林顯新

【摘 要】探索設(shè)計(jì)硬幣自動(dòng)分揀計(jì)數(shù)顯示裝置。該裝置以光滑軌道為基礎(chǔ)，根據(jù)不同硬幣的直徑來(lái)分揀，并采用電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，用NXP單片機(jī)對(duì)分揀出來(lái)的硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)、顯示。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，能實(shí)現(xiàn)硬幣的分揀、顯示計(jì)數(shù)功能，具有廣泛的使用推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】硬幣 自動(dòng)分揀 計(jì)數(shù) 顯示 便捷式

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）07C-0188-02

硬幣，在日常生活中給人們帶來(lái)許多方便。隨著人口的增加和社會(huì)文明的進(jìn)步，硬幣應(yīng)用越來(lái)越廣泛。硬幣在公共場(chǎng)所的流通既給人們帶來(lái)了方便，但也給硬幣收取量大的單位帶來(lái)了煩惱。本文探索設(shè)計(jì)硬幣自動(dòng)分揀計(jì)數(shù)顯示裝置，該裝置以光滑軌道為基礎(chǔ)，根據(jù)不同硬幣的直徑來(lái)分揀，并采用電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，用NXP單片機(jī)對(duì)分揀出來(lái)的硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)、顯示，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，能實(shí)現(xiàn)硬幣的分揀、顯示計(jì)數(shù)功能，具有廣泛的使用推廣價(jià)值。

一、工作原理與工作流程

本項(xiàng)目研究的硬幣自動(dòng)分揀計(jì)數(shù)顯示裝置，其工作的基本原理是根據(jù)面值不同的硬幣具有直徑大小不同來(lái)區(qū)分的。首先要區(qū)分硬幣直徑的大小如表1。

為了能自動(dòng)區(qū)分硬幣，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到不同面值的硬幣，它們的直徑有所區(qū)別來(lái)區(qū)分。加工材料板的大小直接影響分揀的效率、誤差。我們裝置分揀的原理是：首先分揀出直徑最小的一毛硬幣，把分揀出來(lái)的硬幣做檢測(cè)技術(shù)送到單片機(jī)。其次再分揀五毛的硬幣，因?yàn)槲迕矌诺闹睆奖纫唤堑闹睆酱?，而比一元的直徑小。其次?duì)五角的直徑進(jìn)行檢測(cè)技術(shù)。最后分揀一元的硬幣，并且計(jì)數(shù)。而把不是硬幣范疇的其他物品分離到非硬幣區(qū)。

該裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，基本工作流程如下：

（一）進(jìn)給區(qū)

進(jìn)給區(qū)就是物料進(jìn)給，把一角、五角、一元的硬幣等混合硬幣送入到物料進(jìn)給區(qū)裝置，經(jīng)過(guò)物料進(jìn)給裝置，通過(guò)一個(gè)漏斗和彎管，把混合硬幣一個(gè)一個(gè)送到分揀區(qū)1。

（二）分揀區(qū)

1.揀區(qū)1。通過(guò)進(jìn)給區(qū)把混合硬幣送到分揀區(qū)1，在分揀區(qū)1會(huì)根據(jù)各面值硬幣直徑大小不同，設(shè)置相應(yīng)的漏口。首先把直徑最小的硬幣一角分揀出來(lái)，并通過(guò)光滑軌道進(jìn)入到收集區(qū)1，在軌道處還有一個(gè)電磁檢測(cè)開(kāi)光，把檢測(cè)到的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)，并通過(guò)程序在顯示器上一角的數(shù)量加一。

2.分揀區(qū)2。通過(guò)分揀區(qū)1把五角、一元硬幣送到分揀區(qū)2，在分揀區(qū)2會(huì)根據(jù)這兩種硬幣直徑大小不同，設(shè)置相應(yīng)的漏口。首先把直徑相對(duì)較小的五角硬幣分揀出來(lái)，并通過(guò)光滑軌道進(jìn)入到收集區(qū)2，在軌道處還有一個(gè)電磁檢測(cè)開(kāi)光，把檢測(cè)到的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)，并通過(guò)程序在顯示器上五角的數(shù)量加一。

