小面额纸币清分机的研制

黄智, 杨莹, 许广成, 谢远, 王煜, 柳中中



小面额纸币清分机的研制

黄智, 杨莹, 许广成, 谢远, 王煜, 柳中中

(湖南文理学院机械工程学院, 湖南常德, 415000)

针对小面额纸币清分过程中依靠手工操作, 劳动强度大、时间长及不卫生的问题, 研制了一款小面额纸币清分机。该机由入钞口、导向机构、导钞、出钞口、计数5个部分组成, 其核心技术部分采用纯机械结构, 体积小、工作性能稳定。通过大量清分实验验证, 分钞速度达到450张/min, 准确率达到85%, 可广泛应用于公交、地铁、零售业等每天需要接收大量小面额纸币的行业。

小面额纸币; 纯机械结构; 锥齿轮导向机构; 分钞速度

目前, 国内小面额纸币存在清分整理、存款、兑换难等情况, 导致了小面额纸币难以进入银行纸币回笼体系[1]。另外, 清分机消费市场多年来始终由进口产品所占据, 而且价格昂贵[2]。例如劳雷尔公司研究出新的人民币清分机—TDUSOC、德国的捷得(G+D)等, 通过自由设定10个清分等级, TDUSOC可以判断出钞票是否适合ATM的使用或能继续流通, 并可同时对3种不同面额的人民币进行面额的清分和张数的点算[3–4]。这些清分机大都采用传感器对纸币进行清分, 由于传感器受外界环境影响较大, 使得清分效果不太理想。针对上述问题, 设计了一款小面额纸币清分机。其核心技术采用纯机械机构, 根据不同面额纸币长度的不同, 来达到清分的目的。通过智能程序实现对纸币的计数。

1 小面额纸币清分机简介

小面额纸币清分机主要功能是将小面额纸币如1角、5角、1元清分并计数。其清分原理为: 根据纸币长度的不同, 设计好出钞口与纸币另一侧的距离将纸币分开。其工作过程为:首先, 入钞口将成叠的纸币逐一分成单张; 再利用4对锥齿轮和1对偏置轮组成的导向机构将纸币沿一侧对齐, 根据纸币长度的不同, 设计好出钞口处偏置轮与纸币另一侧的距离将纸币分开; 最后纸币通过各个分钞口被卷入收钞盒。每个收钞盒底部装有传感器, 传感器将接收到的经过纸币的信号传给STC89C52单片机, 在 LCD1602显示屏显示出不同面额纸币的张数与总额。清分机工作过程如图1所示。

图1 纸币清分机的工作流程图

2 小面额纸币清分机的结构及工作原理

图2为小面额纸币清分机的三维图。其主要由入钞、导向机构、导钞、出钞、传动、机架6个部分组成。

图2 小面额纸币清分机三维图

(1) 入钞。入钞口由底板、齿轮轴、捻钞轮和挡板组成。底板上成叠纸币由齿轮轴上捻钞轮将成叠纸币的最下面一张首先送进入钞口[5], 直至将最后一张纸币送进入钞口为止。

(2) 导向机构。导向机构是整个清分机的核心部分(图3)。其主要由4对锥齿轮[6]、1对偏置轮、1对半圆凸台、1个支撑板、1排捻钞轮以及4根齿轮轴组成。导向机构主要作用是上面的2对锥齿轮带动下面的2对锥齿轮, 从而给1对偏置轮传递动力, 使得经过偏置轮的纸币获得一个向前和向左的速度, 让纸币沿输送方向的左侧对齐, 为接下来的分钞做准备。清分机的结构参数为: 高度420 mm; 长度610 mm; 宽度170 mm; 导向机构及出钞口偏置轮均偏置30°。

图3 锥齿轮导向机构

(3) 导钞。导钞部分主要由齿轮轴、捻钞轮、电机、2GT同步带、同步轮和从动轮组成。2GT同步带在电机带动下, 可以实现平稳地向前输送纸币。纸币的输送依靠捻钞轮和纸币之间压紧所产生的摩擦力来进行, 具有结构紧凑、传动平稳、噪声小的特点[7]。

