钱币分类机械装置.doc

纸币分类整理机械设计
设计者：李伟 史珂露 郭鲜 张朋
指导教师： 刘波
（西安工业大学机电工程学院，西安 710021）

摘要：本设计主要针对目前城市公交公司、商贸和银行关于钱币的分类、清点、整理需求而设计。目前以上场合的钱币分类主要依赖于人工，人力成本高且效率低下。本机械装置的主要功能是对混杂在一起的各种纸币和硬币进行分类、清点、整理。本设计准确、实用。可部分或者全部替代人工，减少人力成本。本设计的创新点主要有：（1）功能齐全，可同时实现硬币和纸币的分类、清点、整理。（2）结构紧凑，该设计中各模块排列紧凑。（3）该设计过程采用模块化设计，较多采用成熟技术，开发周期短。可靠性高。
关键词：钱币分类 识别 清点 整理 模块化设计
作品内容简介
该作品根据本届机械创新设计大赛的主旨“服务社会——高效、便利、个性化”，针对内容为 “钱币的分类、清点、整理机械装置”。
本设计采用模块化设计，将功能细分为硬币和纸币的整理、识别、分类。各个模块由专人负责，定期讨论交流，使得本设计能集中集体智慧。
本设计较多采用目前成熟技术，可靠性高，开发周期短。性价比高。
联系人：李伟
EMAIL：1126401078@
1 作品背景
城市公交公司、商贸和银行对于钱币的分类、清点、整理有较大需求。目前以上场合的钱币分类主要依赖于人工，人力成本高且效率低下
2 设计方案
2.1. 总体设计构想
总体设计框图如图2.1所示。本设计中采用模块化设计，设计任务分配如图2.2所示。

图2-1-1 总体设计框图

图2-1-2设计任务分配图
2.2. 各模块设计方案
2.2.1 硬币分类模块设计方案

2.2.2 纸币整理模块设计方案
方案一：振动式
先通过振动特制分离筛，同时给装置中通流动气体，加速符合厚度的纸币从细缝中掉到下一个装钱箱。步骤如何：
（1）振动：尽量把卷着的纸币打开。
（2）加潮：把处理过的纸币适量洒些水，降低纸币硬度。
（3）压平: 用一个压板把加过潮的纸币压平。
（4）烘干：用小功率加热器把纸币水分烘干。
方案二：摩擦式
通过静电吸引原理，先把圆筒的表面充上电荷，然后通过电荷的吸引力，圆筒吸附纸币，在通过圆筒上方的限制板，把不符合规格的纸币过滤掉。通过的纸币，降落到下一个纸币盒。步骤如何：
（1）通电：给圆筒表面充满电荷，防止电荷流失。
（2）电荷中和：把通过的纸币上的电荷中和，让通过的纸币落入纸币盒。

2.2.3.纸币的逐张分离方案设计：
纸币的分离要完成的任务是将整理好的纸币逐张分离出来，对于纸币分离，可参考打印机的送纸机构中的分纸机构，两者实现的功能基本相同，只是两者在尺寸及平整度方面有较大差别。这种差别只需对相应机构做出调整机构即可完成。故这里参考打印机的送纸机构设计。打印机的送纸机构主要有两种形式，即摩擦式和气动式。下面分别介绍两种送纸机构的工作原理。
气动式分离原理

图2.2.3.1气动式分离原理图
如图2.2.3.1
　　1）分纸嘴7向下移动，吸住最上面的一张纸后，上抬并后翘，以防止吸起双张，并有利于压纸吹嘴3的插入。
　　2）压纸吹嘴3插入，压住下面的纸并打开吹气气路吹风，使吸起的纸与下面的纸分开，同时探测纸堆高度。
　　3）递纸嘴8吸住纸张向右运动，此时分纸吸嘴7与递纸吸嘴8同时控制纸张，进行纸张的交接，即由分纸吸嘴7交给递纸吸嘴8。
　　4）分纸吸嘴7切断气路放纸，完成纸张交接，并随即上升，此时，压纸吹嘴3停止吹气离开纸堆，递纸吸嘴8向左运动将纸张输出。为保证纸张的正确交接与运输，递纸吸嘴8应实现一定的轨迹。
5）随着纸张的不断输出，输纸机纸堆监测系统随时提升纸堆高度，保证输纸不间断地进行。
摩擦式分离原理
如图2.2.3.2

