硬币分离兑换设计

山东科技大学机械电子工程学院 刘倩倩 赵一鸣 申展瑜 李 敏



硬币分离兑换设计

山东科技大学机械电子工程学院 刘倩倩 赵一鸣 申展瑜 李 敏

【摘要】硬币分离兑换机能够实现的功能包括硬币的分类、清点和纸币向硬币的兑换，且该机器有语音功能对于假币会报警。其中主要介绍了其原理和机械结构，包括工作流程，分离装置，计数装置及储存装置.该装置具有设计简单，操作方便，使用可靠，维护简便，价格低廉，环保高效的优点，具有广阔的应用前景。

【关键词】硬币；分离；兑换

1　引言

随着贸易迅速发展，钱币的流通是必不可少的，硬币是使用寿命最长，且流通最广泛的钱币，在人类日常生活中也是使用最频繁的，在中国硬币的分类有一元，五角，一角，现在很多场合对于硬币的整理还没有较为有效的方法，很多时候，很多地方对于硬币的清点与整理还处于原始的人工服务阶段，这样会费时费力，严重影响效率。在中国当今社会，硬币和纸币保持着同时流通的混合模式。小面额货币硬币化是完善中国货币流通体制，与国际流通体系接轨的客观需要。硬币较纸币具有许多优点，包括硬币流通寿命远远高于纸钞。1枚现代技术条件制造的标准机制硬币，流通次数可达3万次，流通时间平均30年，而1枚纸币平均流通300次，仅是硬币寿命的1/100［1］。所以硬币的使用将会大幅增加，人民的社会生活需要有良好的分类和整理硬币的方法。现在正趋于将小面额货币硬币化，所以硬币的流通与使用将会更加的广泛，且更有利于自助设备的普及，方便群众生活。硬币的广泛使用有利于自动售货机、停车场自动收费机、地铁和公交自动售票机的推广应用。同时，有利于净化现金流通环境，减少病菌的传播。许多疾病是通过纸钞为媒介传播的，硬币的情况就比纸币好得多。硬币可通过多种措施进行清理，然后重新投入市场。银行近年来加大了对硬币投放量，并逐年减少小面额纸币的投放量，其目的就是为了使硬币充分发挥辅币的功能，并从长远上来节约国家的造币开支。但目前，很多居民由于硬币的携带不便性常常将大量硬币存储在家中，同时社会上超市、零售店、小商贩等对硬币有着大量需求却得不到充足供应，如何改变这一局面是人们一直思考的问题。

2　硬币分离与兑换工作原理和设计流程

硬币分离兑换机的整体结构示意图，如图1所示。结构采用旋转拨片式。如若硬币较多可采用鼓风机将硬币进行更好的分离与筛选，由于处理的硬币体积与数量较少于是本系统采用小S型拨片通过其物理结构上的优势对硬币进行筛选。将三种类型硬币倒入机器后三种硬币将根据其直径的差异会有一元，五角两个层次的筛选，通过重力的作用硬币将依次通过一元硬币的筛选盘和五角硬币的筛选盘，最终在最底部将只剩下一角硬币。然后通过电机带动的联轴器上的S型形状拨片的旋转将残余的硬币混合进行最后的彻底筛选，筛选完成后再利用拨片的弧度进行反向转动，将硬币通过旋转壁上的缺口转出去，并将筛选出去的硬币通过三个不同的轨道进行硬币的分类、整理与计数，计数方面采用计数器进行计数，将通过滑轨的硬币进行依次的计数，如若硬币较多则采用压力传感器进行计数与统计；硬币兑换机采用全自动式，用户将纸币送进入口，传感器将对纸币进行识别、验钞等一系列工作。将钞票放入送钞口，通过传送系统将纸币送入仓库，通过传感器将信息发送到芯片，芯片则发出信号进而驱动电机［1］，通过电磁铁的吸附作用，吸附相应数值的硬币并通过滑轨将硬币送入出口，此时将电磁铁断电，硬币将出落相应数量的一元硬币。

