纸币展平分拣计数器讲解

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1、第七届全国机械创新设计大赛作品第七届全国机械创新设计大赛作品 设计说明书设计说明书 作品名称：纸币展平分拣计数器 设 计 者：沈丰旋、宋远韬、李林恒、杨文豪、任建 坤 指导老师：曾勇谋、申毅莉 参赛单位: 梧州学院 目录目录 1 研究背景及意义1 1.1 背景1 1.2 国内外研究状态1 1.3 研究意义1 1.4 研究内容、拟解决的问题1 2 总体结构的设计2 2.1 总体设计方案2 2.2 进钞机构设计2 2.3 展平机构设计3 2.4 计数装置设计5 2.5 分类机构设计6 2.6 收集盒子设计7 2.7 电机的选择7 2.8 整机结构图8 3 控制电路的设计及 AVR 编程 .9 3.

2、1 主要电路设计 9 3. 2 AVR 编程 9 4 主要创新点12 5 作品的推广应用价值及前景12 6 设计总结12 7 参考文献13 1 1 研究背景及意义 1.1 背景 目前在银行柜台和公交车公司经常有大批小面额纸币要清点与计数，小面 额纸币纸质轻薄，易皱褶，难平整，需要人工进行清点展平，计数效率和准确 率低。 银行方面，一些做小本生意的商人每天收到的小面额纸币非常多，当他们 拿着这些小面额纸币来存款时对银行无疑是一个难题，由于没有小面额的点钞 机，银行窗口的工作人员只能手动清点展平纸币，经常因此耽误银行办理其他 业务的时间，大大降低了银行工作的效率。 公交公司方面，每天各路公交车收到

3、的小面额纸币也非常之多，公交公司 不得不为此成立一个工作间并聘请工人来对每天的收入进行清点展平，因为清 点纸币工作强度大、时间长、计数要求高，还存在卫生条件差的问题，所以清 点纸币工人并不好招，这对公交公司是一笔巨大的支出。 1.2 国内外研究状态 各国纸币流通在各个国家早已普及，清点分类一直是科研热点。就国外而 言，有针对大面额纸币的清点机器，虽然还不能进行分类收集，但在识别速度 和清点准确率方面已经非常成功。而在国内，目前对大面额纸币的清点机器已 经越来越成熟。在清点速度以及准确防伪上与国外还是有一定差距。同时，在 市面上还没有出现针对小面额纸币的清点机构，也没有出现对纸币平整的机器。 1

4、.3 研究意义 随着我国国民经济的发展，市场上的纸币现金流通量不断增长，小面额纸 币在市场流通中占了很大的部分。在经济发展中，纸币的清点回收以及再进入 市场有着至关重要的作用，加强纸币的流通次数对环境的发展也有很大的促进 作用。 1.4 研究内容、拟解决的问题 主要研究针对小面额纸币的展平分拣计数装置。纸币的展平减少了纸币在 自动化清点过程中因为褶皱而产生的错误识别，对纸币的流通寿命有一定的加 强，也方便了收集纸币。 在纸币的分拣计数方面，解决目前市面上因为没有小面额纸币清分机对银 行、公交车公司等机构造成的清分费时费力的难题。小面额纸币在生活中使用 范围和频率特别的高，在银行以及公交车公司等

5、机构需要针对小面额纸币的展 2 平分拣计数机器，有很大是市场前景。通过该机器可以增加银行的办事效率， 减轻公交车公司清点纸币工人的工作强度，对纸币的流通有促进作用，大大减 小小面额纸币发行量，节约资源。 2 总体结构的设计总体结构的设计 2.1 总体设计方案 本机针对第四套人民币进行展平、分拣和计数，如表 2-1 所示。 表 2-1 纸币尺寸规格 面值尺寸备注 1 角11552第四套人民币 5 角12358第四套人民币 1 元13063第四套人民币 根据上述设计的要求，本机由以下各部分组成： 进钞机构：为了便于对纸币进行展平分类计数，把纸币分成单张进入机器 中。 展平机构：利用带弹力刮片的两个

6、滚筒把钞票的折角刮片。解决了纸币易 褶皱，难平整的问题。 计数装置：利用纸币通过光电门的时间对纸币长度鉴别达到计数效果。解 决人工清点费时费力的问题。 分类机构：当光电门鉴别出纸币的类别后，利用继电器控制推拉式电磁铁 打开收集盒子的出口，使钞票分类进入不同的盒子。方便收集展平计数后的纸 币。 收集盒子：分别用于收集清点完毕后的纸币，并在盒子上设计开口方便拿 取纸币。 根据总体设计，本纸币展平分拣计数器的组成如图 2-1 所示。 图 2-1 总体设计结构 3 2.2 进钞机构设计 2.2.1 设计方案 为了实现机器对纸币进行展平分类计数等的一系列的功能，首先必须有进 钞机构，保证能让一叠纸币分成

