黃智, 楊瑩, 許廣成, 謝遠, 王煜, 柳中中

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小面額紙幣清分機的研制

黃智, 楊瑩, 許廣成, 謝遠, 王煜, 柳中中

(湖南文理學院機械工程學院, 湖南常德, 415000)

針對小面額紙幣清分過程中依靠手工操作, 勞動強度大、時間長及不衛(wèi)生的問題, 研制了一款小面額紙幣清分機。該機由入鈔口、導向機構(gòu)、導鈔、出鈔口、計數(shù)5個部分組成, 其核心技術(shù)部分采用純機械結(jié)構(gòu), 體積小、工作性能穩(wěn)定。通過大量清分實驗驗證, 分鈔速度達到450張/min, 準確率達到85%, 可廣泛應(yīng)用于公交、地鐵、零售業(yè)等每天需要接收大量小面額紙幣的行業(yè)。

小面額紙幣; 純機械結(jié)構(gòu); 錐齒輪導向機構(gòu); 分鈔速度

目前, 國內(nèi)小面額紙幣存在清分整理、存款、兌換難等情況, 導致了小面額紙幣難以進入銀行紙幣回籠體系[1]。另外, 清分機消費市場多年來始終由進口產(chǎn)品所占據(jù), 而且價格昂貴[2]。例如勞雷爾公司研究出新的人民幣清分機—TDUSOC、德國的捷得(G+D)等, 通過自由設(shè)定10個清分等級, TDUSOC可以判斷出鈔票是否適合ATM的使用或能繼續(xù)流通, 并可同時對3種不同面額的人民幣進行面額的清分和張數(shù)的點算[3–4]。這些清分機大都采用傳感器對紙幣進行清分, 由于傳感器受外界環(huán)境影響較大, 使得清分效果不太理想。針對上述問題, 設(shè)計了一款小面額紙幣清分機。其核心技術(shù)采用純機械機構(gòu), 根據(jù)不同面額紙幣長度的不同, 來達到清分的目的。通過智能程序?qū)崿F(xiàn)對紙幣的計數(shù)。

1 小面額紙幣清分機簡介

小面額紙幣清分機主要功能是將小面額紙幣如1角、5角、1元清分并計數(shù)。其清分原理為: 根據(jù)紙幣長度的不同, 設(shè)計好出鈔口與紙幣另一側(cè)的距離將紙幣分開。其工作過程為:首先, 入鈔口將成疊的紙幣逐一分成單張; 再利用4對錐齒輪和1對偏置輪組成的導向機構(gòu)將紙幣沿一側(cè)對齊, 根據(jù)紙幣長度的不同, 設(shè)計好出鈔口處偏置輪與紙幣另一側(cè)的距離將紙幣分開; 最后紙幣通過各個分鈔口被卷入收鈔盒。每個收鈔盒底部裝有傳感器, 傳感器將接收到的經(jīng)過紙幣的信號傳給STC89C52單片機, 在 LCD1602顯示屏顯示出不同面額紙幣的張數(shù)與總額。清分機工作過程如圖1所示。

圖1 紙幣清分機的工作流程圖

2 小面額紙幣清分機的結(jié)構(gòu)及工作原理

圖2為小面額紙幣清分機的三維圖。其主要由入鈔、導向機構(gòu)、導鈔、出鈔、傳動、機架6個部分組成。

圖2 小面額紙幣清分機三維圖

(1) 入鈔。入鈔口由底板、齒輪軸、捻鈔輪和擋板組成。底板上成疊紙幣由齒輪軸上捻鈔輪將成疊紙幣的最下面一張首先送進入鈔口[5], 直至將最后一張紙幣送進入鈔口為止。

(2) 導向機構(gòu)。導向機構(gòu)是整個清分機的核心部分(圖3)。其主要由4對錐齒輪[6]、1對偏置輪、1對半圓凸臺、1個支撐板、1排捻鈔輪以及4根齒輪軸組成。導向機構(gòu)主要作用是上面的2對錐齒輪帶動下面的2對錐齒輪, 從而給1對偏置輪傳遞動力, 使得經(jīng)過偏置輪的紙幣獲得一個向前和向左的速度, 讓紙幣沿輸送方向的左側(cè)對齊, 為接下來的分鈔做準備。清分機的結(jié)構(gòu)參數(shù)為: 高度420 mm; 長度610 mm; 寬度170 mm; 導向機構(gòu)及出鈔口偏置輪均偏置30°。

圖3 錐齒輪導向機構(gòu)

(3) 導鈔。導鈔部分主要由齒輪軸、捻鈔輪、電機、2GT同步帶、同步輪和從動輪組成。2GT同步帶在電機帶動下, 可以實現(xiàn)平穩(wěn)地向前輸送紙幣。紙幣的輸送依靠捻鈔輪和紙幣之間壓緊所產(chǎn)生的摩擦力來進行, 具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小的特點[7]。

(4) 出鈔。出鈔口由齒輪軸、支撐板、電機支撐架、電機、偏置輪、2GT同步帶和同步輪組成。1元與5角的工作原理為: 根據(jù)不同面額紙幣的長度來調(diào)整支撐板與紙幣右側(cè)的距離, 位于1元出鈔口處的偏置輪僅能與1元紙幣相切, 并迅速將其卷入到收鈔盒(圖4); 最后, 剩下的1角紙幣將由導鈔輪一直向前輸送, 進入1角紙幣收鈔盒。