3.分揀區(qū)3。通過(guò)進(jìn)給區(qū)2把最后剩余的一元硬幣送到分揀區(qū)3，在分揀區(qū)3會(huì)根據(jù)一元硬幣直徑大小，設(shè)置相應(yīng)的漏口。把一元分揀出來(lái)，并通過(guò)光滑軌道進(jìn)入到收集區(qū)3，在軌道處還有一個(gè)電磁檢測(cè)開(kāi)光，把檢測(cè)到的脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)，并通過(guò)程序在顯示器上一角的數(shù)量加一。

4.非硬幣區(qū)。通過(guò)前面的分揀后，已經(jīng)把一角、五角、一元的硬幣已經(jīng)分揀出來(lái)了，而剩余非硬幣的物料，不能分揀到分揀區(qū)去，而是通過(guò)廢料通道把非硬幣的物料直接送到廢料區(qū)。

二、加工及實(shí)驗(yàn)

（一）材料的選擇

該裝置在硬幣分揀區(qū)，主要是依靠其開(kāi)孔直徑的大小，而這個(gè)孔的直徑精度直接決定分揀的正確率。其次導(dǎo)軌的光滑度極其重要，要想保證其順利分揀而不出現(xiàn)堆積現(xiàn)象，就得確保導(dǎo)軌的光滑，確保硬幣能順利滑下軌道。在分揀的主要材料是高分子耐磨材料，既能符合數(shù)控機(jī)床的車(chē)、銑而不變形，同時(shí)在固定的時(shí)候能經(jīng)得起開(kāi)孔、攻螺紋。

（二）軌道滑坡的確定

實(shí)驗(yàn)組首先通過(guò)設(shè)計(jì)軌道的斜度是15°，做成軌道，進(jìn)行試驗(yàn)。其次取出100個(gè)硬幣，30個(gè)一角的，35個(gè)五角的，35個(gè)一元的。放置好這個(gè)裝置，把混合硬幣放進(jìn)料斗。結(jié)果試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有一部分五角的硬幣堆積在軌道上面，不能順利地滑到相應(yīng)的分揀口位置。正是由于軌道斜度不夠，導(dǎo)致硬幣重力下不能克服摩擦力運(yùn)到相應(yīng)的位置，最后導(dǎo)致硬幣在某處出現(xiàn)大范圍的堆積。

實(shí)驗(yàn)組再次把軌道的斜度設(shè)計(jì)成25°，進(jìn)行試驗(yàn)，同樣取出100個(gè)硬幣，30個(gè)一角的，35個(gè)五角的，35個(gè)一元的。放置好這個(gè)裝置，把混合硬幣放進(jìn)料斗。結(jié)果試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硬幣都能比較順暢地通過(guò)軌道進(jìn)入到相應(yīng)的區(qū)分口。也就說(shuō)明這個(gè)軌道的斜度是適合硬幣的分揀的。

實(shí)驗(yàn)組把軌道的斜度設(shè)計(jì)成25°，進(jìn)行試驗(yàn)，同樣取出100個(gè)硬幣，30個(gè)一角的，35個(gè)五角的，35個(gè)一元的。放置好這個(gè)裝置，把混合硬幣放進(jìn)料斗。結(jié)果試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硬幣重力勢(shì)能太大，下滑的速度也比較大，一角的硬幣跑到了五角硬幣里面，不能很好地區(qū)分，誤差率比較大。

于是項(xiàng)目組通過(guò)加減斜度來(lái)測(cè)試，最終發(fā)現(xiàn)把軌道的斜度設(shè)置在24.6左右，分揀硬幣的正確率最高，可以達(dá)到99.0%。

三、材料加工的方式

（一）打孔和銑軌道

首先畫(huà)好圖紙，用數(shù)控銑床把確定好的三個(gè)分揀口銑出來(lái)，由于要保證精度在0.1mm以內(nèi)，所有必須多次測(cè)量孔的直徑，保證銑出來(lái)的孔能滿足精度要求。

