硬币自动分类计数装置的设计

硬币自动分类计数装置的设计
杨云;马利云;苗新敏;常凤金
【摘要】为了解决硬币清点分离的难题,设计了一种结构简单、成本低的硬币自动分类、计数和整理装置.其工作原理是根据硬币直径不同,利用离心力和筛选轨道来进行硬币分类,主要由分离区、筛选区和计数整理区构成.该装置在投币口设置拨币盘,控制进入分离区硬币的数量;转盘内部采用弧形挡块限制通道高度,避免硬币卡死情况.经对样机进行多次试验,证明其准确度高,稳定性好,在小超市、公交公司等场所有较好的应用前景.
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2016(000)010
【总页数】2页(P40-41)
【关键词】硬币;分类;计数;整理
【作者】杨云;马利云;苗新敏;常凤金
【作者单位】吕梁学院,吕梁 033001;吕梁学院,吕梁 033001;吕梁学院,吕梁033001;吕梁学院,吕梁 033001
【正文语种】中文
硬币作为最常用的货币之一，广泛应用于交通、娱乐和各种自动售货系统中。

我国第五套人民币包括1角硬币、5角硬币以及1元硬币，流通量很大。

目前，市面上存在较多的是为银行研制的硬币清分系统，准确度高，但是价格昂贵[1]；市面上存在较少的是针对小型超市、公交公司和家庭等场所的硬币分拣装置，但整体功
能较少、成本较高，且无法保证硬币分选的准确度[2]。

所以，目前这些场所仍采
用人工处理的方式。

然而，人工方式费时耗力，市场急需一种价格低廉、使用可靠的集硬币筛选、计数和整理为一体的自动装置。

对三种不同币值的硬币进行比较，发现其直径不同。

其中，1角硬币直径19mm，5角硬币直径20.5mm，1元硬币直径25.9mm。

考虑到可实现性和制作成本，本文选取硬币直径作为分选标准。

装置被设计为三部分：分离区、筛选区和计数整理区。

具体的工作流程如下：将硬币放入分离区，将硬币逐个分离后进入筛选轨道的第一部分。

首先筛选出直径最小的1角硬币，同时对进入计数整理区第一部分的硬币第一次记数a；其余硬币通过筛选轨道的第二部分时，实现第二次筛选，分出5角硬币，同时对进入计数整理
区第二部分的5角硬币进行计数b；剩下的硬币在筛选轨道的末端落入计数整理区第三部分，进行计数c。

经过3次筛选后，1角硬币的个数为a，5角硬币的个数
为b，1元硬币的个数为c，则投入硬币的总面值是c+0.5×b+0.1×a。

进入筛选
区的硬币最终落入到相应的计数整理区中的半圆柱形收集装置，实现对硬币的整理。

根据工作原理和工作流程，本文对装置的总体结构进行设计，如图1所示。

装置
在分离区首先利用离心力将硬币逐个抛至筛选区的分离轨道上分选，硬币分选后在掉落至计数整理区，在硬币掉落过程中利用光纤传感器进行计数，最后利用半圆柱形整理装置进行硬币收集整理。

2.1 分离区
分离区主要包括投币口、分离筒、传动轴、带轮和电机。

如图2所示，分离筒主
要构成为三部分：连接为一体且固定于机架上的顶盖、漏币盘、空心圆筒、圆弧挡块；随电机旋转的拨币盘；随传动轴旋转的分离盘。

为了防止硬币在出币口卡住，且避免因多个硬币叠加通过计数整理区而引起的计数不准确，在顶盖下方的空心圆筒内设置拨币盘，以及在分离盘的上方的空心圆筒内设置弧形挡块。

因分离盘、拨
币盘和空心圆筒不是一个整体，为了防止硬币在盘和筒壁之间卡住，同时考虑到装配精度和工作时的机械振动，盘和筒壁应有合适的间隙（0.5～1mm）。

工作时，首先启动电机，电机带动分离盘，使得分离盘转动，再将一定量的硬币放入到漏斗中，然后硬币沿着漏斗壁落到分离筒，再在离心力的作用下沿着底边边缘的出币口出来，到达筛选区。

2.2 筛选区
为了自动筛选硬币，在筛选区设计筛选轨道，并在上面设置三个宽度不同的矩形孔。

三个矩形孔的宽度直接影响硬币的筛选情况，它们在一侧对齐，均距轨道边界
6mm。

筛选1角孔宽13.5mm，筛选5角孔宽16mm，筛选1元孔21mm。

通
过设置滑槽的角度来控制硬币下滑的速度和路径，且必须保证硬币沿着滑道的外侧下滑。

筛选区和计数整理区如图4所示。

1角硬币会直接通过筛选1角孔到达计数整理区第一部分，而5角和1元硬币则
会从孔的上表面到达筛选5角孔。

5角硬币的直径由于小于孔径和边沿的总宽而掉落至计数整理区第二部分，1元硬币则会从孔的上表面到达筛选1元孔，进而掉落至计数整理区第三部分。

至此，三种不同面值的硬币筛选完毕。

2.3 计数整理区
计数整理区由滑道、光纤传感器、半圆柱形收集装置构成。

在滑道的底端安装光纤传感器可以实现计数功能。

当硬币掉落至各自的计数收取区后，在落入最终的收集装置前，由光纤传感器检测经过的硬币数量，实现计数功能，并通过单片机，将不同硬币的数目以及硬币面值总额显示在液晶显示屏上。

在传感器下方设置整理装置实现整理功能。

整理装置设计为半圆柱形并可拆卸，直径略大于对应硬币的直径，硬币滑落至整理装置后会依次整齐排列。

当装满后，可直接取走进行进一步包装。

3.1 样机制作
考虑到成本控制和功能实现，在样机的研制过程中，币筒、轨道以及整理部分选用
的是成本低、外观效果好的亚克力板材。

加工方式采用激光切割，加工速度快、精度高。

样机的支撑部分采用的是轻巧、承载力大的工业铝型材，易加工和连接，便于调整。

样机如图5所示。

3.2 试验和结果分析
为了测试装置性能，对样机进行了数次试验。

取100个硬币投入装置进行分选和
整理，其中1角50个、5角和1元各25个，试验结果如表1所示。

可以看出，
该装置的平均准确率可达95%以上，对于超市、公交车等场合的硬币清点，其区
分速度和准确率都是可以接受的。

本文设计并研制了一种结构简单、成本低的硬币自动分类和计数装置，其工作原理是根据硬币直径不同，利用离心力和筛选轨道来进行硬币分离。

该装置主要创新点如下：投币口设置拨币盘，控制进入分离区硬币的数量；转盘内部采用弧形结构限制通道高度，使硬币可单个进入轨道，避免硬币卡死情况。

经对样机进行多次试验，可以看出该装置分币准确率高，稳定性好，在公交公司、小超市等场所有较好的应用前景。

另一方面，由于经济和实验室条件所限，该硬币清分机还存装置体积大、分离轨道精度较低等问题，这也将是今后继续深入研究的方向，以减小装置体积，提高分币准确度。

【相关文献】
[1]傅霖来.基于机器视觉的硬币识别系统研究[D].天津：天津大学，2009.
[2]黄敏，朱晓林，沈颖，等.硬币自动分类器的研制[J].机电产品开发与创新，2013，26（6）：
43-45.。