圖4 五角出鈔口仰視圖

(5) 傳動。傳動部分由電機、2GT同步帶和同步輪組成。其工作原理為: 調(diào)節(jié)各電機的轉(zhuǎn)速, 入鈔部分、導向部分、導鈔及出鈔口電機轉(zhuǎn)速分別為420、1 100、1 500及2 800 r/min。通過2GT皮帶和同步輪, 將動力輸送給各齒輪軸, 實現(xiàn)運動和動力的傳遞。2GT同步帶的優(yōu)點: 傳動效率高, 可達98％～99.5％; 與帶輪之間反向間隙小、不打滑、傳動比準確; 角速度恒定不需潤滑, 既省油又不會產(chǎn)生污染; 使用壽命長且無需保養(yǎng)[6]。

(6) 機架。清分機機架采用厚度為2.5 mm的40鋼板, 用轉(zhuǎn)塔沖床一次沖出板形, 采用這種設(shè)計的好處是機架的左、右兩側(cè)板中相對應(yīng)精度較高的部分可以一次加工完成, 保證了左、右側(cè)板與相關(guān)零件的裝配精度。

3 電氣硬件設(shè)計

電氣硬件主要由信號輸入、CPU控制、LCD1602顯示屏3個部分組成。其中信號輸入由3個光電傳感器組成, 用于檢測是否有紙幣經(jīng)過。如果有, 則給CPU一個高電平輸入信號。CPU控制部分是電氣硬件的主要部分, 由STC89C52單片機組成, 其特點是抗干擾性能強、速度快、功耗低等[8–9]。CPU記錄不同面額紙幣的張數(shù)以及計算出所有紙幣的總額, 并將這些數(shù)值及時顯示和更新在LCD1602顯示屏上。最后利用PROTEUS 仿真軟件繪制硬件電路圖, 用KEIL軟件進行程序的編寫, 然后進行聯(lián)合仿真調(diào)試[10]。其仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 計數(shù)仿真結(jié)果

4 調(diào)試

該紙幣清分機采用純機械機構(gòu), 為使紙幣清分機清分的效果達到最好, 必須對各個部分電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)試。因此在組裝好所有的零件之后, 通過調(diào)節(jié)直流電機調(diào)速模塊的旋鈕, 來控制輸出的電壓大小, 達到控制電機轉(zhuǎn)速大小的目的。經(jīng)過調(diào)速測試、觀察紙幣清分機清分的效果, 得到入鈔部分、導向部分、導鈔及出鈔口電機的最佳轉(zhuǎn)速分別為420、1 100、1 500及2 800 r/min。

5 結(jié)論

經(jīng)過清分實驗驗證, 小面額紙幣清分機的分鈔速度達到450張/min以上, 清分準確率高達85%以上, 能夠大大減少工作人員清分的時間和勞動強度, 基本上實現(xiàn)了紙幣清分的自動化。另外, 與其它同類型清分機相比, 該清分機采用純機械方式清分, 結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜, 適用于所有紙幣的清分。

[1] 杜銘, 宮芳. 紙幣清分機關(guān)鍵技術(shù)問題研究[J]. 中國科技信息, 2008,8(3): 250–251.

[2] 羅皓斐. 紙幣清分機圖像處理系統(tǒng)的研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2005.

[3] 蔡勐. 紙幣清分機控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計[D]. 北京: 北京郵電大學, 2012.

[4] 王松濤. 紙幣識別技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D]. 哈爾濱: 哈爾濱理工大學, 2009.

[5] 何佳兵, 李習倫, 劉松波, 等. 紙幣清分機系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]. 機電工程技術(shù), 2007, 36(8): 29–31, 39.

[6] 陳國定, 吳立言, 濮良貴. 機械設(shè)計[M]. 9版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 186–235.

[7] 潘存云. 機械原理[M]. 2版. 長沙: 中南大學出版社, 2012: 185–186.

[8] 吳健, 侯文, 鄭賓. 基于STC89C52單片機的溫度控制系統(tǒng)[J]. 電腦知識與技術(shù), 2011, 7(4): 902–903, 919.

[9] 王節(jié)旺. 一種基于STC89C52RC單片機的計時系統(tǒng)的設(shè)計方案[J]. 微型機與應(yīng)用, 2011, 30(6): 28–30.

[10] 彭建英, 彭光含, 曾志剛. 基于單片機的簡易電子琴設(shè)計[J]. 湖南文理學院學報(自然科學版), 2015, 27(4): 30–32.

(責任編校:劉剛毅)

The research of a small denomination notes sorting

Huang Zhi, Yang Ying, Xu Guangcheng, Xie Yuan, Wang Yu, Liu Zhongzhong

(Department of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, Hunan)

During the distribution of small denomination notes relying on heavy manual operation, it is not only heavy labor intensity, but also unhealthy. A small denomination notes sorting is composed of five parts: notes entry, guide mechanism, guide notes, bank notes, and count.And its core technology uses pure mechanical structure, small volume, and stable working performance. Through a lot of experimental verifications, its speed of distribution notes reaches 450 min-1or more, the accuracy rate as high as 85%, so it can be widely used in bus, subway and retail which industry daily need accept a large number of small denomination notes.

small denomination notes; pure mechanical structure; bevel gear steering mechanism; speed of distribution notes

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.04.010

TH 193.5

1672–6146(2016)04–0043–03

楊瑩, 19305513@qq.com; 黃智, 673536137@qq.com。

2016–07–05

湖南省教育廳項目(12C0819); 湖南文理學院教改項目(JGYB1438)。