（二）連接方式

首先，由于該裝置分為區(qū)分區(qū)、檢測(cè)區(qū)、儲(chǔ)存區(qū)等，所以在連接方面，要確保各連接面能光滑對(duì)接。其次，涉及鈑金件的加工，那么得用到氬弧焊來(lái)連接各部件。最后，為了保證能對(duì)分揀出來(lái)的硬幣進(jìn)行檢測(cè)計(jì)數(shù)，得在鈑金軌道處開(kāi)一口，用來(lái)安裝電磁感應(yīng)傳感器。

四、NXP單片機(jī)的計(jì)數(shù)顯示

硬幣主要是運(yùn)用ARM系列的NXP開(kāi)發(fā)板對(duì)硬幣的存取進(jìn)行一個(gè)計(jì)數(shù)。這個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用DC24V感應(yīng)開(kāi)關(guān)對(duì)硬幣的加減數(shù)檢測(cè)，采用光耦合器把DC24V信號(hào)轉(zhuǎn)換成DC3.3V信號(hào)輸入到單片機(jī)里面，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化，單片機(jī)可靠性高，可工作幾億個(gè)小時(shí)無(wú)故障，處理功能強(qiáng)，計(jì)數(shù)速度快，采用的是DC3.3V低電壓，低功耗。

（一）計(jì)數(shù)程序

采用的是ARM系列的NXP開(kāi)發(fā)板進(jìn)行計(jì)數(shù)，PI1.4、PI1.5、PI1.6運(yùn)用于接收1角、5角、1元硬幣的脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)在LCD上顯示硬幣數(shù)量。

（二）顯示程序

顯示程序運(yùn)用的是LCD液晶觸摸顯示器，把儲(chǔ)蓄罐中1角、5角、1元的硬幣數(shù)量顯示出來(lái)。

五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)

把混合硬幣倒入料斗，硬幣順著滑道向下運(yùn)動(dòng)，依次分揀出1角、5角、1元硬幣。該滑道的原理是根據(jù)錢(qián)幣直徑的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分類。該滑道有三個(gè)出口，每個(gè)出口根據(jù)三種錢(qián)幣直徑設(shè)計(jì)，分類完畢后，通過(guò)軌道進(jìn)入到儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)。在分揀儲(chǔ)蓄的同時(shí)，對(duì)分揀出來(lái)的三種硬幣進(jìn)行檢測(cè)計(jì)數(shù)和通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)，最后可以對(duì)不同硬幣進(jìn)行一個(gè)取幣操作，按一次一種硬幣的按鈕，就可以取出相應(yīng)的一枚硬幣，同時(shí)，顯示屏顯示出實(shí)際的硬幣數(shù)量。硬幣主要是運(yùn)用ARM系列的NXP開(kāi)發(fā)板對(duì)硬幣的存取進(jìn)行一個(gè)計(jì)數(shù)。這個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用DC24V感應(yīng)開(kāi)關(guān)對(duì)硬幣的加減數(shù)檢測(cè)，采用光耦合器把DC24V信號(hào)轉(zhuǎn)換成DC3.3V信號(hào)輸入到單片機(jī)里面，最后通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。

六、應(yīng)用前景

本文研制的硬幣自動(dòng)分揀計(jì)數(shù)顯示裝置由于裝備小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，便于操作，便于攜帶，而且成本較低，成本估算大約在200元左右。不僅能進(jìn)行分類、計(jì)數(shù)，還可以進(jìn)行取幣，所以在公交公司、超市、自營(yíng)店、銀行、家庭的儲(chǔ)蓄罐都能使用。該裝置的取幣功能，可以在超市和便利店中更好地進(jìn)行找錢(qián)，因此具有很大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]毛璽，郭光立.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬幣面額識(shí)別[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2010（2）

[3]黃敏，朱曉林，沈穎，等.硬幣自動(dòng)分類器的研制[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2013（6）

[4]紀(jì)夢(mèng)月.硬幣快速計(jì)算與包裝器[J].中國(guó)科技教育，2013（9）

（責(zé)編 黎 原）