基于尺寸大小和重量感應(yīng)的硬幣清點(diǎn)機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)

陳明朗,邱桂花,梁海富,吳衛(wèi)國,連海山,隋廣洲,弓滿鋒

(嶺南師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,廣東湛江524048)

基于尺寸大小和重量感應(yīng)的硬幣清點(diǎn)機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)

陳明朗,邱桂花,梁海富,吳衛(wèi)國,連海山,隋廣洲,弓滿鋒*

(嶺南師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,廣東湛江524048)

設(shè)計(jì)的硬幣清點(diǎn)機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類硬幣進(jìn)行分類、計(jì)數(shù)和包裝的裝置,該裝置是基于不同面值硬幣的尺寸和重量差異來進(jìn)行鑒別、篩分和計(jì)數(shù).主要結(jié)構(gòu)包括基座、集幣器、精密轉(zhuǎn)盤、調(diào)整系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、識(shí)別系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和打包系統(tǒng).該裝置集篩分、計(jì)數(shù)、打包等功能于一體,能夠滿足銀行、公交、商場(chǎng)等相關(guān)行業(yè)需求,降低人力、物力和成本,快速簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)硬幣分類、計(jì)數(shù)和打包工作,提高工作效率,且結(jié)構(gòu)巧妙、操作簡(jiǎn)便、性價(jià)比高、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠.

硬幣清點(diǎn)機(jī);清點(diǎn);計(jì)數(shù);打包

1 引 言

硬幣清分技術(shù)是對(duì)大量且雜亂的硬幣進(jìn)行識(shí)別分揀、分別計(jì)數(shù)、整齊碼放的一個(gè)完整的系統(tǒng).分類機(jī)、計(jì)數(shù)器、包裝器等眾多硬幣處理機(jī)械是該裝置的重要基礎(chǔ).目前所使用的清分方法上主要有兩大類,一類是根據(jù)硬幣的物理特性指標(biāo)進(jìn)行分揀,另一類是根據(jù)硬幣性能指標(biāo)進(jìn)行分揀.

國外相關(guān)的硬幣清分裝置已較為成熟,具有相對(duì)可靠的傳動(dòng)系統(tǒng)和成熟的計(jì)數(shù)功能,其智能化清點(diǎn)分類功能的設(shè)計(jì)能夠很好地解決硬幣清點(diǎn)的困難.硬幣清分技術(shù)具備噪聲小、傳動(dòng)平穩(wěn)、裝置性能可靠等優(yōu)點(diǎn);計(jì)數(shù)功能采用光敏傳感器,具備功能齊全,操作簡(jiǎn)便;帶有數(shù)字顯示屏,能夠進(jìn)行可視化設(shè)計(jì),且可以全面顯示硬幣的數(shù)量等信息.

國內(nèi)近年隨著第五版人民幣的發(fā)行,市場(chǎng)上硬幣投放量也大幅度增加,大量的硬幣若用手工分揀,不僅工作成本高,而且耗費(fèi)人力,且人為清點(diǎn)誤差大,所以用自動(dòng)化計(jì)數(shù)進(jìn)行硬幣的清點(diǎn)與計(jì)數(shù)可滿足社會(huì)緊迫需求.國內(nèi)清華大學(xué)等多家科研單位也開發(fā)了相應(yīng)的硬幣清分技術(shù),且取得較好的清分效果,但是考慮到其原理上多是采用電渦流法,且對(duì)硬幣的鑒別都局限于所做的項(xiàng)目本身,仍然存在著不夠全面系統(tǒng)、不夠完整等問題.而當(dāng)前用于制造硬幣的金屬材料也越來越廣泛,除了傳統(tǒng)的金和金合金、銀和銀合金、鎳和鎳合金、銅和銅合金、鋁和鋁合金之外,也出現(xiàn)了鎳鐵復(fù)合材料、銅鐵復(fù)合材料、鋼芯鍍鎳材料、鋼芯鍍銅材料、鋅芯鍍銅材料等材料[1],材料的多樣性無疑增加了硬幣清點(diǎn)工作的困難.

眾所周知,硬幣作為一種流通貨幣,在一個(gè)國家金融系統(tǒng)中是不可缺少的重要組成部分.相比紙幣而言,其規(guī)格統(tǒng)一、堅(jiān)固耐用、不易磨損,更重要的是可以長時(shí)間的使用流通,因此,硬幣在世界各國得到了廣泛的運(yùn)用.而我國至今為止一共發(fā)行過5套硬幣[2].隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,硬幣在自動(dòng)售貨機(jī),公交車等場(chǎng)合的廣泛運(yùn)用,地鐵、公交、自動(dòng)販賣機(jī)等系統(tǒng),每天都會(huì)收到大量不同面額的硬幣.數(shù)量龐大的硬幣后期整理分類工作成為一個(gè)不小的麻煩,一方面硬幣種類雜亂,需要一一識(shí)別;另一方面,分揀工作需要大量的人力,耗時(shí)費(fèi)力.如何快速地、準(zhǔn)確地篩分和清點(diǎn)硬幣對(duì)相關(guān)工作人員是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn),也是一個(gè)亟待解決的棘手問題.目前國內(nèi)市面上并無此類高效的硬幣篩選和清點(diǎn)儀器設(shè)備.目前銀行等相關(guān)金融機(jī)構(gòu)沒有專門用于硬幣清點(diǎn)、捆扎、包裝和搬運(yùn)的設(shè)備,多道工序仍停留在手工操作層面上,勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作效率低.而一些金融機(jī)構(gòu)的基層服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的業(yè)務(wù)窗口又少,鑒于業(yè)務(wù)難度大,大量的硬幣清點(diǎn)和兌換很不容易,并且目前還沒有高效的硬幣真假識(shí)別裝置.公共交通系統(tǒng)也同樣面臨諸如此類的問題.鑒于此,設(shè)計(jì)一款用于解決上述問題的硬幣清點(diǎn)機(jī)十分必要.本文所設(shè)計(jì)的基于重量感應(yīng)高效硬幣清點(diǎn)機(jī)就是一種能夠滿足大量硬幣篩分、清點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)任務(wù)的裝置,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、外觀小巧、功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單.

