硬币分离及清点装置的设计及研究

赵海贤+禹顺如

摘 要：硬币以其耐磨损、易回收的优势代替小面额纸币流通，给人们带来便利的同时也带来一些问题，银行等一些特殊部门要对大量硬币要进行高效的处理[1]，为节省分离和计数过程所需的人力、物力和时间，根据硬币直径不同，设计了包含基于离心作用的分离装置以及基于红外传感技术的清点装置的硬币清分机，最终实现了硬币的智能分离及清点功能。

关键词：硬币；分离；计数

硬币应用广泛，硬币清分工作耗时耗力，仍然是人员密集型工作，虽然硬币清分技术已经成型，但是核心技术掌握在欧美等发达国家，国内现有的机器售价高，效率低，技术不成熟[2]。特设计硬币分离及清点装置，轻巧便携、分离和清点效率高、读取数据方便和可充电等优点，有效地减小了硬币分离和清点工作所需的人力和物力，极大地提高了工作效率，不仅为用户提供了方便，还促进了国内相关技术的发展。

1 原理方法

硬币清分机的工作原理图如图1所示，将硬币倒入中心转盘后，硬币在转盘的高速旋转下因离心作用被甩进外缘转盘的V型卡槽中，外缘转盘带着硬币旋转依次经过托盘上宽度逐渐增大的三个椭圆形孔，硬币根据直径的不同从相应的孔中落下，在三个孔的下面分别对应有三个光电门，用于记录硬币的数量，并经过单片机处理系统显示在屏幕上[3]，硬币最终落入抽屉中。

2 硬件设计

2.1 硬幣分离及收集装置

硬币分离装置如图2所示，该部分由中心转盘和外缘转盘组成，外缘转盘上均匀分布有8个V型槽，在外缘转盘下方的托盘上有三个大小不同的椭圆型的长孔，长孔下面对应着三个小抽屉。机器工作时，投放的硬币会落在中心转盘上，随着中心转盘的高速旋转，杂乱的硬币都会被放平并做离心运动。通过离心作用硬币会被甩进外缘转盘，在外缘转盘的带动下不同直径的硬币会从下方对应的椭圆长孔依次落下，并被收集。

2.2 动力部分

动力部分如图3所示，该装置的动力主要由两个电机提供，并且为了节约空间，给中心转盘和外缘转盘提供动力的两个电机采用同心轴装配的方法进行装配，为了保证工作的灵活性用万向节连接电机与主轴，两个电机均由升压板调节转速。

2.3 清点（计数）显示部分

清点（计数）显示部分如图4，由三个光电门计数器、单片机和显示屏组成，三个计数器对应安置在椭圆长孔下方，每落下一个硬币，因为遮光就计一次数，并在单片机的屏幕上将每种硬币的数量和收集的硬币金额总数显示出来。

2.4 电路部分

本装置电路图如图5所示，为了节省空间和节约成本，各种电元件均用同一电源供电，部分元件用升压板调节电压，电源由12V锂电池组成，可充电，超长时间待机。为了使用方便，整个装置只有三个开关按钮控制，即总电源按钮S总、启动按钮S、复位按钮。

3 软件设计

光电门由两部分组成，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与集成电路板连接。当硬币通过光电门时光被挡住，就计一次数。光电门是由一个小的聚光灯泡和一个光敏管组成的，聚光灯泡对准光敏管，光敏管前面有一个小孔可以接收光的照射[4]。

工作原理是光照度改变使光敏电阻阻值的改变，而引起光敏电阻两端电压的改变。电压变化信号通过传感器传到计数器上计数计时，光电门一端有个线性光源，另一端有个光敏电阻，门中无物体阻挡时光照射到光敏电阻上，有光照时光敏电阻阻值减小，光敏电阻两端为低电压，当门中有物体阻挡时，光敏电阻受到光照强度减小，电阻增大，光敏电阻两端为高电压。当光电门计数时，传感器将高低变化的信号传到计数器上，计数器进行计数，电压升高再恢复原值计数器计数一次[5]。

4 实验数据

测试数据及分析（见表1）。

5 测试方法

5.1 动力系统测试

打开总电源按钮S总和启动按钮S，查看三个电机转动情况，若均正常旋转且没有异常噪音，则说明动力系统正常。

5.2 硬币传送测试

首先打开总开关S总将硬币多次倒在中心转盘上，打开电机开关S，随着中心转盘和小滚轮的转动硬币被甩进外缘转盘，若其中没有发生卡币等故障，则说明传送成功，否则失败。

5.3 硬币分离测试

人工多次查看各个抽屉内硬币状况，若全部正确分离，则说明分离成功，否则失败。

5.4 硬币计数测试

人工多次清点各个抽屉内硬币数量，并计算总金额，再查看显示屏，若两种结果一样，则计数正确，否则失败。

6 结束语

本作品提出了利用重力和离心作用的原理根据硬币直径的不同，用双层转盘对硬币进行分离，极大地提高了硬币清分机的分离效率。另外，用红外传感器对硬币进行计数，各种硬币的数目和总金额一目了然，它还具有轻便、易携和超长时间待机等特点，极大地改良了当代硬币清分机，可广泛应用于银行、超市及文印室等场所。

参考文献

[1]肖英丽.YB50全自动硬币计数包卷机的研制[J].包装工程，2003，24（3）：28-29.

[2]张东霞，肖丽英，等.YB50型硬币包卷机的单片机控制系统[J].微型机与应用，2003.

[3]刘洋，杨浩.单片机在硬币辨识及智能投币箱系统中的应用[J].交通与计算机，2003，21.

[4]黄继昌，徐巧鱼.传感器工作原理及应用实例[M].人民邮电出版社.

[5]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2012.

作者简介：赵海贤（1979-），女，河北省张家口人，承德石油高等专科学校机械工程系讲师，硕士研究生，主要从事机械设计制造的教学工作及机械创新设计研究。