图1　硬币分离兑换机的整体结构示意图

图2　硬币分离模块示意图

3　结构设计

3.1硬币分离模块设计（见图2）

硬币分离部分采用逐级筛选的方式进行，包含了拨片，滑轨，亚克力板，联轴器，电动机，轮滑车，抽屉等主要器件，能有效的起到硬币筛选和分离的功能效率高且不会出现分离错误的现象，通过拨片的正向运行将硬币搅匀并加快分离，如若硬币分离结束则将拨片进行反向运转将硬币通过PVC软玻璃上的长度与厚度分别大于三种硬币的直径与厚度的孔经导轨利用重力作用运输至存储硬币的盒子中，导轨上安装有计数传感器对筛选出的硬币进行计数，汇总。

3.2硬币兑换模块设计

图3所示为硬币兑换模块，利用电磁铁上电具有吸附性且其吸附能力根据电的强弱及电磁铁数量的不同有差异可以用来吸附不同数量的硬币，再利用步进电机步距的可调性可将硬币运送至指定位置。

图3　硬币兑换模块示意图

4　系统选材

产品外观选用的材料是PVC软玻璃。

软玻璃又名PVC 软质水晶板，是一种优质的塑胶复合材料，表面光滑、亮丽透明、无裂缝、无气泡、色泽均匀、具有耐热+ 160度、耐寒-30度、耐强酸、碱、耐重压、抗静电、抗冲击、抗 拉力、抗老化、透光性好、使用寿命长等特点。

选用的优点如下：（1）表面光滑，无裂缝、无气泡、色泽均匀，具有耐热、耐寒、抗老化、耐重压、耐强酸碱、透光性好.使用寿命长。在一定程度上可替代玻璃使用，其优异性却是玻璃不可比拟的。尤其是软玻璃的抗冲击、抗拉的特点，不仅保证了其使用寿命长，更重要的是不对人体造成伤害；（2）抗光照，不变形，不发碎，不发硬，高弹性；（3）质地柔软，易于做标记；（4）抗静电。电绝缘性能优良，化学性能惰性，无毒无味，对人体无不良反应，并具有抗辐射性能，能有效防止静电的产生和消散静电。其具有的高韧性和高弹性，能有效起到减震作用，防止精密产品的碰、拉伤，有效保护新产品外表不受损伤。

产品所用筛选材料是亚克力板，其优点是：（1）寿命长，与其它材料制品相比，寿命长三年以上；（2）透光性佳，可达92%以上，所需的灯光强度较小，节省电能；（3）抗冲击力强，是普通玻璃的十六倍，适合安装在特别需要安全的地带；（4）绝缘性能优良，适合各种电器设备；（5）自重轻，比普通玻璃轻一半，建筑物及支架承受的负荷小；（6）色彩艳丽、高亮度，是其他材料不能媲美的；（7）可塑性强，造型变化大，加工成型容易；（8）可回收率高，为日渐加强的环保意识所认同；（9）维护方便，易清洁，雨水可自然清洁，或用肥皂和软布擦洗即可。

5　系统硬件电路设计

总体设计：

系统以单片机为核心，外围电路包括电源电路、显示电路、信号采集电路、传动电路、报警电路等。

计数部分：单片机通过传感器得到输入信号，经过技术处理通过1602液晶显示屏进行数据显示。

兑换部分：当入钞口有纸币放置时单片机开始进行信号采集和数据处理，经逻辑运算判断出纸币的面值。一旦判定为五元纸币，纸币经电机带动的卷纸轮送达指定区域。

降压模块：降压模块采用7805芯片，7805额定输出电流为1A，但是要想达到这个电流，7805必须加散热片的，不加会发热［2］。

6　结语

通过文章的分析可以看出，硬币分离兑换机具有广阔的应用前景和应用价值，可以方便的推广至很多行业，使用简单，维护方便且性价比较高。

参考文献

［1］金发庆.传感器技术与应用（第3版）［M］.机械工业出版社，2012. ［2］李朝青，刘艳玲.单片机原理及应用［M］.北京航空航天大学出版社，2013.