一種專用紙幣清點(diǎn)整理裝置的設(shè)計(jì)

張玲，張洪濤，張瑯，楊浩浩，汪建偉

（1.蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅蘭州730050；2.中國人民解放軍94106部隊(duì)64分隊(duì)，陜西西安710614）

一種專用紙幣清點(diǎn)整理裝置的設(shè)計(jì)

張玲1，張洪濤2，張瑯1，楊浩浩1，汪建偉1

（1.蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅蘭州730050；2.中國人民解放軍94106部隊(duì)64分隊(duì)，陜西西安710614）

為解決目前公交車等領(lǐng)域常用的投幣系統(tǒng)無法對(duì)不同面額的紙幣進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)及收集等問題，研制了智能化紙幣收集整理裝置，包括紙幣的分離收集裝置和計(jì)數(shù)扎把裝置兩部分。其中，通過采用碾輪傳動(dòng)裝置及光電感應(yīng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)紙幣的自動(dòng)的分離、展平、傳送和計(jì)數(shù)；采用轉(zhuǎn)動(dòng)撥叉、橡皮筋、收集盒等零件組成的扎把裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)紙幣的捆扎功能。該裝置調(diào)試簡單，性能穩(wěn)定，既方便了人們的出行和消費(fèi)，又節(jié)省了人力及相應(yīng)的開支。

紙幣；分離；收集；計(jì)數(shù)；捆扎

目前公交車和自動(dòng)零售機(jī)所采用的大多為簡易式投幣機(jī)，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)貨幣的單一收集，沒有對(duì)投入的紙幣進(jìn)行分類清點(diǎn)功能，一方面，貨幣種類雜亂，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)耗力。以蘭州公交為例，40%以上的乘客刷卡，大約1萬輛公交車，每臺(tái)投幣機(jī)每天收款500 ~1000元人民幣不等。蘭州西部歡樂園節(jié)假日期間，每天的人流量大是1萬人次，每天收款10 000~15 000元不等。大量的貨幣的現(xiàn)金交易，使公交公司對(duì)于錢幣的人工化分類、整理、清點(diǎn)的財(cái)力投入甚大，且效率低下，降低公司收入營業(yè)額。因此，貨幣的分離以及統(tǒng)計(jì)成為一個(gè)亟待解決的社會(huì)難題。而現(xiàn)有的貨幣分類機(jī)，則因體積大、工作電壓不在安全范圍、成本高等因素[1]不適用于公交、自動(dòng)售貨系統(tǒng)。針對(duì)該類領(lǐng)域?qū)ω泿胚M(jìn)行清點(diǎn)、收集的需要，為此研制了一種基于單片機(jī)控制[2-4]的專用的智能化的紙幣清點(diǎn)整理裝置。

1　結(jié)構(gòu)與組成

為完成不同面額紙幣（一元、五角）能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離、計(jì)數(shù)、收集及后期的捆扎等功能，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)[5-9]等理論知識(shí)，研制了一種自動(dòng)對(duì)紙幣進(jìn)行收集、整平、清點(diǎn)、捆扎為一體的紙幣收集裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　紙幣清點(diǎn)整理裝置結(jié)構(gòu)原理圖

由圖1可以看出，該裝置中的收集箱體上開設(shè)了一元和五角兩種投幣口，投幣口處的收集箱體內(nèi)均對(duì)應(yīng)設(shè)有錢幣收集系統(tǒng)；通過第一碾輪3和第二碾輪18的嚙合傳動(dòng)來夾取錢幣，第一碾輪和第二碾輪分別由第一主動(dòng)輪28和第一從動(dòng)輪19通過皮帶驅(qū)動(dòng)。此外，還包括紙幣平整裝置，其中，第一主動(dòng)輪28、第一張緊輪21、第一中間輪22形成第一帶輪組件；第一從動(dòng)輪19、第二張緊輪20、第二中間輪23形成第二帶輪組件；第一帶輪組件與第二帶輪組件的皮帶同時(shí)繞過第一張緊輪21，實(shí)現(xiàn)了平整紙幣的配合傳動(dòng)。

第一碾輪軸5和第二碾輪軸29、主動(dòng)輪軸6、從動(dòng)輪軸、第一張緊輪軸8、第二張緊輪軸、第一中間輪軸9以及第二中間輪軸均安裝在收集箱體內(nèi)的支板4上；在主動(dòng)輪軸和張緊輪軸8之間的左右支板上各安裝一個(gè)光電傳感器，對(duì)經(jīng)過的紙幣進(jìn)行計(jì)數(shù)。錢幣收集盒15安裝在紙幣平整裝置的出口處，通過支架27安裝了輔助壓板12，通過拉簧24壓緊紙幣。

在錢幣收集盒15上設(shè)計(jì)了錢幣捆扎裝置，即在收集盒上方裝有捆扎轉(zhuǎn)動(dòng)軸16，該軸上安裝了轉(zhuǎn)動(dòng)拔叉11，在收集盒底部裝有固定鉤25，橡皮筋26的一端設(shè)置在固定鉤25上，另一端卡設(shè)在錢幣收集盒15上的凹槽內(nèi)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)拔叉11進(jìn)行順時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)，從而將橡皮筋26從凹槽內(nèi)拔出，使其滑至整捆的錢幣上進(jìn)行捆扎，同時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)固定鉤25逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使橡皮筋26脫離錢幣收集盒，在收集盒尾部裝有擋板13，在單片機(jī)控制下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將錢幣排出錢幣收集盒15.