2 技術(shù)方案

2.1 硬幣分類

硬幣清點(diǎn)機(jī)是利用不同面值硬幣的直徑差異來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清分功能,根據(jù)不同面值硬幣的質(zhì)量差異來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)功能.安裝好的硬幣清點(diǎn)機(jī)整體裝置如圖1所示,由圖可知,該裝置主要結(jié)構(gòu)包括:支架、集幣斗、轉(zhuǎn)盤、動(dòng)力系統(tǒng)、基座、調(diào)整系統(tǒng)、滑軌、稱量計(jì)數(shù)系統(tǒng)等,其核心分幣部位結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖1 整體結(jié)構(gòu)

圖2 出幣關(guān)鍵部位零件爆炸圖

集幣斗呈漏斗狀,可盛放大量不同面額硬幣,底部開孔,直接對(duì)接硬幣輸出通道,該通道連接轉(zhuǎn)盤,轉(zhuǎn)盤依靠下方安裝的電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)盤上等間距每60°設(shè)置一個(gè)圓孔,共計(jì)6個(gè)置幣圓孔,這些置幣圓孔用于掛帶硬幣至指定位置,下部設(shè)置一結(jié)構(gòu)巧妙的底板,底板上設(shè)計(jì)有出幣口、限位器、引導(dǎo)器、導(dǎo)流槽等結(jié)構(gòu),其主要工作原理是:由底板上出幣口處附近的限位器和引導(dǎo)器,調(diào)整硬幣運(yùn)動(dòng)方向,引導(dǎo)硬幣通過底板上出幣口向?qū)优c出幣口的導(dǎo)流槽定向運(yùn)動(dòng).出幣口處設(shè)計(jì)調(diào)整系統(tǒng),用來調(diào)整出幣口的空間大小,避免堵塞和卡幣現(xiàn)象,此外調(diào)整系統(tǒng)還能夠調(diào)整硬幣運(yùn)動(dòng)速度,從而實(shí)現(xiàn)硬幣的有序運(yùn)動(dòng).經(jīng)調(diào)整系統(tǒng)修正運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方式的硬幣依次滾入分幣滑軌中,該分幣滑軌傾斜角度約30°,滑軌上按照硬幣直徑尺寸由小到大設(shè)計(jì)了3個(gè)矩形孔,如圖3所示.

圖3 分幣滑軌

通電后整個(gè)裝置在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,轉(zhuǎn)盤開始轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)硬幣轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)硬幣轉(zhuǎn)動(dòng)到轉(zhuǎn)盤上270°位置時(shí),彈簧將硬幣彈到出幣口,經(jīng)調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整后,出幣口的硬幣順次滾入導(dǎo)軌,依靠慣性和硬幣自身重量作用,硬幣在滑軌上沿滑軌斜向下滾動(dòng),在經(jīng)過不同尺寸的矩形孔口時(shí),不同面額的硬幣依次掉入硬幣盒,實(shí)現(xiàn)硬幣分類工作.

2.2 硬幣計(jì)數(shù)

稱量計(jì)數(shù)系統(tǒng)以STC90C52RC單片機(jī)進(jìn)行控制,通過重量傳感器,實(shí)現(xiàn)硬幣統(tǒng)計(jì)和計(jì)數(shù)功能[3,4].稱量計(jì)數(shù)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、交互界面和電源等構(gòu)成,數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成,信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711實(shí)現(xiàn),人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式12864液晶顯示.整個(gè)稱量計(jì)數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)巧妙、操作簡(jiǎn)便、界面人性化、功能齊全、識(shí)別精度高.工作時(shí),當(dāng)硬幣掉入接幣盒時(shí),重力傳感器會(huì)自動(dòng)識(shí)別信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)硬幣統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù),同時(shí)在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前統(tǒng)計(jì)各種硬幣數(shù)量、金額,以及總金額等信息,需要時(shí)可導(dǎo)出電腦存儲(chǔ)和管理[5].

