基于TCS230颜色识别传感器的纸币清分机

谢天海， 梁磊磊， 代献泽， 李仲洁， 王玉琳

（合肥工业大学机械工程学院，合肥 230009）

基于TCS230颜色识别传感器的纸币清分机

谢天海， 梁磊磊， 代献泽， 李仲洁， 王玉琳

（合肥工业大学机械工程学院，合肥 230009）

为了高效、便捷地解决目前银行、公交公司、超市、商场等行业在整理纸币时的问题，在查阅、分析、对比现有的纸币分类系统后，自主设计了一种基于TCS230颜色识别传感器的纸币清分机，该机器在STC89C51单片机的控制下，可以将混叠在一起的多种面额地纸币进行快速、准确的清分，具有结构简单、体积小、操作方便、容易维护等特点。

纸币；清分；TCS230；颜色识别

0 引言

目前国内金融业使用的纸币清分装置多为进口的全功能的大型机，设备昂贵、结构复杂、维护成本高。现有的国产小型纸币清分机尚不成熟，存在分拣效率低、出错率高[1]、可靠性差等问题。为此，本文对现有的纸币清分机中的机械系统及控制系统进行了改进设计，基于TCS230颜色识别传感器[2]设计了一款小型、实用的纸币清分装置。作为能够精确、自动分拣钞票的设备，该纸币清分机有着较大的市场需求。其体积小、重量轻、操作方便、清分速度快、分拣准确、维护容易，十分符合商场、超市、公交公司以及银行等的应用需求。

1 纸币清分机的工作原理

所设计的纸币清分机的工作原理如图1所示。待分拣的纸币由传送带输送，在光源的照射下，不同面额的纸币会发出不同颜色的光，经由TCS230颜色识别传感器进行识别[3]。识别信号发送至单片机（CPU）模块[4]进行处理，单片机根据不同颜色判定纸币的面额，控制步进电动机转过设定的角度，将分拣的纸币导入指定的纸币存储槽，从而达到纸币清分的目的。

2 纸币清分机的结构设计

纸币清分机的机械结构如图2所示，主要包括旋转盘6、纸币存储槽7、传送带8和步进电动机5等部分。纸币存储槽7均匀地分布在旋转盘6中，共有6个槽，可分别存放1元、5元、10元、20元、50元和100元6种面额的纸币。传送带8是将纸币从入口送至出口的输送装置，其正上方的顶板上安装有TCS230颜色识别传感器9，可识别经过的纸币。步进电动机5是动力机构，是各进纸滚轮转动和旋转盘转动的动力源，步进电动机5可按程序带动旋转盘旋转60°、120°、180°、240°、300°、360°等，分别用于存放不同面额的纸币，从而达到纸币分类[5]的目的。

2.1 纸币进纸机构设计

图1 纸币清分机的工作原理

图2 纸币清分机结构示意图

纸币进纸机构如图3所示。具体为将混叠但整齐的待分纸币置于升降平台上，通过控制系统调节使滚轮下方的升降平台每隔一段时间上升一个纸币厚度的距离，通过搓纸轮与最顶层一张纸币接触，依靠两者之间的摩擦力将第一张纸币送至分离轮和送纸轮之间。当纸币前端到达送纸轮的同时，搓纸轮迅速提升离开纸币堆，以至于不干扰送纸轮和分离轮的工作，然后依靠送纸轮的动力，将纸币输送到下个纸币处理单元。若搓入多张纸币，分离轮会将多余纸币反搓回箱体中，这是因为分离轮中装有转矩限制离合器[6]，该离合器上施加了一个恒定顺时针方向的作用力，这样可以防止搓入多张纸币。

2.2 纸币输送机构设计

如图2所示，在纸币清分机的箱体中，上板装有TCS230颜色识别传感器和STC89C51单片机控制系统[7]。纸币在传送带的带动下向前运动，在此过程中，安装在上板的颜色识别传感器对纸币进行面值大小的鉴别[8-9]，鉴别成功后将信号传至单片机控制系统，单片机控制系统处理后发出信号，控制步进电动机带动旋转盘转动，从而分离纸币。

图3 纸币进纸机构示意图

2.3 纸币下落机构设计

图4 纸币清分机硬件电路图

纸币下落机构如图2所示。控制系统上电后，旋转盘上1元纸币存储槽自动对准传送带的出口位置。若有面值20元的纸币经过传感器的下方，STC89C51单片机[10]便会收到由TCS230颜色识别传感器发来的信号，单片机控制步进电动机转动180°，旋转盘上20元的纸币存储槽就会对准传送带的出口，20元面额的纸币即会落入指定的存储槽。其余面额的纸币处理方法类似。

3 纸币清分机的硬件电路

纸币清分机的硬件电路如图4所示。CPU采用STC89C51单片机芯片[11]，晶振频率为11.0592 MHz，5 V电压供电，液晶显示屏型号为LCD1602。图4中Motor插座连接步进电动机，ULN2003D是达林顿晶体管，用于驱动步进电动机，因为CPU的输出口不能直接驱动步进电动机，提供不了足够的电流。TCS230颜色识别传感器与CPU直连[12]。当纸币经进纸机构输送到颜色识别传感器的下方时，TCS230就会感知到纸币颜色的变化，将色彩信号传送给单片机，单片机一方面将信号以RGB（红、绿、蓝）数字和十六进制的形式显示在LCD1602显示屏上，另一方面将信号传送给驱动步进电动机的ULN2003D芯片，于是步进电动机旋转设定的角度使对应的纸币存储槽对准纸币出口位置，由滚轮传送过来的纸币经传送带后便可以顺势落下，进入指定的纸币存储槽，最终达到分类[13-15]的目的。

4 结语

基于TCS230颜色识别传感器，本文设计了一种小型的纸币清分机。该机器可以将混叠在一起的不同面额的纸币进行准确的分类和存储，能够显著提高银行、公交公司、超市、商场等行业整理纸币的效率，使纸币清分工作更加简便化、智能化和自动化。该产品具有一定的实用价值，应用前景广阔。

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Paper Currency Sorter Based on TCS230 Color Recognition Sensor

XIE Tianhai,LIANG Leilei,DAI Xianze,LI Zhongjie,WANG Yulin
（School ofMechanical Engineering，Hefei UniversityofTechnology，Hefei 230009，China）

In order to solve the problems in sorting paper currencies for bank,bus company,supermarket,shopping mall and so on,a kind of banknote sorter based on TCS230 color recognition sensor is designed in the paper after consulting,analyzing and comparing the existing banknote classification systems.Under the control of STC89C51 microcontroller,the machine can quickly and accurately classify the various denomination paper currencies.The machine also has the advantages of simple structure,small size,convenient operation and easy maintenance.

paper currency;sort;TCS230;color recognition

TP 271.4

A

1002－2333（2018）01－0102－03

合肥工业大学2016年校级大学生创新创业训练计划项目（2016CXCY013）

（编辑昊 天）

谢天海（1994—），男，本科生，机械设计制造及其自动化专业；

王玉琳（1966—），男，工学博士，副教授，硕士生导师，主要从事数控技术与机电传动控制技术的研究。

王玉琳，KL32T@vip.sina.com。

2017-04-06