硬幣清分計(jì)數(shù)包裝一體機(jī)的設(shè)計(jì)

張 旭，劉慶運(yùn)，秦 漢

（安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032）

硬幣清分計(jì)數(shù)包裝一體機(jī)的設(shè)計(jì)

張 旭，劉慶運(yùn)，秦 漢

（安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032）

結(jié)合目前市場(chǎng)上硬幣處理裝置的功能單一，通用性差等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了硬幣清分計(jì)數(shù)包裝一體機(jī).該裝置是一種結(jié)合市場(chǎng)現(xiàn)行流通硬幣的清分，計(jì)數(shù)并打包的一體化機(jī)械設(shè)備.其特點(diǎn)突出表現(xiàn)在工作效率和工作能力上，設(shè)備整體操作簡(jiǎn)單易行，且發(fā)生清分失誤的概率低.使用PVC有機(jī)高分子材料管盛裝硬幣，符合當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展要求.

硬幣清分；計(jì)數(shù)包裝；一體化

隨著市面流通貨幣量不斷增多，特別是公交公司、金融機(jī)構(gòu)等要對(duì)大量硬幣進(jìn)行分類，目前國(guó)內(nèi)仍主要采取人工處理的方式，工作量大.經(jīng)過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上的硬幣處理裝置[1]功能單一，實(shí)用性差，普及率低，有待改進(jìn).針對(duì)此情況，本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)合市場(chǎng)現(xiàn)行流通硬幣的清分，計(jì)數(shù)并打包的一體化機(jī)械設(shè)備.

1 硬幣清分計(jì)數(shù)包裝一體機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的硬幣清分計(jì)數(shù)包裝一體機(jī)如圖1所示，主要由3部分組成，硬幣清分模塊、硬幣收集模塊和硬幣包裝模塊.3種模塊采用合理的空間布置：硬幣清分模塊位于裝置的上方，其余兩部分位于下方.該裝置可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行多種硬幣的快速分揀以及通用性極高的管式包裝，并由光電計(jì)數(shù)器[4]實(shí)時(shí)反饋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及當(dāng)前數(shù)值.并且采用模塊化設(shè)計(jì)，3部分均可獨(dú)立操作，提升了適用范圍.

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

1.2 硬幣清分模塊

本清分機(jī)是利用振動(dòng)盤完成硬幣的清分，當(dāng)線圈接入交流電源時(shí)，鐵芯提供斷續(xù)磁性吸力吸引料斗上的銜鐵，料斗下降，在料斗底面的圓周上安裝三個(gè)彈簧片，則產(chǎn)生彈簧片方向的傾斜扭轉(zhuǎn)，當(dāng)鐵芯失去磁力后，彈簧片使磁鐵料斗恢復(fù)原位.料斗中的硬幣處于雜亂無(wú)章的狀態(tài)，由于料斗振動(dòng)時(shí)硬幣騰空，當(dāng)鐵芯吸力消失，料斗被彈簧抬起，從而帶動(dòng)硬幣沿料斗內(nèi)的螺旋槽爬行.當(dāng)硬幣通過(guò)分幣槽（如圖2）時(shí)，由于硬幣的直徑不同，對(duì)應(yīng)的分幣槽直徑也不同，故直徑小的硬幣先分離，通過(guò)分幣軌道引入收集包裝部分.該部分有四個(gè)出幣口，根據(jù)離軌道（如圖2）的出口的遠(yuǎn)近，離出口最近的是老式一角硬幣的出口，其次是五角硬幣，再次是老式一角硬幣，最后出來(lái)的一元硬幣.清分機(jī)使用的電源是市電220V，清分時(shí)振動(dòng)盤的振動(dòng)幅度可以通過(guò)控制盤上的調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行控制.

圖2 出幣軌道示意圖

1.3 硬幣收集模塊

經(jīng)振動(dòng)盤清分出來(lái)的硬幣通過(guò)漏幣口進(jìn)入放置在轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的集幣管中，每漏出一個(gè)硬幣，光電開(kāi)關(guān)1就計(jì)數(shù)一次，當(dāng)達(dá)到指定的數(shù)目之后，單片機(jī)接收信號(hào)，發(fā)出指令給舵機(jī)A舵機(jī)B舵機(jī)D，舵機(jī)A帶動(dòng)擋板旋轉(zhuǎn)一定的角度將漏幣口擋住，防止在間隙時(shí)間硬幣漏出；舵機(jī)B接到指令后，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤帶動(dòng)集幣管轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤伸出端擋住裝配在支撐板上的光電開(kāi)關(guān)2時(shí)，舵機(jī)B停轉(zhuǎn)，集幣管到達(dá)封口工位，同時(shí)舵機(jī)A轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)擋板移開(kāi)，漏幣口繼續(xù)漏出硬幣；舵機(jī)D接到指令后驅(qū)動(dòng)曲柄連桿將重錘抬起.