2.3 硬幣打包

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上還將加裝硬幣打包裝置,其工作原理是:在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)的作用下[6],塑料包裝管隨著運(yùn)輸帶被運(yùn)送到硬幣滑道出口位置,運(yùn)輸帶停止傳送,硬幣落入包裝管;待裝滿后,運(yùn)輸帶繼續(xù)傳動(dòng),裝滿硬幣的包裝管被推送至封口裝置處等待被封口;可加熱的封口壓力棒在驅(qū)動(dòng)力作用下向下移動(dòng),依靠產(chǎn)生的熱量將塑料薄膜熔化,粘連包裝管邊沿;在壓力棒回升的同時(shí),薄膜運(yùn)送裝置將未使用的薄膜重新傳送到待封口位置,以備下次封口所需.傳送系統(tǒng)將封好的硬幣條輸出至指定位置完成打包工作.

3 電動(dòng)機(jī)的選型

鑒于所設(shè)計(jì)硬幣清點(diǎn)機(jī)的使用對(duì)象是零售業(yè)、公交系統(tǒng)和銀行業(yè)等,考慮到產(chǎn)品使用的廣泛性和普及性,選用220V電源電壓,因?yàn)檠b置所承受的載荷并不大,而且電機(jī)轉(zhuǎn)速也不需很高,故選用J-SZ(ZYT)-PX系列微型直流減速電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)主要由SZ(ZYT)系列直流電動(dòng)機(jī)與PX型普通精度行星減速器構(gòu)成,能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速,同時(shí)該系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍較大、體積小巧、重量較輕、清分效率高和結(jié)構(gòu)較為緊湊等優(yōu)點(diǎn),故而廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中[7].

4 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的硬幣清分機(jī)工作時(shí)所承受的力和負(fù)荷并不大,故選用不銹鋼板材制作支架,具有裝卸搬運(yùn)方便,重量輕,成本低等優(yōu)點(diǎn)[8],支架如圖4所示.

圖4 支架結(jié)構(gòu)

選用普通螺栓聯(lián)接方式聯(lián)接固定支架,上下罩殼均選用鈑金件,拆裝和調(diào)整比較方便,用于連接的上角件結(jié)構(gòu)如圖5所示,底座結(jié)構(gòu)如圖6所示.同時(shí)考慮電機(jī)散熱問題,在底板開數(shù)個(gè)散熱孔.采用Solidworks、Proe、AutoCAD等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),整體安裝效果圖如圖7所示.繪制工程圖包括各種零件圖、部件圖、裝配圖、機(jī)械特性圖,同時(shí)制定零件清單表、設(shè)計(jì)說明書等各種技術(shù)文件[9-11],制造的樣機(jī)如圖8所示.

圖5 上角件

圖6 底座

圖7 裝配圖

圖8 樣機(jī)

5 結(jié) 論

本文所設(shè)計(jì)的硬幣清分機(jī)依據(jù)硬幣尺寸進(jìn)行分類,采用質(zhì)量感應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù).該裝置具有設(shè)計(jì)思路巧妙、操作簡(jiǎn)便、工作原理直觀、清分效率高,可快速實(shí)現(xiàn)大量不同面額硬幣的自動(dòng)分類和清點(diǎn)統(tǒng)計(jì)工作,后期將增加辯偽和打包功能.能夠滿足銀行、公交系統(tǒng)和零售業(yè)等行業(yè)緊迫需求,減輕上述行業(yè)工作人員負(fù)擔(dān),節(jié)省人力物力,提高工作效率和清點(diǎn)精度.

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DesignandDevelopmentofMetalCoinCountingMachine BasedonWeightSensorandSizeDimension

CHENMinglang,QIUGuihua,LIANGHaifu,WUWeiguo, LIANHaishan,SUIGuangzhou,GONGManfeng
(SchoolofMechanicalElectricalEngineering,LingnanNormalUniversity,Zhanjiang524048,China)

ThepaperintroducesahighefficientG-sensormetalcoincountingmachine,whichisa kindofdevicedesignedtoclarifyandcountcoinsworks.Thedeviceclarifiesandcountsdifferentcoins basedontheirdifferentweightsanddiameters.Devicestructuremainlyincludesfoundationsupport,collector,precisionrotarytable,adjustmentsystem,powersystem,identificationsystemandcountingsystemsandpackagingsystem.Thedevicecanrealizetoclassify,count,package,etc.Itcansatisfyrelevant professionaldemandssuchasbanks,publictransportation,marketsorothershoppingplaces.Itcanreducethemanpower,materialresourcesandcost.Further,italsoownsingeniousstructure,friendlyoperationandeconomiccost.Thedevicecanclassifyandcountcoinsefficientlyandcontributetoimprovework efficiency.

coincountingmachine;classifying;count;package

TH122

A

1006-4702(2017)03-0079-05

2017-04-11

廣東省教育廳特色創(chuàng)新項(xiàng)目(2016KTSCX079);廣東省揚(yáng)帆計(jì)劃科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(411282606110);廣東省攀登計(jì)劃項(xiàng)目;嶺南師范學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目;嶺南師范學(xué)院新材料與先進(jìn)制造協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心項(xiàng)目;大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目.

陳明朗,嶺南師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2014級(jí)學(xué)生.

* 通訊作者.