通用式桌面型硬幣分揀機設計

李宗昊

摘 要 本文提出一種通用式桌面型的硬幣分揀機設計方案，根據硬幣物理性質的不同實現對不同面值貨幣的分揀和整理，同時增加假幣識別功能，以提高設計方案的實用性。由設計方案制作出了硬幣自動分揀機實物模型，實驗表明該硬幣分揀機具有良好的硬幣分類和整理收納的功能。

【關鍵詞】簡易 硬幣分類 自動裝置

硬幣作為一種具有規范統一、不易磨損及使用方便的貨幣，在人們零售生活中扮演著重要作用，但同時硬幣分揀和計數較紙幣而言更為繁瑣，通常需要大量的人力進行清分，這樣不僅為資金入賬造成不便，同時也嚴重影響工作效率，造成相關人力資源的浪費，因此設計一種通用簡便的硬幣分揀機就具有較好前景。

1 通用式桌面型硬幣分揀機的設計分析

1.1 硬幣分揀機的發展分析

硬幣分揀機整體上可以分為立式和臥式兩種結構，其中立式結構適用于有包卷需求的大型機器，多為滿足銀行和印鈔廠的實際需求。而臥式結構不僅完成硬幣分揀功能，較立式相比具有體積小、通用性強的特點。硬幣分揀機功能單元主要包括硬幣投料結構、硬幣分離機構、硬幣鑒偽機構及計數顯示結構。目前常用的硬幣投料機構分為轉盤式結構和滑道式結構，轉盤式結構對機器運行有更高的要求，在合理安排結構的前提下滑道式結構具有入料速度快和操作簡單的特點，更適用于小型硬幣分揀機的設計。

1.2 不同面值硬幣的辨別分析

硬幣分揀機根據機構不同可以分為非機械式分揀機、電磁式分揀機和離心式分揀機，非機械式分揀機雖然結構簡單，裝置輕便，但只能完成簡單的硬幣鑒偽并且不能計數，離心式分揀機實用性高，但同時存在分揀精度低和無法鑒偽的缺點，電磁式具有分揀效率高，分揀精度好的特點，適用于小型分揀機的適用。本設計中的通用式小型硬幣分揀機采用止通規原理，根據不同面額硬幣物理性質的差異性進行分類。

1.3 硬幣鑒偽功能的原理及實現

真幣與偽幣在表面處理手法和材質上存在不同，偽幣在表面采取鍍鋅或鍍鉻，內部則采用鐵芯或鋼芯，因此通過電阻應變壓力傳感器檢測被測硬幣的質量是一種較為方便使用的鑒偽手段。硬幣的質量約在1.15-6.1g，采用電阻應變壓力傳感器獲得硬幣質量，通過信號調理電路整形放大之后，即可通過窗口比較器進行質量校驗，當三個窗口比較器輸出均為低電平，即為假幣。

2 通用式桌面型硬幣分揀機的結構設計

2.1 硬幣分揀機投料機構設計

投料機構是硬幣分揀機的重要組成部分，合理的投料機構設計可以保證硬幣分揀工作的快速性和靈活性，在硬幣分揀機設計初時用無外加動力的投料機構，但試驗發現這種結構無法保證硬幣下滑的平穩性，同時也易造成硬幣飛出篩選機構或卡在機構中，通過結構優化引入撥動扇葉和減速板來保證硬幣的平穩下滑。在設計過程中，撥片及滑道旋轉用的主副步進電機采用M542細分步進驅動器，可以保證撥片操作的精準性和穩定性，同時創新性的采用三扇葉形狀，實現一周旋轉角度控制在120度，有效縮短操作時間，提高了硬幣分揀機的運行效率。此外，本設計方案中采用單滑梯式滑道，在保證硬幣下滑穩定性的同時，可以節約分揀時間，減小裝置體積。

2.2 硬幣分揀機分離機構設計

通用式桌面型分揀機的質量采集模塊是保證硬幣正確分揀的基礎，其核心部件是稱重傳感器，在本設計中選擇電阻應變壓力傳感器，當檢測硬幣質量后，與1元、5角和1角窗口比較器的閾值進行比較從而可以確定硬幣及假幣類型，根據結果經多路轉換開關輸出控制脈沖，完成硬幣分揀及偽幣退換的功能。主步進電機帶動三扇葉形狀撥片旋轉動作，副步進電機帶動單滑道進行左右移動將硬幣送入到不同的分揀口，當機構識別到假幣時，則會發出聲光報警信號，并假幣送到出口。

3 通用式桌面型硬幣分揀機的操作流程

通用式桌面型硬幣分揀機的操作流程包括：壓力傳感器1選擇電阻應變壓力傳感器，獲得當前硬幣質量，經信號調理電路2整形放大后，分別送入1元窗口比較器13、5角窗口比較器14、1角窗口比較器15中進行比較，窗口比較器選擇LM339，其中1元窗口比較器上下限為5.9g和6.3g，5角窗口比較器上下限為3.6g和4.0g，1角窗口比較器上下限為3.0g和3.4g。三個窗口比較器輸出為高電平者即為當前硬幣所屬類型，若三個窗口比較器輸出均為低電平，即為假幣。三個窗口的輸出經多路轉換開關后調整脈沖信號發生器16、17頻率，多路轉換開關采用CD4052多路模擬開關，驅動5和驅動8選擇M542細分步進驅動器，主電機6和副電機9為28BYJ48型步進電機，撥片7設計為三扇葉形狀，滑道10采用滑梯式，脈沖信號發生器17發出控制脈沖經驅動5控制主電機6旋轉撥動撥片7旋轉120度，使硬幣滑落至滑道，脈沖信號發生器16發出控制脈沖經驅動8控制副電機9旋轉，帶動滑道10旋轉至至硬幣對應的分揀口，實現硬幣分揀。啟停按鈕11包括啟動鍵、停止鍵，計數器19為74LS190，顯示12為LED，顯示分揀的硬幣數量及分揀用時，操作流程如圖1。

4 結束語

通用式桌面型硬幣分揀機可實現對國內流通的一元、五角、一角等3種硬幣的準確分揀與整理，并可以對假幣進行有效識別及報警，具有線路簡單，體積小，無需編程、識別速度快，識別率高，制作容易、易于實現等特點，適宜廣泛推廣應用，另外，本設計方案還配備輔助啟停按鈕和LED顯示共同運作，具有啟動、停止、顯示分揀的硬幣數目等參數功能，具有智能化、人性化的特點。

參考文獻

[1]蔣小盼.篩動式硬幣分類裝置及其仿真運動的設計[J].工業設計，2016（06）.

[2]馮大鵬.高效硬幣自動分類裝置的設計[J].湖北理工學院學報，2016（05）.

[3]郎家峰.硬幣檢測清分系統研究[D].南京：南京航空航天大學，2005.

作者單位

長春第二實驗中學學生 吉林省長春市 130022