一种硬币自动清分装置的设计与实现

杜 娟 肖红波(武汉交通职业学院 机电工程学院 湖北 武汉：430065)

一种硬币自动清分装置的设计与实现

杜 娟 肖红波
(武汉交通职业学院 机电工程学院 湖北 武汉：430065)

分析了硬币清分的必要性，在研究目前国内较为成熟的硬币自动清分技术的基础上，设计了一种基于硬币面积大小检测和单片机信号处理的硬币自动清分装置，阐述了该装置的工作流程、主要组成部分的设计。通过实践，该装置能够准确有效清分1角、5角和1元硬币，结构简单，成本低。

硬币；清分；自动装置；硬币分类；硬币计数

硬币具有较纸币耐磨损、易回收等一些优点，在人们日常生活中使用广泛。世界各国货币发行的趋势有大面值货币电子化、小面值货币硬币化之说[1]。随着硬币的广泛使用，硬币的分拣与计数成为一个急需解决的问题，尤其是公交车公司、银行、超市、商品零售等有大量硬币来往的企业，迫切需要一种能够准确高效地进行硬币分检和计数的装置。为此，文中设计并实现了一种硬币自动清分装置，通过自动化操作，可对市面上流通的一角、五角和一元这三类硬币进行高效可靠地分拣和计数。

1 硬币特征分析

目前，国内较为成熟的硬币自动清分技术多数是根据物理技术进行清分，如根据形状尺寸、材料性质、体积密度等进行分类[2-3]。本装置设计根据物理技术进行硬币的检测和分类。在设计中对市面上流通的硬币的材质、直径、重量、厚度、边形、形状等特征进行了分析，如表1所示。

表1 硬币基本特征分析

本装置的设计考虑过通过传感器对硬币的重量、材质和大小三个物理量进行检测，利用重量特征检测时，需要传感器与硬币接触，实现装置复杂；利用材质特征检测时，5角和1元的材质都是钢芯，表面镀层材料不同，硬币在使用过程中存在表面材质磨损，对检测结果存在一定的误差。因此，硬币清分装置设计利用面积大小特征进行硬币的检测和分类。

2 装置工作流程方案设计

硬币自动清分装置由单个输送系统、检测传动系统、分拣计数系统组成，如图1所示。

图1 组成系统

将待清分的硬币倒入硬币漏斗中，漏斗底部设计为矩形开口截面，方便硬币从漏斗中逐个流出到检测传动系统的传动带上，利用传感器对硬币面积大小进行检测计算，从而识别出硬币的种类，并将识别检测信号输入到单片机中进行处理，控制分拣计数系统中的硬币接盘旋转一定角度，硬币直接落入对应的接盘中，从而完成硬币的清分。其原理图如图2所示。

图2 装置原理图

3 主要组成部分的设计

3.1 漏斗

任何的硬币分类装置都需要一个放入硬币的地方[4]。本装置中漏斗的主要作用是将混杂的硬币逐个间隔漏下落入硬币输送带传动上，逐个间隔落下是关键，故在漏斗末端的开口截面设计为矩形。为保证所有硬币都落入传动带上，截面长度和宽度根据尺寸最大的一元硬币的直径和厚度设计，并留10%余量，根据表1中数据计算得到：

截面长度L=25+25×10%≈27mm。

截面宽度D=1.85+1.85×10%≈2mm。

所以漏斗底部矩形开口的尺寸为27mm×2mm。

3.2 带传动

硬币自动清分装置中，硬币的输送由带传动实现。带传动输入轴通过轴承支撑在支架上，装置采用12V直流电机为输入轴提供动力源。硬币从左边进入传动系统，从而实现硬币输送。为了使硬币逐个间隔通过，在皮带上方设置了一个只容单个硬币通过的凹槽，该凹槽与漏斗底部矩形开口的形状和尺寸一致。同时，为了保证传送带上的硬币准确落入对应的硬币清分接盘中，设计带传动的运动速度、单片机信号处理速度以及硬币清分接盘转动速度相一致。

3.3 硬币接盘及其控制

硬币接盘位于钱币自动清分装置的下方，主要

由接盘马达、联轴器和接盘组成。接盘的结构是一个圆盘，把圆盘等分三等分区域，每个区域分别设置为1角、5角和1元收集区。接盘通过联轴器与接盘马达相连。通过单片机接收到的传感器信号进行判断，从而对接盘马达的旋转运动进行发送指令[5]。在此处，接盘马达的转动角度始终在±120°。图3描述了硬币接盘运动的控制流程。

图3 硬币接盘运动控制流程图

4 结语

本装置通过机电一体化设计，利用传感器、单片机信号处理与带传动结合对硬币进行检测判断，进行钱币的清分，且清分效率和准确性较高。装置结构简单，成本低，无需人工清点，解放劳动力，具有一定的应用价值。

[1] 周庆曙，陈劲杰，徐希羊，等.基于机器视觉的硬币清分技术[J].通信电源技术，2015，(4)：74-77.

[2] 郭星，陈亦仁，商云男，等.WBH1314型纸袋式硬币清分包装一体机的设计研发[J].包装工程，2013，(2)：63-67.

[3] 张弛，张永立，李红彦，等.图像识别技术在硬币清分计数器中的应用[J].机床与液压，2006，(5)：160-162.

[4] 李仁强.用于钱币分类的机械装置设计[J].科技创新与应用，2016，(11)：33.

[5] 杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2003.

(责任编辑：李文英)

Design and Implementation of Automatic Coins Counting System

Du Juan Xiao Hongbo

(Electro-mechanic Engineering College, Wuhan Technical College of Communications, Wuhan 430065, Hubei)

The necessity of coins counting was analyzed. This paper designed an automatic coins counting system based on the area size of coins and signal processing by single-chip microcomputer. The simple-structure and low-cost device could count 1 Jiao, 5 Jiao and 1 Yuan coins accurately and efficiently.

coins; counting; automatic system; coin sorting; coins counting

2017-02-21

2017-03-01

湖北省教育厅科技项目(编号：B2016563)；湖北省教育厅科技处青年教师下企业行动计划

杜 娟(1980～)，女，硕士，讲师.E-mail：dujuanchenyun@163.com

TH71

A

1671-3524(2017)01-0024-03