纸币展平分拣计数器 - 图文

第七届全国机械创新设计大赛作品

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

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

1 研究背景及意义 ........................................................................................................ 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 3.1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 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。

1.3 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机构需要针对小面额纸币的展平分拣计数机器，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。

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2 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 1角 5角 1元 尺寸 115×52 123×58 130×63 备注 第四套人民币 第四套人民币 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

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

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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。

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。

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图2-3 刮平装置内壁

根据表2-1数据以及刮平装置内壁，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。

图2-5 刮平装置支撑板型腔图

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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。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。

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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 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

根据分类机构的设计方案及主要参数进行三维建模，分类机构的导轨机器传动方案如图2-8所示。

图2-8 分类机构

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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150×80×45MM。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。电机尺寸如图2-10所示。

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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

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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，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;i<810;i++) //圈数2 //失步补偿

pul = ~pul;

delay(a); //驱动频率输出

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{

tmp++;

{

unsigned char tmp; unsigned int i; dir = 0;

}

if(tmp==6)

{

pul2=~pul2; //进钞电机频率输出 tmp=0;

}

} void zheng() //正转

for(i=0;i<406;i++) //400/圈//失步补偿

{

tmp++; pul = ~pul;

delay(a);//原来是70

if(tmp==6)

{

pul2=~pul2; tmp=0;

}

} } 计数：

/***************中断0 用于计时通过光电门的时间***************/

#pragma interrupt_handler int0_isr:iv_INT0 void int0_isr(void) {

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while(read) //若遮挡 则循环 { }

cnt++; //计时变量 neirong(); // 用于调试显示 }

/*读取遮蔽过程相当于延时，读取完毕后开电磁阀*/

delay(10);

if(76

{a++; OUT2_L;delay(1000); OUT1_H; }//电磁铁1开 1元 delay(10);

if(70

{b++; OUT1_L;delay(1000); OUT2_H; } //电磁铁2开，5毛. delay(10);

if(50

//neirong(); //显示钱数

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4 主要创新点

1.我们设计的是针对小面额纸币的展平分拣计数器，而目前市面上流通的都是大面额纸币的点钞机。

2.本机器具有对折角的纸币进行刮平的功能。刮平装置由滚筒和刮片构成，刮片在滚筒内的弹簧弹力下，使滚筒在转动过程中能利用刮片对纸币进行刮平。

3.根据纸币轻薄的特点，采用摩擦力较大滚轮带动锯齿轮，让纸币从滚轮与锯齿轮间通过，保证了纸币的平整运送。

4.可根据纸币的不同面额进行分类计数并收集。

5 作品的推广应用价值及前景

通过市场调研结果：目前无论是大量或是少量的小面额点钞都是通过人工进行，市场上小面额钞票流通量非常大，很多机构都需要对小面额钞票进行清点。由于工作时间长且繁杂无味，很难招到工人来清点钞票，所以需要支付的人工费用非常昂贵。纸币展平分拣计数器效率高，所需成本也非常低。因此，该设计具有较大的市场潜力和推广应用价值。

6 设计总结

通过以下两个方面进行总结： 优势：

1.从结构结构上说，利用打印机进纸机构的原理改装成进纸机构，废物利用，拆卸了废旧的打印机调试制作而成。展平机构中，利用电机转动滚轮带动刮片在滚筒内壁刮平纸币，上下共两次正反刮平，尽力保证实现展平功能。计数机构中，采用光电门遮挡计数，并连接到显示屏进行数字显示。使计数数值更加清晰可见，使机器整体更加的美观。分类机构中，根据纸币的长短来编程设值来进行分类，通过电磁铁的吸力作用来打开不同的进钞口进行分类和收集。

2.通过机器调试基本实现纸币的展平、分拣、计数、和收集的功能。实现最初设定的功能要求，若能通过市场需求的考核，就能实现小面额纸币分拣机器从无到有，从少到多的一大进步。

3.此次设计我们构思缜密，制作严谨，从开始进钞到最后收集都进行严格的计算，实验，调试。

不足之处：

1.此次设计和制作过程中，大部分工件机构都是通过自己手工加工制作而成，部分器件精度把控不是很好，导致机构有小概率出现失误。

2.光电门计数由于1元纸币水印处透光问题导致计数会出现失误。 3.在滚筒刮片机构和计数机构连接部分我们制作了连接件进行连接，导致定位不太准确，小概率会出现卡钱问题。

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改进：

由于时间限制，本次作品还有改进的地方：

1.使用精度更高的机床和量具进行工件的加工与测量，保证零件的精度。 2.在光电门见加入一层薄膜，保证纸币的准确计数。后期改用颜色传感器进行分类计数，提升识别的准确性。

3.在展平机构和分类机构连接部分做一个传送带，将有效的防止卡钱这种情况的发生。

7 参考文献

[1] 濮良贵.陈定国.吴立言. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计（第九版） [M]. 北京：高等教育出版社，2013

[2] 孙桓.陈作模.葛文杰.机械原理(第8版)[M].北京：高等教育出版社.2013 [3] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学（第7版）[M]. 北京：高等教育出版社.2009

[4] 陈海宴. 51单片机原理及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2014

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bx1.html