錢幣自動分類清點機設計,錢幣,自動,分類,清點,設計 紙幣分類整理機械設計 設計者：李偉 史珂露 郭鮮 張朋 指導教師： 劉波 （西安工業(yè)大學機電工程學院，西安 710021） 摘要：本設計主要針對目前城市公交公司、商貿和銀行關于錢幣的分類、清點、整理需求而設計。目前以上場合的錢幣分類主要依賴于人工，人力成本高且效率低下。本機械裝置的主要功能是對混雜在一起的各種紙幣和硬幣進行分類、清點、整理。本設計準確、實用。可部分或者全部替代人工，減少人力成本。本設計的創(chuàng)新點主要有：（1）功能齊全，可同時實現(xiàn)硬幣和紙幣的分類、清點、整理。（2）結構緊湊，該設計中各模塊排列緊湊。（3）該設計過程采用模塊化設計，較多采用成熟技術，開發(fā)周期短。可靠性高。 關鍵詞：錢幣分類 識別 清點 整理 模塊化設計 作品內容簡介 該作品根據(jù)本屆機械創(chuàng)新設計大賽的主旨“服務社會——高效、便利、個性化”，針對內容為 “錢幣的分類、清點、整理機械裝置”。 本設計采用模塊化設計，將功能細分為硬幣和紙幣的整理、識別、分類。各個模塊由專人負責，定期討論交流，使得本設計能集中集體智慧。 本設計較多采用目前成熟技術，可靠性高，開發(fā)周期短。性價比高。 聯(lián)系人：李偉 EMAIL：1126401078@qq.com 1 作品背景 城市公交公司、商貿和銀行對于錢幣的分類、清點、整理有較大需求。目前以上場合的錢幣分類主要依賴于人工，人力成本高且效率低下。 2 設計方案 2.1. 總體設計構想 總體設計框圖如圖2.1所示。本設計中采用模塊化設計，設計任務分配如圖2.2所示。 圖2-1-1 總體設計框圖 圖2-1-2設計任務分配圖 2.2. 各模塊設計方案 2.2.1 硬幣分類模塊設計方案 2.2.2 紙幣整理模塊設計方案 方案一：振動式 先通過振動特制分離篩，同時給裝置中通流動氣體，加速符合厚度的紙幣從細縫中掉到下一個裝錢箱。步驟如何： （1）振動：盡量把卷著的紙幣打開。 （2）加潮：把處理過的紙幣適量灑些水，降低紙幣硬度。 （3）壓平: 用一個壓板把加過潮的紙幣壓平。 （4）烘干：用小功率加熱器把紙幣水分烘干。 方案二：摩擦式 通過靜電吸引原理，先把圓筒的表面充上電荷，然后通過電荷的吸引力，圓筒吸附紙幣，在通過圓筒上方的限制板，把不符合規(guī)格的紙幣過濾掉。通過的紙幣，降落到下一個紙幣盒。步驟如何： （1）通電：給圓筒表面充滿電荷，防止電荷流失。 （2）電荷中和：把通過的紙幣上的電荷中和，讓通過的紙幣落入紙幣盒。 2.2.3.紙幣的逐張分離方案設計： 紙幣的分離要完成的任務是將整理好的紙幣逐張分離出來，對于紙幣分離，可參考打印機的送紙機構中的分紙機構，兩者實現(xiàn)的功能基本相同，只是兩者在尺寸及平整度方面有較大差別。這種差別只需對相應機構做出調整機構即可完成。故這里參考打印機的送紙機構設計。打印機的送紙機構主要有兩種形式，即摩擦式和氣動式。下面分別介紹兩種送紙機構的工作原理。 氣動式分離原理 圖2.2.3.1氣動式分離原理圖 如圖2.2.3.1 　　1）分紙嘴7向下移動，吸住最上面的一張紙后，上抬并后翹，以防止吸起雙張，并有利于壓紙吹嘴3的插入。 　　2）壓紙吹嘴3插入，壓住下面的紙并打開吹氣氣路吹風，使吸起的紙與下面的紙分開，同時探測紙堆高度。 　　3）遞紙嘴8吸住紙張向右運動，此時分紙吸嘴7與遞紙吸嘴8同時控制紙張，進行紙張的交接，即由分紙吸嘴7交給遞紙吸嘴8。 　　4）分紙吸嘴7切斷氣路放紙，完成紙張交接，并隨即上升，此時，壓紙吹嘴3停止吹氣離開紙堆，遞紙吸嘴8向左運動將紙張輸出。為保證紙張的正確交接與運輸，遞紙吸嘴8應實現(xiàn)一定的軌跡。 5）隨著紙張的不斷輸出，輸紙機紙堆監(jiān)測系統(tǒng)隨時提升紙堆高度，保證輸紙不間斷地進行。 摩擦式分離原理 如圖2.2.3.2 圖2.2.3.2摩擦式分離原理圖 摩擦式打印機送紙機構包括紙張分離（media seperator)和擋紙結構(media stopper)，以及送紙機構（picking mechanism)三大部分。 紙張分離是靠搓紙輪和分離墊共同作用，其原理是紙張之間，紙張與搓紙輪之間，以及紙張與分離墊之間的摩擦是不一樣的。當搓紙輪在送紙機構帶動下送紙時，紙張便進去了。 擋紙機構是防止一疊紙放進去時不對齊，或者放過了位置。因為每一個用戶的手力量是不一樣的，這樣會增加多張之同時送進的機會. 對比上述兩種方案，兩者均在打印機上廣泛使用，技術較成熟，可以借鑒，但方案二若在本設計中采用，則需要另外加上傳送裝置，由于相對于打印機的打印紙，本設計所針對的錢幣平整度差，傳送困難，若采用方案一，則可有送紙吸嘴直接將紙幣送至相應儲存處。