1、第七屆全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽作品第七屆全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽作品設(shè)計說明書設(shè)計說明書作品名稱：紙幣展平分揀計數(shù)器設(shè) 計 者：沈豐旋、宋遠(yuǎn)韜、李林恒、楊文豪、任建坤指導(dǎo)老師：曾勇謀、申毅莉參賽單位: 梧州學(xué)院目錄目錄1 研究背景及意義.11.1 背景.11.2 國內(nèi)外研究狀態(tài).11.3 研究意義.11.4 研究內(nèi)容、擬解決的問題.12 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計.22.1 總體設(shè)計方案.22.2 進(jìn)鈔機(jī)構(gòu)設(shè)計.22.3 展平機(jī)構(gòu)設(shè)計.32.4 計數(shù)裝置設(shè)計.52.5 分類機(jī)構(gòu)設(shè)計.62.6 收集盒子設(shè)計.72.7 電機(jī)的選擇.72.8 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖.83 控制電路的設(shè)計及 AVR 編程 .93.1 主要電路設(shè)計

2、.93. 2 AVR 編程 .94 主要創(chuàng)新點.125 作品的推廣應(yīng)用價值及前景.126 設(shè)計總結(jié).127 參考文獻(xiàn).1311 研究背景及意義1.1 背景目前在銀行柜臺和公交車公司經(jīng)常有大批小面額紙幣要清點與計數(shù)，小面額紙幣紙質(zhì)輕薄，易皺褶，難平整，需要人工進(jìn)行清點展平，計數(shù)效率和準(zhǔn)確率低。銀行方面，一些做小本生意的商人每天收到的小面額紙幣非常多，當(dāng)他們拿著這些小面額紙幣來存款時對銀行無疑是一個難題，由于沒有小面額的點鈔機(jī)，銀行窗口的工作人員只能手動清點展平紙幣，經(jīng)常因此耽誤銀行辦理其他業(yè)務(wù)的時間，大大降低了銀行工作的效率。公交公司方面，每天各路公交車收到的小面額紙幣也非常之多，公交公司不得不

3、為此成立一個工作間并聘請工人來對每天的收入進(jìn)行清點展平，因為清點紙幣工作強(qiáng)度大、時間長、計數(shù)要求高，還存在衛(wèi)生條件差的問題，所以清點紙幣工人并不好招，這對公交公司是一筆巨大的支出。1.2 國內(nèi)外研究狀態(tài)各國紙幣流通在各個國家早已普及，清點分類一直是科研熱點。就國外而言，有針對大面額紙幣的清點機(jī)器，雖然還不能進(jìn)行分類收集，但在識別速度和清點準(zhǔn)確率方面已經(jīng)非常成功。而在國內(nèi)，目前對大面額紙幣的清點機(jī)器已經(jīng)越來越成熟。在清點速度以及準(zhǔn)確防偽上與國外還是有一定差距。同時，在市面上還沒有出現(xiàn)針對小面額紙幣的清點機(jī)構(gòu)，也沒有出現(xiàn)對紙幣平整的機(jī)器。1.3 研究意義隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場上的紙幣現(xiàn)金流通

4、量不斷增長，小面額紙幣在市場流通中占了很大的部分。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，紙幣的清點回收以及再進(jìn)入市場有著至關(guān)重要的作用，加強(qiáng)紙幣的流通次數(shù)對環(huán)境的發(fā)展也有很大的促進(jìn)作用。1.4 研究內(nèi)容、擬解決的問題主要研究針對小面額紙幣的展平分揀計數(shù)裝置。紙幣的展平減少了紙幣在自動化清點過程中因為褶皺而產(chǎn)生的錯誤識別，對紙幣的流通壽命有一定的加強(qiáng)，也方便了收集紙幣。在紙幣的分揀計數(shù)方面，解決目前市面上因為沒有小面額紙幣清分機(jī)對銀行、公交車公司等機(jī)構(gòu)造成的清分費(fèi)時費(fèi)力的難題。小面額紙幣在生活中使用范圍和頻率特別的高，在銀行以及公交車公司等機(jī)構(gòu)需要針對小面額紙幣的展2平分揀計數(shù)機(jī)器，有很大是市場前景。通過該機(jī)器可以增加

