硬幣清分計數(shù)包裝一體機的設(shè)計

張 旭，劉慶運，秦 漢

（安徽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032）

硬幣清分計數(shù)包裝一體機的設(shè)計

張 旭，劉慶運，秦 漢

（安徽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032）

結(jié)合目前市場上硬幣處理裝置的功能單一，通用性差等問題，設(shè)計了硬幣清分計數(shù)包裝一體機.該裝置是一種結(jié)合市場現(xiàn)行流通硬幣的清分，計數(shù)并打包的一體化機械設(shè)備.其特點突出表現(xiàn)在工作效率和工作能力上，設(shè)備整體操作簡單易行，且發(fā)生清分失誤的概率低.使用PVC有機高分子材料管盛裝硬幣，符合當前社會的發(fā)展要求.

硬幣清分；計數(shù)包裝；一體化

隨著市面流通貨幣量不斷增多，特別是公交公司、金融機構(gòu)等要對大量硬幣進行分類，目前國內(nèi)仍主要采取人工處理的方式，工作量大.經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前市場上的硬幣處理裝置[1]功能單一，實用性差，普及率低，有待改進.針對此情況，本文設(shè)計了一種結(jié)合市場現(xiàn)行流通硬幣的清分，計數(shù)并打包的一體化機械設(shè)備.

1 硬幣清分計數(shù)包裝一體機的機械系統(tǒng)設(shè)計

1.1 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

本文設(shè)計的硬幣清分計數(shù)包裝一體機如圖1所示，主要由3部分組成，硬幣清分模塊、硬幣收集模塊和硬幣包裝模塊.3種模塊采用合理的空間布置：硬幣清分模塊位于裝置的上方，其余兩部分位于下方.該裝置可以實現(xiàn)現(xiàn)行多種硬幣的快速分揀以及通用性極高的管式包裝，并由光電計數(shù)器[4]實時反饋統(tǒng)計數(shù)據(jù)及當前數(shù)值.并且采用模塊化設(shè)計，3部分均可獨立操作，提升了適用范圍.

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

1.2 硬幣清分模塊

本清分機是利用振動盤完成硬幣的清分，當線圈接入交流電源時，鐵芯提供斷續(xù)磁性吸力吸引料斗上的銜鐵，料斗下降，在料斗底面的圓周上安裝三個彈簧片，則產(chǎn)生彈簧片方向的傾斜扭轉(zhuǎn)，當鐵芯失去磁力后，彈簧片使磁鐵料斗恢復(fù)原位.料斗中的硬幣處于雜亂無章的狀態(tài)，由于料斗振動時硬幣騰空，當鐵芯吸力消失，料斗被彈簧抬起，從而帶動硬幣沿料斗內(nèi)的螺旋槽爬行.當硬幣通過分幣槽（如圖2）時，由于硬幣的直徑不同，對應(yīng)的分幣槽直徑也不同，故直徑小的硬幣先分離，通過分幣軌道引入收集包裝部分.該部分有四個出幣口，根據(jù)離軌道（如圖2）的出口的遠近，離出口最近的是老式一角硬幣的出口，其次是五角硬幣，再次是老式一角硬幣，最后出來的一元硬幣.清分機使用的電源是市電220V，清分時振動盤的振動幅度可以通過控制盤上的調(diào)節(jié)旋鈕進行控制.

圖2 出幣軌道示意圖

1.3 硬幣收集模塊

經(jīng)振動盤清分出來的硬幣通過漏幣口進入放置在轉(zhuǎn)動盤上的集幣管中，每漏出一個硬幣，光電開關(guān)1就計數(shù)一次，當達到指定的數(shù)目之后，單片機接收信號，發(fā)出指令給舵機A舵機B舵機D，舵機A帶動擋板旋轉(zhuǎn)一定的角度將漏幣口擋住，防止在間隙時間硬幣漏出；舵機B接到指令后，帶動轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動盤帶動集幣管轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動盤伸出端擋住裝配在支撐板上的光電開關(guān)2時，舵機B停轉(zhuǎn)，集幣管到達封口工位，同時舵機A轉(zhuǎn)動帶動擋板移開，漏幣口繼續(xù)漏出硬幣；舵機D接到指令后驅(qū)動曲柄連桿將重錘抬起.

