李耀南 何 虎 薛 旭

（宁夏大学 机械工程学院，银川 750021）

一种硬币自动清选分离计数机械设计

李耀南 何 虎 薛 旭

（宁夏大学 机械工程学院，银川 750021）

针对硬币在流通过程中存在不易清点等问题，在原有的硬币清分装置基础上，设计开发了一种新型全自动硬币清选计数的机器。该机器具有设计原理简单，抗振动，抗电磁干扰能力强等特点，且成本低廉。它利用不同币值的硬币的直径大小不同，实现硬币清分；然后通过光敏传感器对硬币数量进行统计，最终实现了硬币清分和计数功能。

硬币 旋转盘 分离盘 硬币清分机 计数

众所周知，硬币应用广泛，在地铁、公交、自动售货机、银行等部门发挥着重大作用。但是，硬币的回笼问题一直阻碍着其流通，主要表现在以下方面：对于大量集中回收的硬币无法及时清点，难以处理；大多数部门对硬币的清分工作，主要是人工操作，效率低下，且费时费力；处理过程中经常发现各类伪造硬币，目前还没有一种有效、高速的检伪方式；国外己有的各类硬币清分机、硬币包卷机等设备价格高、体积大，对于一些中小型机构部门来说成本高，不适用。

针对上述问题，设计开发了一种全自动硬币清选计数机。不仅符合我国实际国情，而且功能完善、性能稳定，具有重要的实际意义。从经济效益上，该设计能够满足市场需求，实现硬币分离清点机电一体化的发展；从社会效益来看，该设计解决了硬币的回笼问题，提高了硬币的流通能力，具有广阔的社会应用前景和经济效益。

1 硬币清分机的现状

硬币在人民日常生活中发挥着重要作用，很多国家与地区都对其清分机有所研究。但是，由于各国国情和货币体系不同，无法设计制造出统一的硬币清分机器。所以，需针对各自不同的货币体系，设计对应的清分系统。

相对而言，在清分机的设计过程中，国外的一些公司起步发展较早，相关技术也比较成熟，且占据了较多的市场份额。根据清分硬币速度不同，国外的清分机产品主要包括三个层次，低档、中档和高档。其中，低档清分速度不超过1000枚/min，而高档的速度超过了1500枚/min，中档的速度介于两者之间。所用的原理方法包含两种：根据物理技术进行清分和根据性能指标清分。而高速清分机大多数采用第二种原理设计来实现硬币清分。比如，瑞典的SCANCOIN AB公司，针对不同货币系统设计了与之对应的清分机器，准确率高，技术手段成熟；日本的荣光也很有名，但使用这些产品造成成本过高，且其技术垄断。

相较而言，国内起步稍晚，技术上也存在一定差异。国内许多知名大学也对硬币识别做了深入研究。清华大学、北京科技大学等多家单位在技术设备上做了一些改进，但是功能仍然不够完善，在鉴别硬币的过程中存在识别不完整、效率低等问题。

综上所述，针对既有的硬币清分装置，笔者在前人的基础上，研发了一种设计原理简单，抗振动，抗电磁干扰能力强且成本低廉的新型全自动硬币清选计数的机器。对于硬币防伪功能的设计还未实现，待后续研发。

2 硬币清分机机构设计

2.1 工作流程

对于各种硬币分类功能的实现，目前有许多种方法，如根据厚度形状进行区分、根据体积密度大小区分以及依据硬币表面图案图像进行识别等。笔者通过对现行流通的硬币进行比对发现：一元硬币重量、直径均最大；1角硬币的直径最小，其他硬币在直径尺寸上也各有差异。因此，以硬币的直径尺寸作为分离硬币币值的准则，对4种直径的硬币进行分离。各种不同硬币的直径如表1所示。

表1 四种硬币直径分布表

首先把混合的硬币按直径分成4类。以1元硬币为例，1元硬币被分离的同时对其进行计数。其他三种硬币的具体操作与一元硬币一样，不作重复介绍。工作流程如图1所示。

图1 工作流程图

2.2 分离机构方案的设计

分离机构方案设计如下：将旋转盘固定在分离盘的上方，旋转盘可以旋转，分离盘固定（分离盘上按从左至右分布有宽度从小到大的扇形孔，旋转盘上均匀分布着直径相同的圆孔）。然后，将分离盘按与水平方向成30°固定在底座上。启动电动机，主电机带动旋转盘旋转，副电机带动进料机构的进料装置缓慢进料，使旋转盘转动，则旋转盘中的硬币进入旋转盘上面的圆孔（每个圆孔只能装下一个硬币），旋转盘上的圆孔带着硬币一起旋转。当硬币跟着旋转盘到达选币盘的扇形孔上方时，不同直径的硬币会从相应直径的扇形孔落下，达到分离硬币的目的。装置简图如图2所示。

图2 装置简图

3 硬币分离机控制系统设计

3.1 硬币的计数

本系统利用光敏传感器进行硬币的计数。计数装置是用光电三极管作为检测元件。把光敏传感器装于分离孔的下方，每落下一个硬币计一次数。电路图如图3所示。

图3 光敏计数器

3.2 电路设计

目前，市场上采用的编程控制器电路设计具有开发周期短、抗干扰能力强的优点。但是，作为批量生产，其价格昂贵，保密性差，易于模仿。为了满足上述系统的正常工作，采用单片机自行开发印制电路板，对只有开关量输入、输出的控制系统，干扰问题易解决，同时电路板布线简单，易于实现系统功能，可靠性高。计数实例如图4所示。

图4 计数实例

图5 控制系统流程图

3.3 控制系统简介

硬币清分机控制系统简介：首先启动电源，对系统进行初始化；然后按下启动按钮，电机开始转动，系统开始计数；若中途需要暂停，按下暂停按钮，电动机停止转动；若中途无暂停，则系统继续运行，直到硬币的数目大于或等于钱箱的总容量，电机停止转动，从而系统运行结束。流程图如图5所示。

4 总结与展望

本机根据硬币直径的大小对我国现行流通的硬币进行清分，具有设计简便、清分准确、维护简单、价格低廉等优势，可以满足未来硬币清分机发展的需求。此产品已研发出实体样机，能够准确分离各种硬币，可应用到公交公司和银行部门的硬币清分工作中去。但是，由于硬币清分机对硬币的判别仅采用依据硬币直径不同的方法，若硬币中混有直径与硬币相同的伪币，该设备则难以准确鉴别分离。因此，防伪功能的实现是后续研究设计工作的重点。

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A Coin Automatic Cleaning Separation and Counting Machine Design

LI Yaonan, HE Hu, XUE Xu
(School of Mechanical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021)

Coins brought many convenient at the same time there is a problem is not easy to check.In view of the existing coin distribution device, developed a simple design principle, vibration resistance, resistance to electromagnetic interference ability and low cost of new type automatic cleaning coin counting machine. According to the size of the diameter distribution of coin currency. Using photosensitive sensor to count of the coin.

coin, ratating disc, separating plate, coin sorter, counting

宁夏大学科学研究基金资助（ZR1426）。