新型一体化公交车投币箱的设计研究＊

李 飞，叶振环，马登秋，孔维雄，吴戍恩，申中秋

（遵义师范学院工学院，贵州 遵义 563006）

当前，国家倡导“低碳环保，绿色出行”，市民的出行方式有了一定的改变，大多改为公共交通或步行的绿色出行方式，自驾车的人有所减少。随着乘坐公交车的人迅速增加，公交公司的日收入也明显增加，但公交车上自动投币箱的功能过于简单，只能存储钱币，不能进行钱币的分离和清点，导致需要大量的工人进行钱币的分离和清点，耗时耗力，而且成本高。

为了减轻公交公司每日的工作负担，本文设计了一款新型一体化公交车投币箱，不仅可以将混合的纸币和硬币分离，还可以将不同面值的纸币和硬币分离，并进行金额统计和分类收集。该新型一体化公交车投币箱的设计对于公交公司工作效率的提高起到了极大的作用。

图1 新型一体化公交车投币箱简图

1 设计方案

新型一体化公交车投币箱可以代替目前公交车的投币箱，由钱币分离箱、柔性毛刷、纸币收集箱、硬币收集箱、硬币分离槽和固定架6部分组成，它不仅能收集钱币，还能对收集的钱币进行分离和清点。该投币箱的主要功能是：在钱币分离箱和柔性毛刷的共同作用下将混合纸币和硬币分离，并将分离后的纸币进一步按面值分离并分类收集，同时将分离的硬币进一步按一角、五角和一元的面值分离并分类收集。图1为新型一体化公交车投币箱简图。

1.1 纸币与硬币的分离

纸币与硬币的分离方法有机构振动法、鼓风法以及旋转法。通常，机构振动法和鼓风法是一起使用的，即将钱币放入开有圆孔的振动板上，通过振动，硬币在重力作用下通过孔下落到硬币收集箱内，而纸币在鼓风作用下，会随鼓风方向吹到纸币收集箱内，从而达到分离的效果。这种方法涉及机构比较多，而且装置比较复杂，分离也不彻底，因此不易使用。旋转法是分离纸币与硬币的常用方法，该方法分为两种，一种是分离箱旋转，中心轴固定；另一种是中心轴旋转，分离箱固定。分离箱旋转，钱币跟随运动，硬币在离心力作用下通过分离箱上的小孔落到硬币分离槽内，而纸币留在其内部，待硬币分离完后，从钱币入口取出纸币。分离箱在旋转时，钱币入口是关闭的，导致操作比较麻烦，结构复杂，因此也不易使用。中心轴旋转分离法只需在分离箱底端开几排小孔，中心轴上安装分离毛刷，分离毛刷跟随中心轴一起旋转，纸币被毛刷带走，而硬币通过小孔落下，从而达到分离的效果。该方法简单且分离效果好。

1.2 不同面值硬币的分离

不同面值硬币的分离是根据直径的不同进行分离的。分离槽分为盘形分离槽和方形分离槽。盘形分离槽[1]有两个分离盘，一上一下，上分离盘的卡槽将硬币逐个带出，经过下分离盘时，该结构有4个从小到大的U型硬币落孔，当硬币直径小于孔的直径时，硬币落入相应的收集箱内。该分离方法容易卡币，导致分离不彻底。

方形分离槽分为方形落币口方形分离槽和圆形落币口方形分离槽两种结构，采用方形落币口方形分离槽时，硬币需要滚着下去，不然会卡币，甚至会堵死硬币入口，导致无法分离；采用圆形落币口方形分离槽时，硬币滑入分离槽，硬币从分离槽内滑下时，控制硬币的流量，使硬币一个一个地滑下。该分离结构的优点在于机构简单，分离效果好。

1.3 硬币清点

硬币的清点方法有重量法和计数法，重量法是在各个硬币收集箱底部安装有电子秤，预先给定一个算法，称得的质量除以单枚硬币的质量，对得到的数进行取整后就是此种硬币的个数。重量法的电子秤很容易被损坏，导致称量不准确。计数法是传感器和单片机结合使用，传感器安装在落币口，当硬币落下时，传感器就会产生脉冲信号给运算累加器进行累加，得到每种硬币的总和。该清点方法原理简单，清点速度快，清点准确。

1.4 纸币清点

目前，纸币的清点大多数采用图像识别计数，虽然该方法清点比较精确，但难以应用在实体中。本文将颜色传感器和数据采集卡一起使用进行清点纸币。该方法不但原理简单，而且成本低、效率高。

