新型一體化公交車投幣箱的設(shè)計(jì)研究＊

李 飛，葉振環(huán)，馬登秋，孔維雄，吳戍恩，申中秋

（遵義師范學(xué)院工學(xué)院，貴州 遵義 563006）

當(dāng)前，國(guó)家倡導(dǎo)“低碳環(huán)保，綠色出行”，市民的出行方式有了一定的改變，大多改為公共交通或步行的綠色出行方式，自駕車的人有所減少。隨著乘坐公交車的人迅速增加，公交公司的日收入也明顯增加，但公交車上自動(dòng)投幣箱的功能過于簡(jiǎn)單，只能存儲(chǔ)錢幣，不能進(jìn)行錢幣的分離和清點(diǎn)，導(dǎo)致需要大量的工人進(jìn)行錢幣的分離和清點(diǎn)，耗時(shí)耗力，而且成本高。

為了減輕公交公司每日的工作負(fù)擔(dān)，本文設(shè)計(jì)了一款新型一體化公交車投幣箱，不僅可以將混合的紙幣和硬幣分離，還可以將不同面值的紙幣和硬幣分離，并進(jìn)行金額統(tǒng)計(jì)和分類收集。該新型一體化公交車投幣箱的設(shè)計(jì)對(duì)于公交公司工作效率的提高起到了極大的作用。

圖1 新型一體化公交車投幣箱簡(jiǎn)圖

1 設(shè)計(jì)方案

新型一體化公交車投幣箱可以代替目前公交車的投幣箱，由錢幣分離箱、柔性毛刷、紙幣收集箱、硬幣收集箱、硬幣分離槽和固定架6部分組成，它不僅能收集錢幣，還能對(duì)收集的錢幣進(jìn)行分離和清點(diǎn)。該投幣箱的主要功能是：在錢幣分離箱和柔性毛刷的共同作用下將混合紙幣和硬幣分離，并將分離后的紙幣進(jìn)一步按面值分離并分類收集，同時(shí)將分離的硬幣進(jìn)一步按一角、五角和一元的面值分離并分類收集。圖1為新型一體化公交車投幣箱簡(jiǎn)圖。

1.1 紙幣與硬幣的分離

紙幣與硬幣的分離方法有機(jī)構(gòu)振動(dòng)法、鼓風(fēng)法以及旋轉(zhuǎn)法。通常，機(jī)構(gòu)振動(dòng)法和鼓風(fēng)法是一起使用的，即將錢幣放入開有圓孔的振動(dòng)板上，通過振動(dòng)，硬幣在重力作用下通過孔下落到硬幣收集箱內(nèi)，而紙幣在鼓風(fēng)作用下，會(huì)隨鼓風(fēng)方向吹到紙幣收集箱內(nèi)，從而達(dá)到分離的效果。這種方法涉及機(jī)構(gòu)比較多，而且裝置比較復(fù)雜，分離也不徹底，因此不易使用。旋轉(zhuǎn)法是分離紙幣與硬幣的常用方法，該方法分為兩種，一種是分離箱旋轉(zhuǎn)，中心軸固定；另一種是中心軸旋轉(zhuǎn)，分離箱固定。分離箱旋轉(zhuǎn)，錢幣跟隨運(yùn)動(dòng)，硬幣在離心力作用下通過分離箱上的小孔落到硬幣分離槽內(nèi)，而紙幣留在其內(nèi)部，待硬幣分離完后，從錢幣入口取出紙幣。分離箱在旋轉(zhuǎn)時(shí)，錢幣入口是關(guān)閉的，導(dǎo)致操作比較麻煩，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此也不易使用。中心軸旋轉(zhuǎn)分離法只需在分離箱底端開幾排小孔，中心軸上安裝分離毛刷，分離毛刷跟隨中心軸一起旋轉(zhuǎn)，紙幣被毛刷帶走，而硬幣通過小孔落下，從而達(dá)到分離的效果。該方法簡(jiǎn)單且分離效果好。