圖3 集幣裝置示意圖

1.4 硬幣包裝模塊

收集滿硬幣的集幣管被轉(zhuǎn)盤推送到封口工位，光電開(kāi)關(guān)2的信號(hào)同時(shí)傳遞給同步帶板上的舵機(jī)C和舵機(jī)D，舵機(jī)C接收到信號(hào)后，帶動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送帶的摩擦力帶動(dòng)封幣塞到達(dá)封幣口上方，由于自重落入封幣口；舵機(jī)D接收到信號(hào)后停轉(zhuǎn).封幣塞漏入封幣口之后，光電開(kāi)關(guān)3作用，將信號(hào)傳遞給舵機(jī)C和舵機(jī)D，使舵機(jī)C停轉(zhuǎn)，舵機(jī)D反轉(zhuǎn)，使曲柄搖桿運(yùn)動(dòng)[3]控制重錘落下，從而實(shí)現(xiàn)集幣管關(guān)口的封裝.舵機(jī)B由于光電開(kāi)關(guān)1傳遞來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)將打包好的集幣管推至漏管口，實(shí)現(xiàn)將封裝好的集幣管收集.

圖4 集幣管管口封裝裝置示意圖

2 硬幣清分計(jì)數(shù)包裝一體機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)光電開(kāi)關(guān)1對(duì)硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)，到達(dá)指定數(shù)量之后，控制舵機(jī)1帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤將收集滿的集幣管推入工位2；同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的擋板擋住光電開(kāi)關(guān)2，從而控制舵機(jī)2帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶輪依靠摩擦力帶動(dòng)封幣塞進(jìn)入工位3；同時(shí)光電開(kāi)關(guān)2的信號(hào)控制工位3準(zhǔn)備的曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)集幣管進(jìn)行封裝打包.

設(shè)計(jì)流程：該部分采用 Freescale公司的MC9S12XS128 16位單片機(jī)[4]以及與之配套使用的BDM通用下載器，結(jié)合E18-D80NK紅外光電開(kāi)關(guān)，主要通過(guò)PROTELL設(shè)計(jì)模擬電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的控制.

本控制部分主要由XS128系列單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)、響應(yīng)、輸入輸出等部分組成，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)控制.按鍵電路作為外界輸入信號(hào)的接口，在分幣機(jī)通電工作之后持續(xù)工作.單片機(jī)時(shí)刻響應(yīng)來(lái)自光電開(kāi)關(guān)1的計(jì)數(shù)信號(hào)，在硬幣數(shù)量達(dá)到指定的數(shù)量之后，單片機(jī)發(fā)信號(hào)給舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，擋住漏幣口一定時(shí)間；同時(shí)帶動(dòng)舵機(jī)2將收集滿硬幣的集幣管推往打包的工位.當(dāng)轉(zhuǎn)盤上的擋板擋住光電開(kāi)關(guān)2，單片機(jī)接收此信號(hào)之后，作出響應(yīng)使舵機(jī)2帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠傳送帶的摩擦力將封封幣塞傳送到打包口；同時(shí)單片機(jī)還響應(yīng)使曲柄連桿運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)重錘.

圖5 控制過(guò)程示意圖

3 硬幣清分計(jì)數(shù)包裝一體機(jī)的參數(shù)

具體參數(shù) 分析 具體參數(shù) 分析輸出電流 100mA/5V供電 外殼材料 塑料消耗電流DC/AC DC＜15m 防護(hù)等級(jí) IP66響應(yīng)時(shí)間DC/AC DC＜2ms 電源電壓 12V指向角 3°-15° 電源類型 直流電源檢測(cè)物體 透明或不透明體工作環(huán)境溫度 -25℃～+55℃

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的裝置可實(shí)現(xiàn)混雜硬幣的分揀、計(jì)數(shù)和包裝等功能的全自動(dòng)機(jī)電一體化.裝置經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)，穩(wěn)定性得到了驗(yàn)證.同時(shí)，裝置采用了模塊化設(shè)計(jì)，各部分皆可取出單獨(dú)運(yùn)行.主要特色是清分準(zhǔn)確，使用可靠，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，發(fā)展前景廣闊.

〔1〕張鈺唯.硬幣自動(dòng)分配器[J].科學(xué)啟蒙，2010（2）.

〔2〕錢金川，金林升.固態(tài)繼電器簡(jiǎn)介[J].機(jī)床電器，2004（2）.

〔3〕孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版，2013.

〔4〕劉世泉.光電技術(shù)器的原理與制作[J].電子制作，2009（3）.

〔5〕張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.

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1673-260X（2017）08-0056-02

2017-04-09