5、銀行的辦事效率，減輕公交車公司清點紙幣工人的工作強(qiáng)度，對紙幣的流通有促進(jìn)作用，大大減小小面額紙幣發(fā)行量，節(jié)約資源。2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計2.1 總體設(shè)計方案本機(jī)針對第四套人民幣進(jìn)行展平、分揀和計數(shù)，如表 2-1 所示。表 2-1 紙幣尺寸規(guī)格面值尺寸備注1 角11552第四套人民幣5 角12358第四套人民幣1 元13063第四套人民幣根據(jù)上述設(shè)計的要求，本機(jī)由以下各部分組成：進(jìn)鈔機(jī)構(gòu)：為了便于對紙幣進(jìn)行展平分類計數(shù)，把紙幣分成單張進(jìn)入機(jī)器中。展平機(jī)構(gòu)：利用帶彈力刮片的兩個滾筒把鈔票的折角刮片。解決了紙幣易褶皺，難平整的問題。計數(shù)裝置：利用紙幣通過光電門的時間對紙幣長度鑒別達(dá)到計數(shù)效

6、果。解決人工清點費(fèi)時費(fèi)力的問題。分類機(jī)構(gòu)：當(dāng)光電門鑒別出紙幣的類別后，利用繼電器控制推拉式電磁鐵打開收集盒子的出口，使鈔票分類進(jìn)入不同的盒子。方便收集展平計數(shù)后的紙幣。收集盒子：分別用于收集清點完畢后的紙幣，并在盒子上設(shè)計開口方便拿取紙幣。根據(jù)總體設(shè)計，本紙幣展平分揀計數(shù)器的組成如圖 2-1 所示。圖 2-1 總體設(shè)計結(jié)構(gòu)32.2 進(jìn)鈔機(jī)構(gòu)設(shè)計2.2.1 設(shè)計方案為了實現(xiàn)機(jī)器對紙幣進(jìn)行展平分類計數(shù)等的一系列的功能，首先必須有進(jìn)鈔機(jī)構(gòu)，保證能讓一疊紙幣分成單張進(jìn)入下一個機(jī)構(gòu)。本機(jī)構(gòu)使用廢舊打印機(jī)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆解并加以改裝，并加上直流電機(jī)調(diào)速器、步進(jìn)電機(jī)及凸輪等組成了進(jìn)紙機(jī)構(gòu)。2.2.2 工作原理

7、以一個直流電機(jī)為動力源，利用圓柱展開式直齒輪組做減速裝置，帶動主動滾輪的運(yùn)動，主動滾輪連接著一個在彈力作用下緊貼的從動滾輪，主動輪通過摩擦力帶動從動輪。機(jī)構(gòu)中加上卡鉤卡住一疊紙幣，利用彈簧板推動紙幣接觸主動滾輪，收縮卡鉤，主動輪利用摩擦把紙幣帶入兩滾筒間，此時彈簧板立即復(fù)位，并用卡溝卡住剩余紙幣。保證只有一張紙幣進(jìn)入滾輪中。通過兩滾輪的運(yùn)動把紙幣送入展平機(jī)構(gòu)內(nèi)。2.2.3 Pro/E 三維建模根據(jù)進(jìn)鈔機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案及主要參數(shù)進(jìn)行三維建模，如圖 2-2 所示。圖 2-2 進(jìn)紙機(jī)構(gòu)2.3 展平機(jī)構(gòu)設(shè)計2.3.1 設(shè)計方案及主要參數(shù)使用后的紙幣難免都會留下一些折角，人工在對紙幣進(jìn)行清點時往往會忽略一

8、些小的折角，折角長時間不去平整容易造成紙幣的缺角破損，讓紙幣失去流通能力，降低了紙幣的使用壽命，帶有折角的紙幣在包裝和存放方面有一定的影響，展平機(jī)構(gòu)能展平紙幣的折角，讓紙幣更易保存，延長紙幣的使用壽命。4如表 2-1 所示，設(shè)計一個刮平裝置內(nèi)壁。如圖 2-3 所示，半圓軌道長為110MM，寬度為 65MM，保證每種紙幣能依靠半圓軌道兩端的滾輪運(yùn)送。圖 2-3 刮平裝置內(nèi)壁根據(jù)表 2-1 數(shù)據(jù)以及刮平裝置內(nèi)壁，設(shè)計了刮片滾筒，刮片滾筒是在滾筒上開槽后放入刮片，并在之間加裝彈簧組成 ，如圖 2-4 所示。圖 2-4 刮片滾筒為了方便支撐固定刮平裝置內(nèi)壁、刮片滾筒、電機(jī)以及皮帶輪等，設(shè)計刮平裝置支撐

