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城市公交汽车自动找零分类机设计说明书设计者：周航、张玉祥、苏开远、韩超、吴平指导老师：吴南星、廖达海景德镇陶瓷学院机械电子工程学院2015.51目录作品简介....................................................21研制背景及意义...............................................21.1研制背景及国内外相关现状...................................21.2研制意义...................................................32.设计方案....................................................32.1产品原理....................................................32.1.1总体设计构想..............................................32.1.2辅助部分.................................................42.2关键部分方案确定...........................................53.运行方式及性能分析..........................................63.1运行方式...................................................63.2性能分析....................................................74.设计计算......................................................74.1机器的二维示意图...............................................74.2材料设计计算...................................................84.3硬币真假识别装置原理............................................94.4读币机大概原理图...............................................104.5找零机大概原理图..............................................114.6读币器、找零器之间的电路分析..................................114.7显示液晶.....................................................114.8硬币检测电路..................................................124.8步进电机驱动电路..............................................124.9整体控制电路...................................................125.作品三维立体及其爆炸图截图.......................................136.创新点及其应用价值..............................................146.1创新点.........................................................146.2应用价值.......................................................14参考文献.......................................................152城市公交汽车自动找零分类机设计说明书设计者：周航、张玉祥、苏开远、韩超、吴平指导老师：吴南星、廖达海摘要：以现实当下的人们出行离不开的公共交通设备，愈来愈朝着便捷化和高效化发展趋势为思考指导方向，结合本届全国大学生机械创新设计大赛的主题思路，设计制造一种可以识别真假币、分类，清点、整理钱币，并且具有找零功能于一体的，试调简单，造价低廉，可通用于所有的城市公交的投币机。关键词：公交、找零、硬币、纸币、自动化、分类作品内容简介本作品根据本届(第七届)全国大学生机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“钱币的分类、清点、整理机械装置”。本作品可以识别真假币、分类，清点、整理钱币，并且有找零功能，并且试调简单，可通用于所有的城市公交投币，使我们的诸多公交公司就不会有假币带来的损失，减少用于人工化钱币整理的开支，节省的资源可以用于更多有用的地方，人们的出行就变得更轻松、简单。本作品就是通过在传统只具备单一收集功能的投币机的基础上进行几项功能的创新设计，来实现以上所说的五项新增功能，让人们心中的“公交钱币烦恼”最大化解决。联系人：吴南星联系电话：13979811390EMAIL:wnx1968@163.com1研制背景及意义1.1研制背景及国内外相关现状现实生活中，我们出行离不开公共交通，而公交汽车则是大多数人选择的首要对象。