硬幣分離及清點裝置的設計及研究

趙海賢+禹順如

摘 要：硬幣以其耐磨損、易回收的優勢代替小面額紙幣流通，給人們帶來便利的同時也帶來一些問題，銀行等一些特殊部門要對大量硬幣要進行高效的處理[1]，為節省分離和計數過程所需的人力、物力和時間，根據硬幣直徑不同，設計了包含基于離心作用的分離裝置以及基于紅外傳感技術的清點裝置的硬幣清分機，最終實現了硬幣的智能分離及清點功能。

關鍵詞：硬幣；分離；計數

硬幣應用廣泛，硬幣清分工作耗時耗力，仍然是人員密集型工作，雖然硬幣清分技術已經成型，但是核心技術掌握在歐美等發達國家，國內現有的機器售價高，效率低，技術不成熟[2]。特設計硬幣分離及清點裝置，輕巧便攜、分離和清點效率高、讀取數據方便和可充電等優點，有效地減小了硬幣分離和清點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，還促進了國內相關技術的發展。

1 原理方法

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

2 硬件設計

2.1 硬幣分離及收集裝置

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

2.2 動力部分

動力部分如圖3所示，該裝置的動力主要由兩個電機提供，并且為了節約空間，給中心轉盤和外緣轉盤提供動力的兩個電機采用同心軸裝配的方法進行裝配，為了保證工作的靈活性用萬向節連接電機與主軸，兩個電機均由升壓板調節轉速。

2.3 清點（計數）顯示部分

清點（計數）顯示部分如圖4，由三個光電門計數器、單片機和顯示屏組成，三個計數器對應安置在橢圓長孔下方，每落下一個硬幣，因為遮光就計一次數，并在單片機的屏幕上將每種硬幣的數量和收集的硬幣金額總數顯示出來。

2.4 電路部分

本裝置電路圖如圖5所示，為了節省空間和節約成本，各種電元件均用同一電源供電，部分元件用升壓板調節電壓，電源由12V鋰電池組成，可充電，超長時間待機。為了使用方便，整個裝置只有三個開關按鈕控制，即總電源按鈕S總、啟動按鈕S、復位按鈕。

3 軟件設計

光電門由兩部分組成，一邊安裝發光裝置，一邊安裝接收裝置并與集成電路板連接。當硬幣通過光電門時光被擋住，就計一次數。光電門是由一個小的聚光燈泡和一個光敏管組成的，聚光燈泡對準光敏管，光敏管前面有一個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。電壓變化信號通過傳感器傳到計數器上計數計時，光電門一端有個線性光源，另一端有個光敏電阻，門中無物體阻擋時光照射到光敏電阻上，有光照時光敏電阻阻值減小，光敏電阻兩端為低電壓，當門中有物體阻擋時，光敏電阻受到光照強度減小，電阻增大，光敏電阻兩端為高電壓。當光電門計數時，傳感器將高低變化的信號傳到計數器上，計數器進行計數，電壓升高再恢復原值計數器計數一次[5]。

4 實驗數據

測試數據及分析（見表1）。

5 測試方法

5.1 動力系統測試

打開總電源按鈕S總和啟動按鈕S，查看三個電機轉動情況，若均正常旋轉且沒有異常噪音，則說明動力系統正常。

5.2 硬幣傳送測試

首先打開總開關S總將硬幣多次倒在中心轉盤上，打開電機開關S，隨著中心轉盤和小滾輪的轉動硬幣被甩進外緣轉盤，若其中沒有發生卡幣等故障，則說明傳送成功，否則失敗。

5.3 硬幣分離測試

人工多次查看各個抽屜內硬幣狀況，若全部正確分離，則說明分離成功，否則失敗。

5.4 硬幣計數測試

人工多次清點各個抽屜內硬幣數量，并計算總金額，再查看顯示屏，若兩種結果一樣，則計數正確，否則失敗。

6 結束語

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

參考文獻

[1]肖英麗.YB50全自動硬幣計數包卷機的研制[J].包裝工程，2003，24（3）：28-29.

[2]張東霞，肖麗英，等.YB50型硬幣包卷機的單片機控制系統[J].微型機與應用，2003.

[3]劉洋，楊浩.單片機在硬幣辨識及智能投幣箱系統中的應用[J].交通與計算機，2003，21.

[4]黃繼昌，徐巧魚.傳感器工作原理及應用實例[M].人民郵電出版社.

[5]張毅剛.單片機原理及應用[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?？茖W校機械工程系講師，碩士研究生，主要從事機械設計制造的教學工作及機械創新設計研究。