姜海涛　刘润华　刘鑫磊　江松轩　冯颖

摘 要：针对人工清点和分类硬币耗时、耗力，效率不高等问题，设计了一种便携式硬币自动分类计数装置。该装置以离心力为分离动力，根据不同面值硬币在直径上的细微差别，设计了独特的分离滑道，并采用红外计数方法。实验表明，该硬币分离器能实现硬币自动分类和计数，并具有结构简单，成本低等优点，具有广泛推广的价值。

关键词：硬币；分类；计数；便携式

中图分类号：TH-39 文献标识码：A

便携式硬币自动分类计数装置的研制

姜海涛 刘润华 刘鑫磊 江松轩 冯 颖

沈阳化工大学能源与动力工程学院 辽宁沈阳 110142

摘 要：针对人工清点和分类硬币耗时、耗力，效率不高等问题，设计了一种便携式硬币自动分类计数装置。该装置以离心力为分离动力，根据不同面值硬币在直径上的细微差别，设计了独特的分离滑道，并采用红外计数方法。实验表明，该硬币分离器能实现硬币自动分类和计数，并具有结构简单，成本低等优点，具有广泛推广的价值。

关键词：硬币；分类；计数；便携式

中图分类号：TH-39 文献标识码：A

Abstract：A portable coin sorting and counting device was designed in this paper to solve the problems caused by manual operating， such as time consuming， energy consumption and low efficiency. The device used centrifugal force as separation power； unique separation chute was designed according to the different denominations of coins in diameter and used infrared counting method. The experimental results showed that the coin separator could realize the automatic classification and counting， and had a wide range of promotional value for its advantages of simple structure， low cost and so on.

Key words：coin；sorting；counting；portable

硬币在人民的日常生活中扮演着重要的角色，随着人口的增加和社会文明程度的提高，硬币的需求量也日益增加。

硬币流通给人们带来许多方便，同时也带来一些问题和麻烦。从造币厂到银行，再到对硬币收取量比较大的企事业部门，如超市、公交车、地铁、投币电话、自动售货机行等都要对大量硬币进行计数、分类、包装等高效处理[ 1，2 ]。

目前硬币计数和整理使用的方法大多是依靠人工手点，耗时、耗力、效率不高、工作量庞大，针对这一问题，硬币自动清分设备应运而生。

目前國外进口的硬币清分设备价格昂贵，而且对我国硬币适用性较差；国内研究的此类产品也因为经济性差、技术较复杂、不易实现等原因而不能得到广泛的推广和应用[ 3，4 ]。

为了解决这一难题，本文针对目前市面上流通较多的第五版硬币，设计了一种便携式硬币自动分类和计数装置，具有机构简单、成本较低的特点。

1 便携式硬币自动分类计数装置的结构设计

1.1 总体结构

本文研制的硬币自动分类计数装置，其工作原理主要是根据不同面值硬币具有不同的直径大小来区分的，我国自2000年发行的第五版硬币的主要尺寸如表1所示。该硬币自动分离器的设计思路和总体结构如图1所示。

工作时将硬币投入到进给区中，通过分离区实现硬币的分散、平铺及逐一排队分离；从分离区出口排队而出的硬币具有一定的运动速度，并进入分离区滑道；在分离区内，不同面值的硬币因为直径不同而分别落入一元、五角、一角的滑道内，并沿光滑表面下滑，进入到滑道尽头的硬币收纳装置；在收纳装置处安装有红外线计数器，以实现硬币的计数功能。

该硬币分离器由分离装置，分类装置，动力装置和计数装置等部分组成，实物模型如图2所示。

1.2 分离装置

分离装置为立式圆筒体结构，模型材质为不锈钢，直径150mm，高80mm。

筒体上部接进给器，待分离的硬币通过进给器的漏斗和防止卡币的扰动挡片有次序的落入筒体中，防止大量硬币同时落下易造成的硬币堆积，筒体压力过大，转动不畅等情况。

筒体内设有锥角为60°的锥体，其作用是使落下的硬币在筒体内良好的分散，硬币沿锥体表面下滑后在筒体底部外缘处平铺。分离区筒体在动力装置的带动下以一定速度旋转，并依靠摩擦力带动筒体内的硬币旋转，使硬币受到一定的离心力作用，作为硬币进入下一区域——分离滑道的动力。

