錢幣分類整理機

公交車錢幣的分類整理還存在很多問題，不能達到人工智能的要求。為減輕公交車投幣箱中的錢幣的分類與整理的工作量，本文提出了此裝置。本機械裝置的主要功能是針對公交公司的錢幣清點狀況，自動化分離紙硬幣，隨后展開紙幣且分類，同時對硬幣分類、整理。能夠最大限度減少公交公司工作人員清點錢幣的工作量，減少公交公司運營成本。

【關鍵詞】錢幣分類 識別 清點整理 模塊化設計

1 引言

隨著社會的發展，無人售票的公交車成為了主流，因而各種類型的公交車投幣整理計數系統也應運而生。就其現狀來說，一般情況下，公交車總站進行紙幣和硬幣的分離、分類計數、整理等都是采用人工清點的方式，因而工作效率低下且人力成本高。因此，為完成錢幣的清點工作，公交公司每年都需要耗費大量的人力、財力，而且效果并不令人滿意。如何使公交車投幣箱完成分類整理錢幣便成了核心問題。現行的無人投幣系統存在著難以收集錢幣，難以對投入錢幣的幣值自動進行識別和累計等功能。本文就這些問題設計了自動化分離紙硬幣，隨后展開紙幣且分類，同時對硬幣分類、整理的裝置。以此能夠最大限度減少公交公司工作人員清點錢幣的工作量，減少公交公司運營成本。

2 裝置設計

本作品旨在對混合的紙硬幣進行清分，核心在于對雜亂無章的紙幣進行分類整理。應用于公交公司等錢幣多、散、雜的場所，其實現功能主要包括紙硬幣分離、硬幣分類收集、紙幣展開、壓平、方向整理、分類收集，為實現以上功能，我們設計了功能模塊、動力及傳動模塊和電路控制模塊。紙硬幣分離模塊利用風機和具有導向作用的箱體對錢幣進行初步分離，此時硬幣由掃幣片進行分類規整，紙幣由專門設計的處理模塊整理。

2.1 紙幣處理模塊

該模塊工作步驟為紙幣逐張輸送、紙幣展開、面值識別、壓平、方向整理和分類收集，主要包括毛刷、刮板、紙幣吸附輪、螺旋搓拈輪、圖像識別傳感器、軟皮輥、按壓輪、熱板、導向斜板和紙幣收集箱等結構。

（1）紙幣逐張輸送由紙幣吸附輪完成，在毛刷和刮板輔助下完成紙幣吸附，空心槽一端與真空泵連接，一端封口，開槽處在空心輪內，空心輪上開有5mm的小孔，開孔處帶有負壓，5mm的小孔保證吸附輪每次吸起一張紙幣；

（2）紙幣展開：由兩個螺旋搓拈輪、軟皮輥和傳動送共同作用完成，螺旋搓拈輪由膠皮在搓拈軸上螺旋纏繞而成，由紙幣吸附輪逐張吸附的紙幣在傳動帶帶動下向前運動，螺旋搓拈輪對紙幣進行搓拈展開，軟皮輥具有對展開紙幣的按壓作用，防止其回復原樣。

（3）壓平：該步驟由熱板和按壓輪完成，熱板上安裝加熱器，經查閱，對紙張壓平溫度為200℃其加熱時間最短，效果好且對紙幣沒有損傷。

（4）方向整理、分類收集：公交總站錢幣一元占大多數，其余面值均較少，故將紙幣分為一元和其他兩類，由完成，斜板上一塊擺動擋板可旋轉，圖像識別控制導向斜板旋轉，形成不同滑道，紙幣靠自身重力最終進入斜板末端的收集盒。

2.2 電路控制模塊

自動控制部分，由555定時器制成的方波發生器完成總對所有步進電機的操控，實現紙硬幣分離，硬幣分揀和紙幣分類的功能。下位機芯片STM32F103主要完成了接受傳感器的信號并處理對應中斷，接受上位機信號并操控舵機的功能。上位機即PC機主要完成了操控USB攝像頭完成圖像檢測識別紙幣面值的功能。上位機和下位機之間采用串口通訊協議完成通訊。

下面對主要硬件部分做介紹

2.2.1 單片機部分

單片機采用了ST公司的STM32F103VETx系列芯片作為下位機。

ARM內核芯片較51單片機有著更高的抗干擾性。

STM32F103系列內部含有8個定時器，此處使用通用定時器3產生PWM信號，以操控舵機的方向旋轉。

2.2.2 紅外接近開關部分

紅外接近開關用于檢測是否有紙幣通過，如果有紙幣通過，則會讓單片機通過串口發送數據給上位機。此種型號接近開關可以發送紅外光，遇到障礙物后反射，即可知道是否有紙幣通過。實際運用中將傳送帶設計為黑色，最大限度吸收光線，阻止光線反射，當有其他顏色錢幣通過時，光線被漫反射，即可確定有紙幣通過，向上位機發送信息即可。

2.2.3 上位機部分

上位機部分同時完成了對下位機的操作和對數字圖像處理的功能。每當串口接收到數據，上位機即操作USB攝像頭拍攝當前畫面，并將拍攝的圖片進行RGB格式至HSV格式轉化，再分別取得H，S，V通道，并且對H通道單獨二值化，將綠色對應范圍至轉化為黑色，其余顏色為白色，通過計算黑色部分面積即可知道是否為綠色的一元紙幣。最后將處理結果通過USB串口反饋給下位機，從而驅使下位機操作舵機完成對應的動作。

3 理論設計計算

設當紙幣以一定的速度撞向限位擋板時候，速度與擋板的夾角為。由于擋板的限位作用，紙幣在損失一定能量后，會朝某一方向旋轉，而根據斜碰定義式中，分別為二物體質量，分別為x和y方向上的夾角，E為損失動能，e為恢復系數。

為實現能夠翻轉，首先最寬處需要大于其對角線長度，以擺動擋板左傾狀態為例，最極限情況為紙幣左貼向下碰撞發生反轉，故經過計算可得進口寬度為165mm左右最合適。經過多次實驗，最終將尺寸定位162mm。

而紙幣以一定初速度到下滑道時，經過一段加速運動，第一次碰撞到擋板時，碰撞后y方向的速度不為0，將擋板看作質量無窮大初速為0的物體，結合上述所有公式，在57°左右最為合適。斜限位擋板和邊緣角度為18°左右最合適。經過多次實驗和調試，最終決定下滑道和水平面夾角為為60°，斜限位擋板和邊緣角度為20°。

4 總結

本裝置使用方便，功能多樣，實用性強，增加了對紙硬幣分離，紙幣分類、整理功能，結構簡單、造價低，可用于及時緩解公交總站的紙硬幣分離問題，緩解了現有錢幣回收到公交站后由點鈔員清點 工作量大和效率低的問題。使用該裝置節省了大量的人力成本支出，預計將會有廣闊的市場應用前景。

參考文獻

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作者簡介

呂倩航（1996-），女，浙江省東陽市人。武漢理工大學大學本科在讀。主要研究方向為機械工程及自動化。

作者單位

武漢理工大學 湖北省武漢市 430070