便攜式硬幣自動分類計數裝置的研制

姜海濤　劉潤華　劉鑫磊　江松軒　馮穎

摘 要：針對人工清點和分類硬幣耗時、耗力，效率不高等問題，設計了一種便攜式硬幣自動分類計數裝置。該裝置以離心力為分離動力，根據不同面值硬幣在直徑上的細微差別，設計了獨特的分離滑道，并采用紅外計數方法。實驗表明，該硬幣分離器能實現硬幣自動分類和計數，并具有結構簡單，成本低等優點，具有廣泛推廣的價值。

關鍵詞：硬幣；分類；計數；便攜式

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A

便攜式硬幣自動分類計數裝置的研制

姜海濤 劉潤華 劉鑫磊 江松軒 馮 穎

沈陽化工大學能源與動力工程學院 遼寧沈陽 110142

摘 要：針對人工清點和分類硬幣耗時、耗力，效率不高等問題，設計了一種便攜式硬幣自動分類計數裝置。該裝置以離心力為分離動力，根據不同面值硬幣在直徑上的細微差別，設計了獨特的分離滑道，并采用紅外計數方法。實驗表明，該硬幣分離器能實現硬幣自動分類和計數，并具有結構簡單，成本低等優點，具有廣泛推廣的價值。

關鍵詞：硬幣；分類；計數；便攜式

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A

Abstract：A portable coin sorting and counting device was designed in this paper to solve the problems caused by manual operating， such as time consuming， energy consumption and low efficiency. The device used centrifugal force as separation power； unique separation chute was designed according to the different denominations of coins in diameter and used infrared counting method. The experimental results showed that the coin separator could realize the automatic classification and counting， and had a wide range of promotional value for its advantages of simple structure， low cost and so on.

Key words：coin；sorting；counting；portable

硬幣在人民的日常生活中扮演著重要的角色，隨著人口的增加和社會文明程度的提高，硬幣的需求量也日益增加。

硬幣流通給人們帶來許多方便，同時也帶來一些問題和麻煩。從造幣廠到銀行，再到對硬幣收取量比較大的企事業部門，如超市、公交車、地鐵、投幣電話、自動售貨機行等都要對大量硬幣進行計數、分類、包裝等高效處理[ 1，2 ]。

目前硬幣計數和整理使用的方法大多是依靠人工手點，耗時、耗力、效率不高、工作量龐大，針對這一問題，硬幣自動清分設備應運而生。

目前國外進口的硬幣清分設備價格昂貴，而且對我國硬幣適用性較差；國內研究的此類產品也因為經濟性差、技術較復雜、不易實現等原因而不能得到廣泛的推廣和應用[ 3，4 ]。

為了解決這一難題，本文針對目前市面上流通較多的第五版硬幣，設計了一種便攜式硬幣自動分類和計數裝置，具有機構簡單、成本較低的特點。

1 便攜式硬幣自動分類計數裝置的結構設計

1.1 總體結構

本文研制的硬幣自動分類計數裝置，其工作原理主要是根據不同面值硬幣具有不同的直徑大小來區分的，我國自2000年發行的第五版硬幣的主要尺寸如表1所示。該硬幣自動分離器的設計思路和總體結構如圖1所示。

工作時將硬幣投入到進給區中，通過分離區實現硬幣的分散、平鋪及逐一排隊分離；從分離區出口排隊而出的硬幣具有一定的運動速度，并進入分離區滑道；在分離區內，不同面值的硬幣因為直徑不同而分別落入一元、五角、一角的滑道內，并沿光滑表面下滑，進入到滑道盡頭的硬幣收納裝置；在收納裝置處安裝有紅外線計數器，以實現硬幣的計數功能。

該硬幣分離器由分離裝置，分類裝置，動力裝置和計數裝置等部分組成，實物模型如圖2所示。

1.2 分離裝置

分離裝置為立式圓筒體結構，模型材質為不銹鋼，直徑150mm，高80mm。

筒體上部接進給器，待分離的硬幣通過進給器的漏斗和防止卡幣的擾動擋片有次序的落入筒體中，防止大量硬幣同時落下易造成的硬幣堆積，筒體壓力過大，轉動不暢等情況。

筒體內設有錐角為60°的錐體，其作用是使落下的硬幣在筒體內良好的分散，硬幣沿錐體表面下滑后在筒體底部外緣處平鋪。分離區筒體在動力裝置的帶動下以一定速度旋轉，并依靠摩擦力帶動筒體內的硬幣旋轉，使硬幣受到一定的離心力作用，作為硬幣進入下一區域——分離滑道的動力。