9、板，讓機(jī)構(gòu)固定。由于支撐板通孔與內(nèi)型腔較多且位置要求精確，所以選用厚度為 5mm 的亞克力板并用激光切割，保證精度的同時降低加工難度并保證支撐板的剛性。如圖 2-5 為加工支撐板型腔圖。5圖 2-5 刮平裝置支撐板型腔圖2.3.2 工作原理直流電機(jī)通過齒輪傳動和皮帶傳動帶動運(yùn)送紙幣的滾輪，當(dāng)紙幣通過第一個滾輪進(jìn)入內(nèi)壁軌道時，步進(jìn)電機(jī)帶動刮片滾筒正轉(zhuǎn)對一端折角進(jìn)行刮平，當(dāng)紙幣到達(dá)第二個滾輪時，通過光電門的信號檢測，控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)刮平另一端折角，這時候紙幣已經(jīng)完成其中一面的展平。在該裝置后以同樣的原理倒置一個相同的裝置，用于刮平另一面的折角，從而構(gòu)成展平機(jī)構(gòu)。2.3.3 Pro/E 三維建模根據(jù)

10、展平機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案及主要參數(shù)進(jìn)行三維建模，拆除一邊支撐板如圖2-6 所示。 圖 2-6 展平機(jī)構(gòu)2.4 計數(shù)裝置設(shè)計2.4.1 設(shè)計方案人工清點紙幣勞動強(qiáng)度很大，機(jī)器代替人工進(jìn)行識別計數(shù)很大程度上減輕6人工清點紙幣的強(qiáng)度，省時省力。根據(jù)表 2-1 的數(shù)據(jù)可知，三種紙幣的長度分別相差 8mm 和 7mm，加上紙幣剪裁印刷時的誤差，三種紙幣的相差范圍在 5-10mm。這就可以紙幣通過光電門的時間對紙幣長度鑒別達(dá)到計數(shù)識別的效果。2.4.2 工作原理當(dāng)紙幣經(jīng)過刮平機(jī)構(gòu)后，出口處設(shè)計 1 個光電門，根據(jù)紙幣運(yùn)動的速度恒定，通過測量紙幣經(jīng)過所需的時間來確定紙幣的長度，從而對紙幣進(jìn)行計數(shù)。光電門遮擋的時間

11、變量即為紙幣的長度，通過單片機(jī)可以判斷幾個不同的長度變量，從而控制對應(yīng)推拉式電磁鐵的動作，并在 12864 液晶顯示屏上顯示經(jīng)過張數(shù)。2.5 分類機(jī)構(gòu)設(shè)計2.5.1 設(shè)計方案及主要參數(shù)經(jīng)過計數(shù)后的紙幣對號入座，把不同面額的紙幣分入不同的盒子中，省去計數(shù)前后人工的對紙幣進(jìn)行分類。分類機(jī)構(gòu)由一條長導(dǎo)軌制作而成，如圖 2-7所示。圖 2-7 分類機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌2.5.2 工作原理以直流電機(jī)作為動力源，通過齒輪和皮帶的帶動，讓分類導(dǎo)軌中的軸開始轉(zhuǎn)動，在軸上加入橡膠圈保證軸在轉(zhuǎn)動帶起紙幣時有一定的摩擦力，在橡膠圈上用軟質(zhì)的據(jù)齒輪作為從動輪，可以保證紙幣在運(yùn)送過程中保持一條直線，防止出現(xiàn)歪斜或褶皺。在軌道中設(shè)計