(4) 出钞。出钞口由齿轮轴、支撑板、电机支撑架、电机、偏置轮、2GT同步带和同步轮组成。1元与5角的工作原理为: 根据不同面额纸币的长度来调整支撑板与纸币右侧的距离, 位于1元出钞口处的偏置轮仅能与1元纸币相切, 并迅速将其卷入到收钞盒(图4); 最后, 剩下的1角纸币将由导钞轮一直向前输送, 进入1角纸币收钞盒。

图4 五角出钞口仰视图

(5) 传动。传动部分由电机、2GT同步带和同步轮组成。其工作原理为: 调节各电机的转速, 入钞部分、导向部分、导钞及出钞口电机转速分别为420、1 100、1 500及2 800 r/min。通过2GT皮带和同步轮, 将动力输送给各齿轮轴, 实现运动和动力的传递。2GT同步带的优点: 传动效率高, 可达98％～99.5％; 与带轮之间反向间隙小、不打滑、传动比准确; 角速度恒定不需润滑, 既省油又不会产生污染; 使用寿命长且无需保养[6]。

(6) 机架。清分机机架采用厚度为2.5 mm的40钢板, 用转塔冲床一次冲出板形, 采用这种设计的好处是机架的左、右两侧板中相对应精度较高的部分可以一次加工完成, 保证了左、右侧板与相关零件的装配精度。

3 电气硬件设计

电气硬件主要由信号输入、CPU控制、LCD1602显示屏3个部分组成。其中信号输入由3个光电传感器组成, 用于检测是否有纸币经过。如果有, 则给CPU一个高电平输入信号。CPU控制部分是电气硬件的主要部分, 由STC89C52单片机组成, 其特点是抗干扰性能强、速度快、功耗低等[8–9]。CPU记录不同面额纸币的张数以及计算出所有纸币的总额, 并将这些数值及时显示和更新在LCD1602显示屏上。最后利用PROTEUS 仿真软件绘制硬件电路图, 用KEIL软件进行程序的编写, 然后进行联合仿真调试[10]。其仿真结果如图5所示。

图5 计数仿真结果

4 调试

该纸币清分机采用纯机械机构, 为使纸币清分机清分的效果达到最好, 必须对各个部分电机的转速进行调试。因此在组装好所有的零件之后, 通过调节直流电机调速模块的旋钮, 来控制输出的电压大小, 达到控制电机转速大小的目的。经过调速测试、观察纸币清分机清分的效果, 得到入钞部分、导向部分、导钞及出钞口电机的最佳转速分别为420、1 100、1 500及2 800 r/min。

5 结论

经过清分实验验证, 小面额纸币清分机的分钞速度达到450张/min以上, 清分准确率高达85%以上, 能够大大减少工作人员清分的时间和劳动强度, 基本上实现了纸币清分的自动化。另外, 与其它同类型清分机相比, 该清分机采用纯机械方式清分, 结构简单、价格便宜, 适用于所有纸币的清分。

[1] 杜铭, 宫芳. 纸币清分机关键技术问题研究[J]. 中国科技信息, 2008,8(3): 250–251.

[2] 罗皓斐. 纸币清分机图像处理系统的研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2005.

[3] 蔡勐. 纸币清分机控制系统的分析与设计[D]. 北京: 北京邮电大学, 2012.

[4] 王松涛. 纸币识别技术的研究与实现[D]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2009.

[5] 何佳兵, 李习伦, 刘松波, 等. 纸币清分机系统的研究与开发[J]. 机电工程技术, 2007, 36(8): 29–31, 39.

[6] 陈国定, 吴立言, 濮良贵. 机械设计[M]. 9版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 186–235.

[7] 潘存云. 机械原理[M]. 2版. 长沙: 中南大学出版社, 2012: 185–186.

[8] 吴健, 侯文, 郑宾. 基于STC89C52单片机的温度控制系统[J]. 电脑知识与技术, 2011, 7(4): 902–903, 919.

[9] 王节旺. 一种基于STC89C52RC单片机的计时系统的设计方案[J]. 微型机与应用, 2011, 30(6): 28–30.

[10] 彭建英, 彭光含, 曾志刚. 基于单片机的简易电子琴设计[J]. 湖南文理学院学报(自然科学版), 2015, 27(4): 30–32.

(责任编校:刘刚毅)

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

杨莹, 19305513@qq.com; 黄智, 673536137@qq.com。

2016–07–05

湖南省教育厅项目(12C0819); 湖南文理学院教改项目(JGYB1438)。