1.2 不同面值硬幣的分離

不同面值硬幣的分離是根據(jù)直徑的不同進(jìn)行分離的。分離槽分為盤形分離槽和方形分離槽。盤形分離槽[1]有兩個(gè)分離盤，一上一下，上分離盤的卡槽將硬幣逐個(gè)帶出，經(jīng)過下分離盤時(shí)，該結(jié)構(gòu)有4個(gè)從小到大的U型硬幣落孔，當(dāng)硬幣直徑小于孔的直徑時(shí)，硬幣落入相應(yīng)的收集箱內(nèi)。該分離方法容易卡幣，導(dǎo)致分離不徹底。

方形分離槽分為方形落幣口方形分離槽和圓形落幣口方形分離槽兩種結(jié)構(gòu)，采用方形落幣口方形分離槽時(shí)，硬幣需要滾著下去，不然會(huì)卡幣，甚至?xí)滤烙矌湃肟冢瑢?dǎo)致無法分離；采用圓形落幣口方形分離槽時(shí)，硬幣滑入分離槽，硬幣從分離槽內(nèi)滑下時(shí)，控制硬幣的流量，使硬幣一個(gè)一個(gè)地滑下。該分離結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效果好。

1.3 硬幣清點(diǎn)

硬幣的清點(diǎn)方法有重量法和計(jì)數(shù)法，重量法是在各個(gè)硬幣收集箱底部安裝有電子秤，預(yù)先給定一個(gè)算法，稱得的質(zhì)量除以單枚硬幣的質(zhì)量，對(duì)得到的數(shù)進(jìn)行取整后就是此種硬幣的個(gè)數(shù)。重量法的電子秤很容易被損壞，導(dǎo)致稱量不準(zhǔn)確。計(jì)數(shù)法是傳感器和單片機(jī)結(jié)合使用，傳感器安裝在落幣口，當(dāng)硬幣落下時(shí)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)給運(yùn)算累加器進(jìn)行累加，得到每種硬幣的總和。該清點(diǎn)方法原理簡(jiǎn)單，清點(diǎn)速度快，清點(diǎn)準(zhǔn)確。

1.4 紙幣清點(diǎn)

目前，紙幣的清點(diǎn)大多數(shù)采用圖像識(shí)別計(jì)數(shù)，雖然該方法清點(diǎn)比較精確，但難以應(yīng)用在實(shí)體中。本文將顏色傳感器和數(shù)據(jù)采集卡一起使用進(jìn)行清點(diǎn)紙幣。該方法不但原理簡(jiǎn)單，而且成本低、效率高。

2 新型一體化公交車投幣箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 紙幣與硬幣的分離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

公交車上流通的錢幣大多是一元紙幣和一元硬幣。分離箱采用矩形投幣口的目的是防止乘客在投幣時(shí)把紙幣折皺后再投入，導(dǎo)致紙幣不能有效識(shí)別，因此將矩形投幣口寬度取略大于一元硬幣的厚度。此外，分離箱底部開有3排硬幣落幣口，落幣口的直徑為30 mm，剛好大于一元硬幣的直徑，方便硬幣下落。工作時(shí)，分離箱和柔性毛刷[2]一起作用，其中，分離箱是固定的，柔性毛刷低速旋轉(zhuǎn)。圖2為分離箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2 分離箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

柔性毛刷的毛長(zhǎng)略大于分離箱的半徑，紙幣投入分離箱后，柔性毛刷則低速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)紙幣一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)到紙幣擋板處時(shí)，柔性毛刷被紙幣擋板折彎，同時(shí)紙幣被紙幣擋板擋住，與柔性毛刷分離落到傳送帶上，待下一步分離。而硬幣體積較小且硬度較高，可以濾過柔性毛刷，在自重的作用下，通過硬幣落幣口掉落，從而達(dá)到紙幣與硬幣的分離。圖3為柔性毛刷示意圖。