12、有兩個曲柄機(jī)構(gòu)，當(dāng)光電門計數(shù)時輸出了 1角的信號，第 1 個曲柄機(jī)構(gòu)就在電磁鐵的吸力作用下帶動軸的轉(zhuǎn)動，打開第 1個收鈔口，讓 1 角紙幣順利進(jìn)入，5 角紙幣會由第二個收鈔口進(jìn)入，而,1 元紙幣，則通過軌道直接運(yùn)送到軌道末端出口。2.5.3 Pro/E 三維建模7根據(jù)分類機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案及主要參數(shù)進(jìn)行三維建模，分類機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌機(jī)器傳動方案如圖 2-8 所示。圖 2-8 分類機(jī)構(gòu)2.6 收集盒子設(shè)計2.6.1 設(shè)計方案及主要參數(shù)用來收集清點分類后的紙幣。為了方便觀察盒子收集紙幣是否已滿的問題，采用透明的亞克力板制成收集盒子，并根據(jù)表 2-1 制定的尺寸，盒子尺寸為1508045MM。為了方便取走收集

13、完成的紙幣，在收集盒子設(shè)計開口，用兩只手指便可輕而易舉取出所有紙幣，不需要反轉(zhuǎn)盒子來倒出紙幣。2.6.2 Pro/E 三維建模根據(jù)收集的設(shè)計方案及主要參數(shù)進(jìn)行三維建模，分類機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌機(jī)器傳動方案如圖 2-9 所示。圖 2-9 收集盒子2.7 電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇直接與機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率息息相關(guān)，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計及分析，考慮到進(jìn)紙機(jī)構(gòu)、刮平機(jī)構(gòu)運(yùn)送紙張以及分類機(jī)構(gòu)需要一定速度，再考慮到所受的載荷不打，所需動力也不是很大，選用小功率的直流電機(jī)，電壓為 12V。為了方便調(diào)節(jié)個機(jī)構(gòu)的速度，所以給直流電機(jī)配上調(diào)速驅(qū)動器，對一些要求聯(lián)8動的機(jī)構(gòu)且載荷很小的機(jī)構(gòu)采用皮帶的帶動方式。刮平機(jī)構(gòu)的刮片控制需要正反轉(zhuǎn)

14、且需要精準(zhǔn)運(yùn)動，但由于所需動力不大，所以選用步進(jìn)電機(jī) 42BYGH47-401。光電門計數(shù)需要一個穩(wěn)定的進(jìn)鈔速度，直流電機(jī)會因為電壓的不穩(wěn)導(dǎo)致速度的不穩(wěn)定從而使分類計數(shù)出現(xiàn)問題，所以在計數(shù)機(jī)構(gòu)前采用步進(jìn)電機(jī)42BYGH47-401 進(jìn)行帶動，保證計數(shù)的準(zhǔn)確性。電機(jī)尺寸如圖 2-10 所示。圖 2-10 步進(jìn)電機(jī)尺寸圖2.8 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-11 所示，為由以上各部分組成的整機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖 2-11 整體三維裝配圖93 控制電路的設(shè)計及 AVR 編程3.1 主要電路設(shè)計3.1.1 電源部分整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)行使用了一個 24V 開關(guān)電源進(jìn)行供電，開關(guān)電源給 3 個步進(jìn)驅(qū)動器及 5 個直流電機(jī)供電，開

15、關(guān)電源經(jīng)過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓成 5V、與 12V，分別給3 個單片機(jī)、3 個光電門、一個繼電器供電，因考慮負(fù)載較重，另有一個直流電壓源給電流為 1.5A 推拉式電磁鐵供電。3.1.2 機(jī)構(gòu)部分進(jìn)鈔機(jī)構(gòu)處采用了一個直流電機(jī)與一個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制，直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)均勻速運(yùn)行。該直流電機(jī)采用單獨一個無極 PWM 調(diào)速器進(jìn)行速度控制，步進(jìn)電機(jī)則通過單片機(jī)編程經(jīng)過一個步進(jìn)驅(qū)動器驅(qū)動該電機(jī)的勻速運(yùn)行。紙幣展平部分，在進(jìn)鈔處準(zhǔn)備第一次刮平前通過安裝一個光電門檢測是否有紙幣進(jìn)入，以待刮平，第二次刮平處也安裝一光電門檢測是否有紙幣到達(dá)了第二次刮平入口處，光電門檢測到信號發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)處理之后執(zhí)行刮平操作，另