2　工作原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

該裝置通過采用一系列碾輪傳動(dòng)裝置，完成紙幣的傳送和平整動(dòng)作；利用收集盒、轉(zhuǎn)動(dòng)撥叉、橡皮筋、收集盒底部的固定鉤以及上方的凹槽，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)對(duì)紙幣的捆扎功能。實(shí)物如圖2所示（該裝置為圖片左邊部分）。

圖2　裝置實(shí)物

在裝置運(yùn)行過程中，將紙幣放入第一碾輪和第二碾輪之間，主動(dòng)輪軸通過主軸聯(lián)軸器與主動(dòng)電機(jī)相連，第一主動(dòng)輪一邊通過帶傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過傳送帶傳遞給第一碾輪，另一邊與第一從動(dòng)輪外嚙合，使從動(dòng)輪與之轉(zhuǎn)向相反。第一從動(dòng)輪通過傳送帶帶動(dòng)第二碾輪與之一起傳動(dòng)，一對(duì)碾輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同面額紙幣的逐張分離和展平。中間輪及張緊輪對(duì)傳輸皮帶起到張緊作用，依靠摩擦力使皮帶將紙幣帶出。通過安裝在第一主動(dòng)軸和張緊輪軸之間的左右支板上的計(jì)數(shù)傳感器，完成對(duì)紙幣的計(jì)數(shù)。

紙幣通過自重進(jìn)入收集盒之后，每個(gè)收集盒上安裝的輔助壓板會(huì)將紙幣輕輕壓住，防止紙幣從收集盒掉落，輔助壓板的壓力可通過更換輔助拉簧來控制。預(yù)先將配套的橡皮筋套在收集盒與收集盒底部的橡皮筋固定鉤上。在實(shí)際收集工作中，當(dāng)?shù)谝话購埣垘胚M(jìn)入收集盒時(shí)，傳送裝置停止工作，收集裝置進(jìn)行扎把工作，此時(shí)由單片機(jī)控制的控制電機(jī)帶動(dòng)撥叉順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉在轉(zhuǎn)動(dòng)過程將拉緊在槽中的橡皮筋挑起，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到180°之后，橡皮筋的挑起端自動(dòng)脫落，橡皮筋自動(dòng)拉緊，紙幣下部橡皮筋固定鉤在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，橡皮筋會(huì)從固定鉤脫落，自動(dòng)拉緊紙幣，這樣橡皮筋上下先后配合工作，拉緊紙幣，完成對(duì)一百張的紙幣進(jìn)行捆扎。

扎把工作完成后，由單片機(jī)控制的收集盒尾部擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，擋板順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，將收集盒中已扎把的紙幣掉落，而后擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°后停止工作。

控制系統(tǒng)是整個(gè)裝置的核心，根據(jù)投幣機(jī)的所需完成的功能，其提供了串行接口[1]，控制芯片通過串口通信獲取投幣機(jī)檢驗(yàn)紙幣的信息，根據(jù)相應(yīng)指令來控制元件。本裝置運(yùn)用串行接口與單片機(jī)計(jì)數(shù)來控制紙幣的分離與收集，流程如圖3所示。

圖3　數(shù)控流程

3　結(jié)論

（1）該裝置能夠按步驟自動(dòng)完成不同面額紙幣的整平、傳送、計(jì)數(shù)、收集和捆扎功能；

（2）采用單片機(jī)開發(fā)板和光電感應(yīng)等元件實(shí)現(xiàn)了省力高效率的控制；

（3）該裝置性能穩(wěn)定，維護(hù)簡便，成本低，但還未能解決自動(dòng)分離不同面額紙幣的功能，這也將成為接下來要研究的課題。

[1]石憲，李曉丹，安寶明，等.一種新型公交投幣箱設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2015，（11）：193-194.

[2]晏密英.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)精講[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]沈孝芹，于復(fù)生，張蔚波，等.基于單片機(jī)的公交車智能投幣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，20（5）:153.

[4]賈伯年.傳感器技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2000.

[5]唐林虎.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013：74-184.

[6]陳秀寧，施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2009：9-112.

[7]姜琪.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1993.

[8]毛平淮.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[9]趙明巖.大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽指導(dǎo)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社，2008.

Abtstract:In order to solve the problem of common coin system cannot automatic counting on different denominations of notes such as the public transport system，and the collecting intelligent paper money collecting device was developed，which including the separation of the bill collecting device and count the device.By adopting grinding wheel transmission device and photoelectric device for automatic separation of paper money，flattening，transmitted and count；by turning fork，rubber band，collecting box for strapping notes.The device has the advantages of simple debugging，stable performance，that is convenient for people’s travel and consumption，and save the manpower and the corresponding expenses.

The Design of a Special Note Counting Sorting Device

ZHANG Ling，ZHANG Hong-tao，ZHANG Lang，YANG Hao-hao，WANG Jian-wei
（1.Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou Gansu 730050，China；2.64 Troops of T2he People’s Liberation Army of China 94106，Xi’an Shaanxi 710614，China）

paper money；separation；collect；count；strapping

TH693

A

1672-545X（2016）10-0232-03

2016-07-02

甘肅省教育廳基金資助項(xiàng)目（2015A-164）；蘭州工業(yè)學(xué)院青年科技創(chuàng)新項(xiàng)目（15k-003）

張玲（1980-），女，甘肅酒泉人，工學(xué)碩士，講師，主要從事機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)，材料斷裂力學(xué)及機(jī)理方面的教學(xué)與科研工作。