7、单张进入下一个机构。本机构使用废旧打印机 进纸机构进行拆解并加以改装，并加上直流电机调速器、步进电机及凸轮等组 成了进纸机构。 2.2.2 工作原理 以一个直流电机为动力源，利用圆柱展开式直齿轮组做减速装置，带动主 动滚轮的运动，主动滚轮连接着一个在弹力作用下紧贴的从动滚轮，主动轮通 过摩擦力带动从动轮。机构中加上卡钩卡住一叠纸币，利用弹簧板推动纸币接 触主动滚轮，收缩卡钩，主动轮利用摩擦把纸币带入两滚筒间，此时弹簧板立 即复位，并用卡沟卡住剩余纸币。保证只有一张纸币进入滚轮中。通过两滚轮 的运动把纸币送入展平机构内。 2.2.3 Pro/E 三维建模 根据进钞机构的设计方案及主要参数进行三维

8、建模，如图 2-2 所示。 图 2-2 进纸机构 2.3 展平机构设计 2.3.1 设计方案及主要参数 使用后的纸币难免都会留下一些折角，人工在对纸币进行清点时往往会忽 略一些小的折角，折角长时间不去平整容易造成纸币的缺角破损，让纸币失去 流通能力，降低了纸币的使用寿命，带有折角的纸币在包装和存放方面有一定 的影响，展平机构能展平纸币的折角，让纸币更易保存，延长纸币的使用寿命。 4 如表 2-1 所示，设计一个刮平装置内壁。如图 2-3 所示，半圆轨道长为 110MM，宽度为 65MM，保证每种纸币能依靠半圆轨道两端的滚轮运送。 图 2-3 刮平装置内壁 根据表 2-1 数据以及刮平装置内壁，

9、设计了刮片滚筒，刮片滚筒是在滚筒 上开槽后放入刮片，并在之间加装弹簧组成 ，如图 2-4 所示。 图 2-4 刮片滚筒 为了方便支撑固定刮平装置内壁、刮片滚筒、电机以及皮带轮等，设计刮 平装置支撑板，让机构固定。由于支撑板通孔与内型腔较多且位置要求精确， 所以选用厚度为 5mm 的亚克力板并用激光切割，保证精度的同时降低加工难度 并保证支撑板的刚性。如图 2-5 为加工支撑板型腔图。 5 图 2-5 刮平装置支撑板型腔图 2.3.2 工作原理 直流电机通过齿轮传动和皮带传动带动运送纸币的滚轮，当纸币通过第一 个滚轮进入内壁轨道时，步进电机带动刮片滚筒正转对一端折角进行刮平，当 纸币到达第二个滚

10、轮时，通过光电门的信号检测，控制步进电机反转刮平另一 端折角，这时候纸币已经完成其中一面的展平。在该装置后以同样的原理倒置 一个相同的装置，用于刮平另一面的折角，从而构成展平机构。 2.3.3 Pro/E 三维建模 根据展平机构的设计方案及主要参数进行三维建模，拆除一边支撑板如图 2-6 所示。 图 2-6 展平机构 2.4 计数装置设计 2.4.1 设计方案 人工清点纸币劳动强度很大，机器代替人工进行识别计数很大程度上减轻 6 人工清点纸币的强度，省时省力。 根据表 2-1 的数据可知，三种纸币的长度分别相差 8mm 和 7mm，加上纸 币剪裁印刷时的误差，三种纸币的相差范围在 5-10mm

11、。这就可以纸币通过光 电门的时间对纸币长度鉴别达到计数识别的效果。 2.4.2 工作原理 当纸币经过刮平机构后，出口处设计 1 个光电门，根据纸币运动的速度恒 定，通过测量纸币经过所需的时间来确定纸币的长度，从而对纸币进行计数。 光电门遮挡的时间变量即为纸币的长度，通过单片机可以判断几个不同的长度 变量，从而控制对应推拉式电磁铁的动作，并在 12864 液晶显示屏上显示经过 张数。 2.5 分类机构设计 2.5.1 设计方案及主要参数 经过计数后的纸币对号入座，把不同面额的纸币分入不同的盒子中，省去 计数前后人工的对纸币进行分类。分类机构由一条长导轨制作而成，如图 2-7 所示。 图 2-7