2 新型一体化公交车投币箱结构设计

2.1 纸币与硬币的分离结构设计

公交车上流通的钱币大多是一元纸币和一元硬币。分离箱采用矩形投币口的目的是防止乘客在投币时把纸币折皱后再投入，导致纸币不能有效识别，因此将矩形投币口宽度取略大于一元硬币的厚度。此外，分离箱底部开有3排硬币落币口，落币口的直径为30 mm，刚好大于一元硬币的直径，方便硬币下落。工作时，分离箱和柔性毛刷[2]一起作用，其中，分离箱是固定的，柔性毛刷低速旋转。图2为分离箱结构简图。

图2 分离箱结构简图

柔性毛刷的毛长略大于分离箱的半径，纸币投入分离箱后，柔性毛刷则低速旋转，带动纸币一起旋转。当旋转到纸币挡板处时，柔性毛刷被纸币挡板折弯，同时纸币被纸币挡板挡住，与柔性毛刷分离落到传送带上，待下一步分离。而硬币体积较小且硬度较高，可以滤过柔性毛刷，在自重的作用下，通过硬币落币口掉落，从而达到纸币与硬币的分离。图3为柔性毛刷示意图。

图3 柔性毛刷示意图

2.2 圆形落币口方形分离槽的结构设计

圆形落币口分离槽在装配的过程中与地面呈一定的夹角，方便硬币在分离槽内在自重的作用下下滑，分离槽的宽度逐渐减小，最窄处略大于一元硬币的直径，高度也逐渐减小，最矮处只有2 mm，刚好可以通过一个硬币。在分离槽内，由上往下依次开有一角落币口、五角落币口和一元落币口。在硬币滑下时，硬币会落入相应的硬币收集箱内，达到分离和清点硬币的效果。图4为圆形落币口方形分离槽简图。

图4 圆形落币口方形分离槽简图

2.3 硬币清点系统设计

硬币一个一个独立且不连续地落入相应的硬币收集箱中。在收集箱顶端安装红外线传感器，红外线传感器通过发射和接收红外线来计数，当硬币落下时，就会遮挡红外线的传播，让接收器无法接收红外线，与此同时会产生一个脉冲信号，使运算累加器进行计数。相应的收集箱的光电计数器得到的脉冲个数乘以对应硬币的面值，进行累加得到总值。

2.4 纸币清点系统设计

纸币落在传送带上，通过传送带的吸附将纸币吸附在传送带上，并随传送带一起运动，分别经过颜色传感器①和②。两个传感器收集到纸币的三原色，经滤波器处理，得到两个传感器收集到三原色的各自的频率。对比两个颜色传感器分别收集到的频率，如果获得频率相同，在一定误差范围内，判断出纸币的面值并记录且进行累加。如果判断是一元，控制器会控制电机②和电机③逆时针旋转，电机⑤和电机④顺时针旋转，而其他电机是静止的。纸币通过一元纸币落币口落入一元纸币收集箱内。如果判断是五元，控制器会控制电机②、电机③、电机⑤和电机⑥逆时针旋转，而其他电机是静止的。纸币通过五元纸币落币口，落入五元纸币收集箱内。如果获得频率不同，且超过了误差范围，电机②带动电机①顺时针旋转，而其他电机静止。纸币通过未识别纸币口，落入相应的未识别纸币收集箱内，然后通过人工进行分类和清点。图5为纸币清点机构。

图5 纸币清点机构

3 结束语

目前，公交车上的投币箱功能过于简单，只能收集钱币，无法分离钱币，导致公交公司每天都需花费大量的人力和物力去分离和清点钱币。本文设计的新型一体化公交车投币箱，可以将混合的纸币和硬币分离，不同面值的纸币、硬币分离，同时进行金额统计和分类收集，可以消除公交公司每日的烦恼。新型一体化公交车投币箱结构简单，成本低。将该装置用于公交车上，乘客投币完成后就可以直接分离。这样一来，公交公司就不用每天为分离和清点钱币而加班工作。

［1］张雨萍.应用于公交车的钱币清分投币机［J］.科技与创新，2016（15）：81.

［2］熊玉仲，汤瑞清，杨刚，等.公交车投币箱钱币的分类与整理［J］.机械工程师，2016（12）：115-117.

［3］雷永刚，韦沛东，侯文龙，等.一种简洁硬币分拣机的设计与实现［J］.河南科技，2016（07）：61-62.

［4］王娟，胡文军，王培良.基于虚拟仪器的纸币识别与计数实验系统研究［J］.湖州师范学院学报，2016，38（10）：33-37.