圖3 柔性毛刷示意圖

2.2 圓形落幣口方形分離槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圓形落幣口分離槽在裝配的過程中與地面呈一定的夾角，方便硬幣在分離槽內(nèi)在自重的作用下下滑，分離槽的寬度逐漸減小，最窄處略大于一元硬幣的直徑，高度也逐漸減小，最矮處只有2 mm，剛好可以通過一個(gè)硬幣。在分離槽內(nèi)，由上往下依次開有一角落幣口、五角落幣口和一元落幣口。在硬幣滑下時(shí)，硬幣會(huì)落入相應(yīng)的硬幣收集箱內(nèi)，達(dá)到分離和清點(diǎn)硬幣的效果。圖4為圓形落幣口方形分離槽簡(jiǎn)圖。

圖4 圓形落幣口方形分離槽簡(jiǎn)圖

2.3 硬幣清點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬幣一個(gè)一個(gè)獨(dú)立且不連續(xù)地落入相應(yīng)的硬幣收集箱中。在收集箱頂端安裝紅外線傳感器，紅外線傳感器通過發(fā)射和接收紅外線來計(jì)數(shù)，當(dāng)硬幣落下時(shí)，就會(huì)遮擋紅外線的傳播，讓接收器無法接收紅外線，與此同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，使運(yùn)算累加器進(jìn)行計(jì)數(shù)。相應(yīng)的收集箱的光電計(jì)數(shù)器得到的脈沖個(gè)數(shù)乘以對(duì)應(yīng)硬幣的面值，進(jìn)行累加得到總值。

2.4 紙幣清點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

紙幣落在傳送帶上，通過傳送帶的吸附將紙幣吸附在傳送帶上，并隨傳送帶一起運(yùn)動(dòng)，分別經(jīng)過顏色傳感器①和②。兩個(gè)傳感器收集到紙幣的三原色，經(jīng)濾波器處理，得到兩個(gè)傳感器收集到三原色的各自的頻率。對(duì)比兩個(gè)顏色傳感器分別收集到的頻率，如果獲得頻率相同，在一定誤差范圍內(nèi)，判斷出紙幣的面值并記錄且進(jìn)行累加。如果判斷是一元，控制器會(huì)控制電機(jī)②和電機(jī)③逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)⑤和電機(jī)④順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而其他電機(jī)是靜止的。紙幣通過一元紙幣落幣口落入一元紙幣收集箱內(nèi)。如果判斷是五元，控制器會(huì)控制電機(jī)②、電機(jī)③、電機(jī)⑤和電機(jī)⑥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而其他電機(jī)是靜止的。紙幣通過五元紙幣落幣口，落入五元紙幣收集箱內(nèi)。如果獲得頻率不同，且超過了誤差范圍，電機(jī)②帶動(dòng)電機(jī)①順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而其他電機(jī)靜止。紙幣通過未識(shí)別紙幣口，落入相應(yīng)的未識(shí)別紙幣收集箱內(nèi)，然后通過人工進(jìn)行分類和清點(diǎn)。圖5為紙幣清點(diǎn)機(jī)構(gòu)。

圖5 紙幣清點(diǎn)機(jī)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，公交車上的投幣箱功能過于簡(jiǎn)單，只能收集錢幣，無法分離錢幣，導(dǎo)致公交公司每天都需花費(fèi)大量的人力和物力去分離和清點(diǎn)錢幣。本文設(shè)計(jì)的新型一體化公交車投幣箱，可以將混合的紙幣和硬幣分離，不同面值的紙幣、硬幣分離，同時(shí)進(jìn)行金額統(tǒng)計(jì)和分類收集，可以消除公交公司每日的煩惱。新型一體化公交車投幣箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。將該裝置用于公交車上，乘客投幣完成后就可以直接分離。這樣一來，公交公司就不用每天為分離和清點(diǎn)錢幣而加班工作。

［1］張雨萍.應(yīng)用于公交車的錢幣清分投幣機(jī)［J］.科技與創(chuàng)新，2016（15）：81.

［2］熊玉仲，湯瑞清，楊剛，等.公交車投幣箱錢幣的分類與整理［J］.機(jī)械工程師，2016（12）：115-117.

［3］雷永剛，韋沛東，侯文龍，等.一種簡(jiǎn)潔硬幣分揀機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.河南科技，2016（07）：61-62.

［4］王娟，胡文軍，王培良.基于虛擬儀器的紙幣識(shí)別與計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究［J］.湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，38（10）：33-37.