12、分类机构导轨 2.5.2 工作原理 以直流电机作为动力源，通过齿轮和皮带的带动，让分类导轨中的轴开始 转动，在轴上加入橡胶圈保证轴在转动带起纸币时有一定的摩擦力，在橡胶圈 上用软质的据齿轮作为从动轮，可以保证纸币在运送过程中保持一条直线，防 止出现歪斜或褶皱。在轨道中设计有两个曲柄机构，当光电门计数时输出了 1 角的信号，第 1 个曲柄机构就在电磁铁的吸力作用下带动轴的转动，打开第 1 个收钞口，让 1 角纸币顺利进入，5 角纸币会由第二个收钞口进入，而,1 元纸 币，则通过轨道直接运送到轨道末端出口。 2.5.3 Pro/E 三维建模 7 根据分类机构的设计方案及主要参数进行三维建模，分类机

13、构的导轨机器 传动方案如图 2-8 所示。 图 2-8 分类机构 2.6 收集盒子设计 2.6.1 设计方案及主要参数 用来收集清点分类后的纸币。为了方便观察盒子收集纸币是否已满的问题， 采用透明的亚克力板制成收集盒子，并根据表 2-1 制定的尺寸，盒子尺寸为 1508045MM。为了方便取走收集完成的纸币，在收集盒子设计开口，用两只 手指便可轻而易举取出所有纸币，不需要反转盒子来倒出纸币。 2.6.2 Pro/E 三维建模 根据收集的设计方案及主要参数进行三维建模，分类机构的导轨机器传动 方案如图 2-9 所示。 图 2-9 收集盒子 2.7 电机的选择 电机的选择直接与机器的运转效率息息相

14、关，根据机械结构的设计及分析， 考虑到进纸机构、刮平机构运送纸张以及分类机构需要一定速度，再考虑到所 受的载荷不打，所需动力也不是很大，选用小功率的直流电机，电压为 12V。 为了方便调节个机构的速度，所以给直流电机配上调速驱动器，对一些要求联 8 动的机构且载荷很小的机构采用皮带的带动方式。 刮平机构的刮片控制需要正反转且需要精准运动，但由于所需动力不大， 所以选用步进电机 42BYGH47-401。 光电门计数需要一个稳定的进钞速度，直流电机会因为电压的不稳导致速 度的不稳定从而使分类计数出现问题，所以在计数机构前采用步进电机 42BYGH47-401 进行带动，保证计数的准确性。电机尺寸

15、如图 2-10 所示。 图 2-10 步进电机尺寸图 2.8 整机结构图 如图 2-11 所示，为由以上各部分组成的整机结构图。 图 2-11 整体三维装配图 9 3 控制电路的设计及 AVR 编程 3.1 主要电路设计 3.1.1 电源部分 整个机构的运行使用了一个 24V 开关电源进行供电，开关电源给 3 个步进 驱动器及 5 个直流电机供电，开关电源经过稳压管稳压成 5V、与 12V，分别给 3 个单片机、3 个光电门、一个继电器供电，因考虑负载较重，另有一个直流电 压源给电流为 1.5A 推拉式电磁铁供电。 3.1.2 机构部分 进钞机构处采用了一个直流电机与一个步进电机进行运动控制，

16、直流电机 与步进电机均匀速运行。该直流电机采用单独一个无极 PWM 调速器进行速度 控制，步进电机则通过单片机编程经过一个步进驱动器驱动该电机的匀速运行。 纸币展平部分，在进钞处准备第一次刮平前通过安装一个光电门检测是否 有纸币进入，以待刮平，第二次刮平处也安装一光电门检测是否有纸币到达了 第二次刮平入口处，光电门检测到信号发送给单片机，单片机处理之后执行刮 平操作，另有 3 个直流电机带动滚筒，这 3 个直流电机均连接到同一个 PWM 调速器上，以确保同步，刮平装置由步进电机带动，步进电机均由驱动器驱动 并通过单片机控制正反转，程序设计正刮两次，反刮 1 次。 计数分类部分，计数分类部分通过光电门与单片机相连，并且控制一个继 电器来控制推拉式电磁铁，单片机通过光电门检测回来的数据分辨出纸币类型 控制电磁铁开合以进入不同位置。 3. 2 AVR 编程 部分程序如下： 步进电机： void fan() /反转 dir=1 unsigned char tmp; unsigned int i; dir = 1; /反转 for(i=0;i810;i+) /圈数 2 /