16、有 3 個直流電機(jī)帶動滾筒，這 3 個直流電機(jī)均連接到同一個 PWM調(diào)速器上，以確保同步，刮平裝置由步進(jìn)電機(jī)帶動，步進(jìn)電機(jī)均由驅(qū)動器驅(qū)動并通過單片機(jī)控制正反轉(zhuǎn)，程序設(shè)計正刮兩次，反刮 1 次。計數(shù)分類部分，計數(shù)分類部分通過光電門與單片機(jī)相連，并且控制一個繼電器來控制推拉式電磁鐵，單片機(jī)通過光電門檢測回來的數(shù)據(jù)分辨出紙幣類型控制電磁鐵開合以進(jìn)入不同位置。3. 2 AVR 編程部分程序如下：步進(jìn)電機(jī)：void fan() /反轉(zhuǎn) dir=1 unsigned char tmp; unsigned int i; dir = 1; /反轉(zhuǎn)for(i=0;i810;i+) /圈數(shù) 2 /失步補(bǔ)償 pul

17、 = pul;10 delay(a); /驅(qū)動頻率輸出 tmp+; if(tmp=6) pul2=pul2; /進(jìn)鈔電機(jī)頻率輸出tmp=0; void zheng() /正轉(zhuǎn) unsigned char tmp; unsigned int i; dir = 0;for(i=0;i406;i+) /400/圈/失步補(bǔ)償 tmp+; pul = pul; delay(a);/原來是 70 if(tmp=6) pul2=pul2;tmp=0; 計數(shù)：/*中斷 0 用于計時通過光電門的時間*/#pragma interrupt_handler int0_isr:iv_INT0void int0_isr

18、(void)11 while(read) /若遮擋 則循環(huán) cnt+; /計時變量 neirong(); / 用于調(diào)試顯示 /*讀取遮蔽過程相當(dāng)于延時，讀取完畢后開電磁閥*/ delay(10); if(76cnt&cnt100) a+; OUT2_L;delay(1000); OUT1_H; /電磁鐵 1 開 1 元 delay(10); if(70cnt&cnt75) b+; OUT1_L;delay(1000); OUT2_H; /電磁鐵 2 開，5 毛. delay(10); if(50cnt&cnt68) /1 毛 c+; OUT2_L; OUT1_L; cnt=0; /neiron

19、g(); /顯示錢數(shù) 124 主要創(chuàng)新點1.我們設(shè)計的是針對小面額紙幣的展平分揀計數(shù)器，而目前市面上流通的都是大面額紙幣的點鈔機(jī)。2.本機(jī)器具有對折角的紙幣進(jìn)行刮平的功能。刮平裝置由滾筒和刮片構(gòu)成，刮片在滾筒內(nèi)的彈簧彈力下，使?jié)L筒在轉(zhuǎn)動過程中能利用刮片對紙幣進(jìn)行刮平。3.根據(jù)紙幣輕薄的特點，采用摩擦力較大滾輪帶動鋸齒輪，讓紙幣從滾輪與鋸齒輪間通過，保證了紙幣的平整運(yùn)送。4.可根據(jù)紙幣的不同面額進(jìn)行分類計數(shù)并收集。5 作品的推廣應(yīng)用價值及前景通過市場調(diào)研結(jié)果：目前無論是大量或是少量的小面額點鈔都是通過人工進(jìn)行，市場上小面額鈔票流通量非常大，很多機(jī)構(gòu)都需要對小面額鈔票進(jìn)行清點。由于工作時間長且繁雜無味，很難招到工人來清點鈔票，所以需要支付的人工費(fèi)用非常昂貴。紙幣展平分揀計數(shù)器效率高，所需成本也非常低。因此，該設(shè)計具有較大的市場潛力和推廣應(yīng)用價值。6 設(shè)計總結(jié)通過以下兩個方面進(jìn)行總結(jié)：優(yōu)勢：1.從結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上說，利用打印機(jī)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)的原理改裝成進(jìn)紙機(jī)構(gòu)，廢物利用，拆卸了廢舊的打印機(jī)調(diào)試制作而成。展平機(jī)構(gòu)中，利用電機(jī)轉(zhuǎn)動滾輪帶動刮片在滾筒內(nèi)壁刮平紙幣，上下共兩次正反刮平，盡力保證實現(xiàn)展平功能。計數(shù)機(jī)構(gòu)中，采用光電門遮擋計數(shù)，并連接到顯示屏進(jìn)行數(shù)字顯示。使計數(shù)數(shù)值更加清晰可見，使機(jī)器整體更加的美觀。分類機(jī)構(gòu)中，根據(jù)