結構簡單緊湊。但方案一效率較低。設計結構圖如圖2.2.3．3所示。 識別傳 感器 整理好 的紙幣 可調節(jié)的 吸嘴（4個） 分離式 儲藏箱 圖2.2.3.3三維圖 2.2.4 紙幣識別、整理、計數(shù)及儲存模塊設計方案 2.2.4．1識別方案 方案1： 圖像采集系統(tǒng)主要是南圖像傳感器對在傳送帶上高速傳送的鈔票進行采樣、緩存，然后送至DSP圖像處理模塊。該系統(tǒng)是以CPLD完成鈔票圖像信息采集時序控制和數(shù)據(jù)緩存，采用接觸式圖像傳感器(CIS)SV233A4W和模數(shù)轉換器AD9822實現(xiàn)圖像的采樣和量化功能。另外，使用碼盤和對管來實現(xiàn)傳送帶與采樣的同步。清分機的圖像采集系統(tǒng)主要由碼盤、對管、傳感器、A／D轉換器、CPLD等組成。CPLD是系統(tǒng)核心，控制各部分時序及數(shù)據(jù)采集。當無鈔票時，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；當有鈔票經過對管時，將產生一個觸發(fā)信號，CPLD接收到觸發(fā)信號后，將控制接觸式圖像傳感器對鈔票進行采樣，采樣間隔由碼盤信號分頻控制。采集到的圖像信息經A／D轉換后，存儲到內部RAM中，為圖像處理單元DSP的后續(xù)處理、識別提供數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)原理框圖如圖2.2.4．1所示。 圖2-2-4.1方案一原理圖 方案2 ： 該系統(tǒng)以DSP為核心處理器，結合圖像傳感器CCD和復雜可編程邏輯器件CPLD，并輔以高性能的模/數(shù)轉換器AD9200，進行紙幣圖像的采集、處理。該系統(tǒng)主要針對人民幣第四版和第五版的5元、10元、20元、50元、100元九種紙幣進行識別，利用數(shù)字圖像處理技術和改進的自組織映射神經網絡(SOFM)提取紙幣圖像的長度、寬度、方向塊特征，區(qū)分紙幣的面值、正反面與正反向。終極完成的系統(tǒng)能達到較高的識別速度和識別率。 識別系統(tǒng)的總體硬件結構如圖1所示。人民幣的圖像首先通過傳感器CCD掃描后得到光電轉換信號，并經過AMP的三倍放大；然后將放大的模擬信號經過模數(shù)轉換器AD9200轉換成為標準的數(shù)字信號，送進到CPLD緩存；最后通過EDMA通道輸進到DSP的RAM中，在DSP中進行圖像的處理和識別。整個系統(tǒng)的信號邏輯時序由CPLD來控制。另外，還有一些輔助環(huán)節(jié)，如紙幣輸進輸出裝置、用戶檢測裝置、復位裝置等。 紙幣圖像的采集由CCD與A/D轉換器組成。本系統(tǒng)采用線陣型CCD[1]，它的采樣速度較快、電路設計比較簡單、體積小、時序也易于實現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)對采集速度的要求，設置橫向分辨率為4像素/毫米，共采集800個像素點；縱向的分辨率為1像素 /毫米。每張圖像的高度不超過76毫米，兩張紙幣之間還有一定的間隔，實際采集100列。這樣，每張圖像的像素為800×100。紙幣的進進與離開的判定使用紅外線光電管檢測。系統(tǒng)原理框圖如圖2-2-4.2所示。 圖2-2-4.2方案二原理圖 2.2.4．3計數(shù)及儲存模塊設計方案 計數(shù)利用DSP的計數(shù)器實現(xiàn)，識別出相應幣種，開相應計數(shù)器，軟件易于實現(xiàn)。儲存利用儲存盒儲存。待清分結束，可取出儲存盒中的紙幣，完成清分。 3創(chuàng)新點及應用前景 3.1.創(chuàng)新點 （1）功能齊全，可同時實現(xiàn)硬幣和紙幣的分類、清點、整理。 （2）結構緊湊，該設計中各模塊排列緊湊。 （3）該設計過程采用模塊化設計，較多采用成熟技術，開發(fā)周期短?？煽啃愿摺? 3.2.應用前景 參考文獻 [1] 張展，姚振普 .實用機械傳動設計手冊[M].科學出版社.1994.6 [2] 孫桓，陳作模 葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社.2006.5 [3] 機械設計手冊編委會．機械設計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社．2005 [4] 儲茂祥 鞏榮芬 吳慶洪．一種紙幣識別系統(tǒng)的設計[R]．北京：機械工業(yè)出版社．2009 6