在筒壁與筒體連接的圓周處設置一個硬幣出口，其尺寸略大于一元硬幣的直徑和厚度，從此出口，硬幣以一定的圓周速度逐一排隊而出，進入分離區滑道，開口尺寸僅允許每次有一枚硬幣排出。

分離區筒體和錐體示意圖如圖3所示。

1.3 動力裝置

動力裝置由電機、聯軸器、轉軸、銷釘、緊固螺母等組成，通過緊固螺母和銷釘將旋轉軸和分離區的筒體相連。主軸材質為碳鋼，直徑為10mm，經過強度計算，該主軸能夠滿足機器運轉時的強度和穩定性要求。電機功率的選擇是通過實驗完成的，最終選取電機的轉速為99r/min。

根據下式可計算出硬幣從分離區筒體的硬幣出口排出時離心力，取筒體直徑為150mm，離心力值分別為一元硬幣0.049N，五角硬幣0.031N，一角硬幣0.01N。

1.4 分類裝置

硬幣在離心力的作用下，從分離區筒體開口處，以一定的速度到達分類區滑道。該滑道是根據不同面值硬幣在直徑上的差別而設計的，滑道為上、中、下三層，每層滑道寬度分別等于一元、五角、一角硬幣的直徑（為保證硬幣在滑道上的運動，需增加0.5～1mm的余量），并按照從寬到窄自上而下排列?；琅c筒體出幣口處的連接設計為鉸鏈，使之在一定范圍內可自由調節滑道傾斜角度。硬幣排出后，可根據直徑不同在三層滑道上分類，并分別進入滑道末端的收納裝置進行歸類儲存和計數。分類區滑道的結構示意圖如圖4所示。

1.5 計數裝置

硬幣實現分離后，在不同寬度的滑道上下滑，落入滑道末端的收納裝置，在此處可進行硬幣的計數。本分離器可以根據需要采取多種計數方式，包括：

1）物理計數，即將收納裝置設計為立式圓柱形筒體，筒體直徑與對應滑道的寬度一致，根據所收納硬幣的厚度，在筒體外表面進行標定，以最簡單的方式即可實現較為精確的計數。本方法不需使用計數儀表，成本低廉，適用于分離硬幣量較少的場合。

2）紅外線感應計數，即利用紅外線感應計數器計數。紅外線計數器分為對射式和反射式兩種電路，對射是一個發射頭和一個接收頭在中間如有物件通過就遮擋一下光線，就輸出一個脈沖信號觸發一下計數電路，反射式紅外線是把發射頭和接收頭做在一塊成為一個紅外探頭，當探頭前有一個物件出現就把發射頭的紅外線反射給接收頭，探頭輸出一個脈沖給計數器計數。這種技術方法高效精確，適用于硬幣量較多的應用。

3）重力感應計數，即利用壓力傳感器和不同面值硬幣的質量的差異進行計數，用測量后的總質量除以各類硬幣的質量，就可以計算出硬幣數量。本硬幣分離器在實驗過程中采用紅外計數方法。

2 成本及應用前景

2.1 成本預算

本文所設計的硬幣自動分類和計數裝置體積小、結構簡單、所需的配件種類少、材料低廉易得、加工簡便，因此成本較低，每套裝置的成本預算見表2。

通過估算可得，每套硬幣自動分類設備成本在320元左右，而目前市面上同類產品的價格大多在600元以上。

2.2 應用前景

硬幣的分類、清點問題是普遍存在的難題，涉及的行業和部門廣泛，現有的方法不僅消耗大量的人力物力而且效率不佳。因此，一種結構簡單、結果精確、可自動操作的硬幣分類清點裝置必定有廣闊的應用市場。

本文研制的便攜式硬幣自動分類計數裝置具有結構簡單、操作方便、容量大，價格低等特點，將混雜的硬幣倒入筒體內即可一次性的實現自動分類計數，可節省大量人力和時間。本分離器獨特的分類滑道結構，可實現硬幣的精確分類，耗時短、誤差小。另外本分離器體積小，質量輕，移動方便，便于攜帶，因此具有較大的推廣價值。

參考文獻：

[1] 張麗娟.基于DSP的高速硬幣清分系統[D].南京航空航天大學，2005，2.

[2] 毛璽，郭光立.基于神經網絡的硬幣面額識別[J].光電技術應用，2010，25（2）：54-56.

[3] 黃敏，朱曉林，沈穎等.硬幣自動分類器的研制[J].機電產品開發與創新，2013，26（6）：43-45.

[4] 紀夢月.硬幣快速計數和包裝器[J].中國科技教育，2013， （9）： 24-25.

[5] 田素華.貨幣經濟學[M].格致出版社，2013，2.