图2.2.3.2摩擦式分离原理图
摩擦式打印机送纸机构包括纸张分离（media seperator)和挡纸结构(media stopper)，以及送纸机构（picking mechanism)三大部分。
纸张分离是靠搓纸轮和分离垫共同作用，其原理是纸张之间，纸张与搓纸轮之间，以及纸张与分离垫之间的摩擦是不一样的。当搓纸轮在送纸机构带动下送纸时纸张便进去了。
挡纸机构是防止一叠纸放进去时不对齐，或者放过了位置。因为每一个用户的手力量是不一样的，这样会增加多张之同时送进的机会.
对比上述两种方案，两者均在打印机上广泛使用，技术较成熟，可以借鉴，但方案二若在本设计中采用，则需要另外加上传送装置，由于相对于打印机的打印纸，本设计所针对的钱币平整度差，传送困难，若采用方案一，则可有送纸吸嘴直接将纸币送至相应储存处。结构简单紧凑。但方案一效率较低。设计结构图如图2.2.3．3所示。
识别传
感器
整理好
的纸币
可调节的
吸嘴（4个）
分离式
储藏箱

图2.2.3.3三维图

2.2.4 纸币识别、整理、计数及储存模块设计方案
2.2.4．1识别方案
方案1：
图像采集系统主要是南图像传感器对在传送带上高速传送的钞票进行采样、缓存，然后送至DSP图像处理模块。该系统是以CPLD完成钞票图像信息采集时序控制和数据缓存，采用接触式图像传感器(CIS)SV233A4W和模数转换器AD9822实现图像的采样和量化功能。另外，使用码盘和对管来实现传送带与采样的同步。清分机的图像采集系统主要由码盘、对管、传感器、A／D转换器、CPLD等组成。CPLD是系统核心，控制各部分时序及数据采集。当无钞票时，系统处于等待状态；当有钞票经过对管时，将产生一个触发信号，CPLD接收到触发信号后，将控制接触式图像传感器对钞票进行采样，采样间隔由码盘信号分频控制。采集到的图像信息经A／D转换后，存储到内部RAM中，为图像处理单元DSP的后续处理、识别提供数据。该系统原理框图如图2.2.4．1所示。

图2-2-4.1方案一原理图

方案2 ：
该系统以DSP为核心处理器，结合图像传感器CCD和复杂可编程逻辑器件CPLD，并辅以高性能的模/数转换器AD9200，进行纸币图像的采集、处理。该系统主要针对人民币第四版和第五版的5元、10元、20元、50元、100元九种纸币进行识别，利用数字图像处理技术和改进的自组织映射神经网络(SOFM)提取纸币图像的长度、宽度、方向块特征，区分纸币的面值、正反面与正反向。终极完成的系统能达到较高的识别速度和识别率。
识别系统的总体硬件结构如图1所示。人民币的图像首先通过传感器CCD扫描后得到光电转换信号，并经过AMP的三倍放大；然后将放大的模拟信号经过模数转换器AD9200转换成为标准的数字信号，送进到CPLD缓存；最后通过EDMA通道输进到DSP的RAM中，在DSP中进行图像的处理和识别。整个系统的信号逻辑时序由CPLD来控制。另外，还有一些辅助环节，如纸币输进输出装置、用户检测装置、复位装置等。
纸币图像的采集由CCD与A/D转换器组成。本系统采用线阵型CCD[1]，它的采样速度较快、电路设计比较简单、体积小、时序也易于实现。根据系统对采集速度的要求，设置横向分辨率为4像素/毫米，共采集800个像素点；纵向的分辨率为1像素 /毫米。每张图像的高度不超过76毫米，两张纸币之间还有一定的间隔，实际采集100列。这样，每张图像的像素为800×100。纸币的进进与离开的判定使用红外线光电管检测。系统原理框图如图2-2-4.2所示。

图2-2-4.2方案二原理图

2.2.4．3计数及储存模块设计方案
计数利用DSP的计数器实现，识别出相应币种，开相应计数器，软件易于实现。储存利用储存盒储存。待清分结束，可取出储存盒中的纸币，完成清分。
3创新点及应用前景
3.1.创新点
（1）功能齐全，可同时实现硬币和纸币的分类、清点、整理。
（2）结构紧凑，该设计中各模块排列紧凑。
（3）该设计过程采用模块化设计，较多采用成熟技术，开发周期短。可靠性高。
3.2.应用前景

参考文献
[1] 张展，姚振普 .实用机械传动设计手册[M].科学出版社.1994.6
[2] 孙桓，陈作模 葛文杰.机械原理[M].高等教育出版社.2006.5
[3] 机械设计手册编委会．机械设计手册[M]．北京：机械工业出版社．2005
[4] 储茂祥 巩荣芬 吴庆洪．一种纸币识别系统的设计[R]．北京：机械工业出版社．2009
6