(shí)光照射到光敏電阻上，有光照時(shí)光敏電阻阻值減小，光敏電阻兩端為低電壓，當(dāng)門中有物體阻擋時(shí)，光敏電阻受到光照強(qiáng)度減小，電阻增大，光敏電阻兩端為高電壓。當(dāng)光電門計(jì)數(shù)時(shí)，傳感器將高低變化的信號(hào)傳到計(jì)數(shù)器上，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，電壓升高再恢復(fù)原值計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次[5]。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

測試數(shù)據(jù)及分析（見表1）。

5 測試方法

5.1 動(dòng)力系統(tǒng)測試

打開總電源按鈕S總和啟動(dòng)按鈕S，查看三個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況，若均正常旋轉(zhuǎn)且沒有異常噪音，則說明動(dòng)力系統(tǒng)正常。

5.2 硬幣傳送測試

首先打開總開關(guān)S總將硬幣多次倒在中心轉(zhuǎn)盤上，打開電機(jī)開關(guān)S，隨著中心轉(zhuǎn)盤和小滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)硬幣被甩進(jìn)外緣轉(zhuǎn)盤，若其中沒有發(fā)生卡幣等故障，則說明傳送成功，否則失敗。

5.3 硬幣分離測試

人工多次查看各個(gè)抽屜內(nèi)硬幣狀況，若全部正確分離，則說明分離成功，否則失敗。

5.4 硬幣計(jì)數(shù)測試

人工多次清點(diǎn)各個(gè)抽屜內(nèi)硬幣數(shù)量，并計(jì)算總金額，再查看顯示屏，若兩種結(jié)果一樣，則計(jì)數(shù)正確，否則失敗。

6 結(jié)束語

本作品提出了利用重力和離心作用的原理根據(jù)硬幣直徑的不同，用雙層轉(zhuǎn)盤對硬幣進(jìn)行分離，極大地提高了硬幣清分機(jī)的分離效率。另外，用紅外傳感器對硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)，各種硬幣的數(shù)目和總金額一目了然，它還具有輕便、易攜和超長時(shí)間待機(jī)等特點(diǎn)，極大地改良了當(dāng)代硬幣清分機(jī)，可廣泛應(yīng)用于銀行、超市及文印室等場所。

參考文獻(xiàn)

[1]肖英麗.YB50全自動(dòng)硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)的研制[J].包裝工程，2003，24（3）：28-29.

[2]張東霞，肖麗英，等.YB50型硬幣包卷機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2003.

[3]劉洋，楊浩.單片機(jī)在硬幣辨識(shí)及智能投幣箱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].交通與計(jì)算機(jī)，2003，21.

[4]黃繼昌，徐巧魚.傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例[M].人民郵電出版社.

[5]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2012.

作者簡介：趙海賢（1979-），女，河北省張家口人，承德石油高等專科學(xué)校機(jī)械工程系講師，碩士研究生，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造的教學(xué)工作及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究。