在筒壁与筒体连接的圆周处设置一个硬币出口，其尺寸略大于一元硬币的直径和厚度，从此出口，硬币以一定的圆周速度逐一排队而出，进入分离区滑道，开口尺寸仅允许每次有一枚硬币排出。

分离区筒体和锥体示意图如图3所示。

1.3 动力装置

动力装置由电机、联轴器、转轴、销钉、紧固螺母等组成，通过紧固螺母和销钉将旋转轴和分离区的筒体相连。主轴材质为碳钢，直径为10mm，经过强度计算，该主轴能够满足机器运转时的强度和稳定性要求。电机功率的选择是通过实验完成的，最终选取电机的转速为99r/min。

根据下式可计算出硬币从分离区筒体的硬币出口排出时离心力，取筒体直径为150mm，离心力值分别为一元硬币0.049N，五角硬币0.031N，一角硬币0.01N。

1.4 分类装置

硬币在离心力的作用下，从分离区筒体开口处，以一定的速度到达分类区滑道。该滑道是根据不同面值硬币在直径上的差别而设计的，滑道为上、中、下三层，每层滑道宽度分别等于一元、五角、一角硬币的直径（为保证硬币在滑道上的运动，需增加0.5～1mm的余量），并按照从宽到窄自上而下排列。滑道与筒体出币口处的连接设计为铰链，使之在一定范围内可自由调节滑道倾斜角度。硬币排出后，可根据直径不同在三层滑道上分类，并分别进入滑道末端的收纳装置进行归类储存和计数。分类区滑道的结构示意图如图4所示。

1.5 计数装置

硬币实现分离后，在不同宽度的滑道上下滑，落入滑道末端的收纳装置，在此处可进行硬币的计数。本分离器可以根据需要采取多种计数方式，包括：

1）物理计数，即将收纳装置设计为立式圆柱形筒体，筒体直径与对应滑道的宽度一致，根据所收纳硬币的厚度，在筒体外表面进行标定，以最简单的方式即可实现较为精确的计数。本方法不需使用计数仪表，成本低廉，适用于分离硬币量较少的场合。

2）红外线感应计数，即利用红外线感应计数器计数。红外线计数器分为对射式和反射式两种电路，对射是一个发射头和一个接收头在中间如有物件通过就遮挡一下光线，就输出一个脉冲信号触发一下计数电路，反射式红外线是把发射头和接收头做在一块成为一个红外探头，当探头前有一个物件出现就把发射头的红外线反射给接收头，探头输出一个脉冲给计数器计数。这种技术方法高效精确，适用于硬币量较多的应用。

3）重力感应计数，即利用压力传感器和不同面值硬币的质量的差异进行计数，用测量后的总质量除以各类硬币的质量，就可以计算出硬币数量。本硬币分离器在实验过程中采用红外计数方法。

2 成本及应用前景

2.1 成本预算

本文所设计的硬币自动分类和计数装置体积小、结构简单、所需的配件种类少、材料低廉易得、加工简便，因此成本较低，每套装置的成本预算见表2。

通过估算可得，每套硬币自动分类设备成本在320元左右，而目前市面上同类产品的价格大多在600元以上。

2.2 应用前景

硬币的分类、清点问题是普遍存在的难题，涉及的行业和部门广泛，现有的方法不仅消耗大量的人力物力而且效率不佳。因此，一种结构简单、结果精确、可自动操作的硬币分类清点装置必定有广阔的应用市场。

本文研制的便攜式硬币自动分类计数装置具有结构简单、操作方便、容量大，价格低等特点，将混杂的硬币倒入筒体内即可一次性的实现自动分类计数，可节省大量人力和时间。本分离器独特的分类滑道结构，可实现硬币的精确分类，耗时短、误差小。另外本分离器体积小，质量轻，移动方便，便于携带，因此具有较大的推广价值。

参考文献：

[1] 张丽娟.基于DSP的高速硬币清分系统[D].南京航空航天大学，2005，2.

[2] 毛玺，郭光立.基于神经网络的硬币面额识别[J].光电技术应用，2010，25（2）：54-56.

[3] 黄敏，朱晓林，沈颖等.硬币自动分类器的研制[J].机电产品开发与创新，2013，26（6）：43-45.

[4] 纪梦月.硬币快速计数和包装器[J].中国科技教育，2013， （9）： 24-25.

[5] 田素华.货币经济学[M].格致出版社，2013，2.