硬币清分计数包装一体机的设计

张 旭，刘庆运，秦 汉

（安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243032）

硬币清分计数包装一体机的设计

张 旭，刘庆运，秦 汉

（安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243032）

结合目前市场上硬币处理装置的功能单一，通用性差等问题，设计了硬币清分计数包装一体机.该装置是一种结合市场现行流通硬币的清分，计数并打包的一体化机械设备.其特点突出表现在工作效率和工作能力上，设备整体操作简单易行，且发生清分失误的概率低.使用PVC有机高分子材料管盛装硬币，符合当前社会的发展要求.

硬币清分；计数包装；一体化

随着市面流通货币量不断增多，特别是公交公司、金融机构等要对大量硬币进行分类，目前国内仍主要采取人工处理的方式，工作量大.经过调研，发现目前市场上的硬币处理装置[1]功能单一，实用性差，普及率低，有待改进.针对此情况，本文设计了一种结合市场现行流通硬币的清分，计数并打包的一体化机械设备.

1 硬币清分计数包装一体机的机械系统设计

1.1 整体结构的设计

本文设计的硬币清分计数包装一体机如图1所示，主要由3部分组成，硬币清分模块、硬币收集模块和硬币包装模块.3种模块采用合理的空间布置：硬币清分模块位于装置的上方，其余两部分位于下方.该装置可以实现现行多种硬币的快速分拣以及通用性极高的管式包装，并由光电计数器[4]实时反馈统计数据及当前数值.并且采用模块化设计，3部分均可独立操作，提升了适用范围.

图1 装置整体结构图

1.2 硬币清分模块

本清分机是利用振动盘完成硬币的清分，当线圈接入交流电源时，铁芯提供断续磁性吸力吸引料斗上的衔铁，料斗下降，在料斗底面的圆周上安装三个弹簧片，则产生弹簧片方向的倾斜扭转，当铁芯失去磁力后，弹簧片使磁铁料斗恢复原位.料斗中的硬币处于杂乱无章的状态，由于料斗振动时硬币腾空，当铁芯吸力消失，料斗被弹簧抬起，从而带动硬币沿料斗内的螺旋槽爬行.当硬币通过分币槽（如图2）时，由于硬币的直径不同，对应的分币槽直径也不同，故直径小的硬币先分离，通过分币轨道引入收集包装部分.该部分有四个出币口，根据离轨道（如图2）的出口的远近，离出口最近的是老式一角硬币的出口，其次是五角硬币，再次是老式一角硬币，最后出来的一元硬币.清分机使用的电源是市电220V，清分时振动盘的振动幅度可以通过控制盘上的调节旋钮进行控制.

图2 出币轨道示意图

1.3 硬币收集模块

经振动盘清分出来的硬币通过漏币口进入放置在转动盘上的集币管中，每漏出一个硬币，光电开关1就计数一次，当达到指定的数目之后，单片机接收信号，发出指令给舵机A舵机B舵机D，舵机A带动挡板旋转一定的角度将漏币口挡住，防止在间隙时间硬币漏出；舵机B接到指令后，带动转动盘转动，转动盘带动集币管转动，当转动盘伸出端挡住装配在支撑板上的光电开关2时，舵机B停转，集币管到达封口工位，同时舵机A转动带动挡板移开，漏币口继续漏出硬币；舵机D接到指令后驱动曲柄连杆将重锤抬起.

图3 集币装置示意图

1.4 硬币包装模块

收集满硬币的集币管被转盘推送到封口工位，光电开关2的信号同时传递给同步带板上的舵机C和舵机D，舵机C接收到信号后，带动同步带轮转动，传送带的摩擦力带动封币塞到达封币口上方，由于自重落入封币口；舵机D接收到信号后停转.封币塞漏入封币口之后，光电开关3作用，将信号传递给舵机C和舵机D，使舵机C停转，舵机D反转，使曲柄摇杆运动[3]控制重锤落下，从而实现集币管关口的封装.舵机B由于光电开关1传递来的信号转动将打包好的集币管推至漏管口，实现将封装好的集币管收集.

图4 集币管管口封装装置示意图

2 硬币清分计数包装一体机的控制系统设计

通过光电开关1对硬币进行计数，到达指定数量之后，控制舵机1带动转动盘将收集满的集币管推入工位2；同时转动盘上的挡板挡住光电开关2，从而控制舵机2带动带轮转动，带轮依靠摩擦力带动封币塞进入工位3；同时光电开关2的信号控制工位3准备的曲柄连杆机构对集币管进行封装打包.

设计流程：该部分采用 Freescale公司的MC9S12XS128 16位单片机[4]以及与之配套使用的BDM通用下载器，结合E18-D80NK红外光电开关，主要通过PROTELL设计模拟电路，实现对机构的控制.

本控制部分主要由XS128系列单片机、驱动、响应、输入输出等部分组成，通过单片机系统控制.按键电路作为外界输入信号的接口，在分币机通电工作之后持续工作.单片机时刻响应来自光电开关1的计数信号，在硬币数量达到指定的数量之后，单片机发信号给舵机驱动电路，驱动舵机1转动一定角度，挡住漏币口一定时间；同时带动舵机2将收集满硬币的集币管推往打包的工位.当转盘上的挡板挡住光电开关2，单片机接收此信号之后，作出响应使舵机2带动带轮转动，依靠传送带的摩擦力将封封币塞传送到打包口；同时单片机还响应使曲柄连杆运动，带动重锤.

图5 控制过程示意图

3 硬币清分计数包装一体机的参数

具体参数 分析 具体参数 分析输出电流 100mA/5V供电 外壳材料 塑料消耗电流DC/AC DC＜15m 防护等级 IP66响应时间DC/AC DC＜2ms 电源电压 12V指向角 3°-15° 电源类型 直流电源检测物体 透明或不透明体工作环境温度 -25℃～+55℃

4 结论

本文设计的装置可实现混杂硬币的分拣、计数和包装等功能的全自动机电一体化.装置经过了长时间的试验，稳定性得到了验证.同时，装置采用了模块化设计，各部分皆可取出单独运行.主要特色是清分准确，使用可靠，具有较高的推广应用价值，发展前景广阔.

〔1〕张钰唯.硬币自动分配器[J].科学启蒙，2010（2）.

〔2〕钱金川，金林升.固态继电器简介[J].机床电器，2004（2）.

〔3〕孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版，2013.

〔4〕刘世泉.光电技术器的原理与制作[J].电子制作，2009（3）.

〔5〕张友德.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2005.

TB486

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1673-260X（2017）08-0056-02

2017-04-09