圖3 集幣裝置示意圖

1.4 硬幣包裝模塊

收集滿硬幣的集幣管被轉(zhuǎn)盤推送到封口工位，光電開關(guān)2的信號同時傳遞給同步帶板上的舵機C和舵機D，舵機C接收到信號后，帶動同步帶輪轉(zhuǎn)動，傳送帶的摩擦力帶動封幣塞到達封幣口上方，由于自重落入封幣口；舵機D接收到信號后停轉(zhuǎn).封幣塞漏入封幣口之后，光電開關(guān)3作用，將信號傳遞給舵機C和舵機D，使舵機C停轉(zhuǎn)，舵機D反轉(zhuǎn)，使曲柄搖桿運動[3]控制重錘落下，從而實現(xiàn)集幣管關(guān)口的封裝.舵機B由于光電開關(guān)1傳遞來的信號轉(zhuǎn)動將打包好的集幣管推至漏管口，實現(xiàn)將封裝好的集幣管收集.

圖4 集幣管管口封裝裝置示意圖

2 硬幣清分計數(shù)包裝一體機的控制系統(tǒng)設(shè)計

通過光電開關(guān)1對硬幣進行計數(shù)，到達指定數(shù)量之后，控制舵機1帶動轉(zhuǎn)動盤將收集滿的集幣管推入工位2；同時轉(zhuǎn)動盤上的擋板擋住光電開關(guān)2，從而控制舵機2帶動帶輪轉(zhuǎn)動，帶輪依靠摩擦力帶動封幣塞進入工位3；同時光電開關(guān)2的信號控制工位3準備的曲柄連桿機構(gòu)對集幣管進行封裝打包.

設(shè)計流程：該部分采用 Freescale公司的MC9S12XS128 16位單片機[4]以及與之配套使用的BDM通用下載器，結(jié)合E18-D80NK紅外光電開關(guān)，主要通過PROTELL設(shè)計模擬電路，實現(xiàn)對機構(gòu)的控制.

本控制部分主要由XS128系列單片機、驅(qū)動、響應(yīng)、輸入輸出等部分組成，通過單片機系統(tǒng)控制.按鍵電路作為外界輸入信號的接口，在分幣機通電工作之后持續(xù)工作.單片機時刻響應(yīng)來自光電開關(guān)1的計數(shù)信號，在硬幣數(shù)量達到指定的數(shù)量之后，單片機發(fā)信號給舵機驅(qū)動電路，驅(qū)動舵機1轉(zhuǎn)動一定角度，擋住漏幣口一定時間；同時帶動舵機2將收集滿硬幣的集幣管推往打包的工位.當轉(zhuǎn)盤上的擋板擋住光電開關(guān)2，單片機接收此信號之后，作出響應(yīng)使舵機2帶動帶輪轉(zhuǎn)動，依靠傳送帶的摩擦力將封封幣塞傳送到打包口；同時單片機還響應(yīng)使曲柄連桿運動，帶動重錘.

圖5 控制過程示意圖

3 硬幣清分計數(shù)包裝一體機的參數(shù)

具體參數(shù) 分析 具體參數(shù) 分析輸出電流 100mA/5V供電 外殼材料 塑料消耗電流DC/AC DC＜15m 防護等級 IP66響應(yīng)時間DC/AC DC＜2ms 電源電壓 12V指向角 3°-15° 電源類型 直流電源檢測物體 透明或不透明體工作環(huán)境溫度 -25℃～+55℃

4 結(jié)論

本文設(shè)計的裝置可實現(xiàn)混雜硬幣的分揀、計數(shù)和包裝等功能的全自動機電一體化.裝置經(jīng)過了長時間的試驗，穩(wěn)定性得到了驗證.同時，裝置采用了模塊化設(shè)計，各部分皆可取出單獨運行.主要特色是清分準確，使用可靠，具有較高的推廣應(yīng)用價值，發(fā)展前景廣闊.

〔1〕張鈺唯.硬幣自動分配器[J].科學(xué)啟蒙，2010（2）.

〔2〕錢金川，金林升.固態(tài)繼電器簡介[J].機床電器，2004（2）.

〔3〕孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版，2013.

〔4〕劉世泉.光電技術(shù)器的原理與制作[J].電子制作，2009（3）.

〔5〕張友德.單片微型機原理、應(yīng)用與實驗[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.

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1673-260X（2017）08-0056-02

2017-04-09