虽然现在随着公交卡的普及，使用公交卡的比例已越来越大，而投币的人越来越少，但那不代3表我们就能松懈，一旦投币机的防盗、防伪工作稍后懈怠，不法分子就会钻空子，公交企业就会受到损失。打个比方来说，以上海公交为例，80%以上的乘客刷卡。上海公交有大约2万辆车，每台投币机每天收款300-500元不等。如果每辆车每天有10元钱的出入，一年365天就要相差7300万。每天10元对每辆车来说稍不注意就损失了，积少成多对公交公司一年下来就是一个很大的损失了。在大量的硬币和纸币现金交易出现的“乱象”，让公交公司对于这类钱币的人工化分类、整理、清点的财力投入甚大，且效率低下，难以避免假硬币的出现，降低公司收入营业额；由于现在人们工作生活时间紧急情况时常出现，我们往往会出现身边没有零钱坐公交的情况，让原本一两块钱就可以解决的路费，最后可能花了十几块钱打了的士，或者“高价”坐了一次公交等等，出现这一切矛盾的原因，与我们现有公交汽车上所装的简易式投币机有大关系。没有损失就是盈利，目前全智能投币机的价格虽比基本型投币机高出数倍，但公交企业完全能够从其性能提高带来的盈利中赚回这份支出。“高额”的公交数钱的“痛苦”1.2研制意义这样的机器，可以识别真假币、分类，清点、整理钱币，并且具有找零功能，试调简单，造价低廉，可通用于所有的城市公交，广泛使用可让人们心中的“公交钱币烦恼”烟消云散。通过为公司盈利的方式，来进行推广，对人们在公共交通乘坐的便捷化和出行成本最低化上有积极作用，为此我们创新设计了这样一款多功能自动公交投币机。2设计方案2.1产品原理结合传统投币机的特点，通过对硬币分类装置、光电传感器、集成电路、纸币读入器、硬币找零器几种关键元件的结构化创新和利用，来实现同时实现各种硬币和几种纸币的识别、分类、清点、收纳、整理功能。2.1.1总体设计构想通过其功能的要求，对本作品的构想是，从硬币总入口1投入的硬币首先通过验币器的真假识别处理，再通过一个设计的硬币分类装置依靠自重，从上往下迅速高效地分别对当下市面流通的一毛、五毛、老版本一毛和一块进行四重分类，然后通过管道导流进入各自的收纳袋，老版本的一毛和近几年的一毛大小差别大，但面值相等，通过管道汇流进入同一收纳袋，五毛的则单一，直接进入另一收纳袋。4一块的硬币流动管道的设计要满足找零机的硬币供应量，当找零机中的硬币低于一定数值时，通过空币感应器，发出信号由集成电路处理产生电信号，该电信号控制由电磁感应控制的开关来对通往集成了收纳、清点、整理于一体的一元硬币收纳桶的管道口进行闭合，使乘客新投入的一块硬币进入找零机中，找零机中的硬币满了之后则打开通往一元硬币收纳桶的通道。从一元纸币口投入一元纸币，为了防止少部分乘客把硬币和纸币一并投入该口，造成钱币混乱收集，设计一个风扇筛选装置，分开硬币和一元纸币，硬币进入硬币筛分装置后进入各自管道。在管道口设计安装光电计数装置对各种硬币进行计数清点。对一个元硬币的整理，通过收集桶底部的重量传感器和对应的集成电路来控制步进电机进行转动，带动收纳桶精确转动，一元硬币管口固定不动，使收纳桶上各个管口与一元硬币管口对接上，使硬币进入桶管内。合理设计收纳管道高度，当超过一定范围的硬币重量后，通过重量传感器及时转动桶体，以防止硬币堵塞。为了使硬币整理规整，在各个收纳管底部设计30度角度斜坡，进入硬币朝一个方向斜置，使硬币更规整地放置。找零功能，纸币读入器对5元10元20元纸币进行吸入后，通过预先设定，经过读币器处理，不同的币值，有不同的的信号，对应信号通过设计的集成电路处理后，传输到硬币找零机，找零机做出对应数目的找零处理。纸币读入器读入的纸币则收纳整理在纸币箱内。从纸币入口可以投入一元和五毛一毛的纸币，特殊情况也可以投入硬币，通过风力和硬币重力对硬币和纸币进行分离，出来的硬币则通过硬币筛分装置进一步筛分。纸币则直接进入对应的收纳袋。由此同时实现各种硬币和所述几种纸币的识别、分类、清点、收纳、整理功能。总流程图52.1.2辅助部分1.安全门锁，在机体前后各装一个带锁门，前门供硬币收纳袋和收纳桶的拿取，必要时还可通过此门拿取更换找零机内的硬币，后门供纸币收纳箱的拿取。2.电压保护装置，由空气开关对机器进行电路保护，防止元件损坏。3.数值显示，对各个收纳装置中的金额进行显示，具备票款统计功能，乘客每次投币都可自动累加并显示出来，驾驶员也可以直观的看到。方便工作人员进一步记录整理。4.配套的收纳袋收纳桶和收纳箱，由于容量终究有限，公交到站后可以及时更换空的收纳装置。5.读币找零数值提示，可以起到监督机器是否正确运行，让人们更人性化地了解和快速地投币找零的作用。6.假币警报提示，对各种硬币和读入的纸币进行杜绝和没收，并且做出提示。2.2关键部分方案确定1.筛分装置方案选定方案一：如图所示，我们设计的这种分类机的原理是利用各种硬币的直径大小不同和不同类硬币单个质量不同带来的惯性大小不同，设计一个突然地改变硬币滚动方向的卡子，第一个卡子使直径相对大些的一元硬币不往下滚动，其对应的“门槛”高度不同，来实现先过相比滤重一些的一元硬币时候不会有轻一些的五毛和一毛的硬币越过这个高的“门槛”，只有一元的能通过。往下则对五毛和一毛的硬币用同样的方式进行再一次筛选，最后一毛的则直接分出。方案一图方案二图方案二：如图所示，所设计的筛分装置是利用硬币自然滑落过程中，由于其各自的直径大小不同，由直径从小到大的顺序对硬币进行筛分，理论上可以实现各种硬币的分类。方案选择：综合结构和实际效果考虑，方案一的原理运用得巧妙，但是存在硬币高频率通过时的堵塞和筛选误差问题。方案二原理简单，性能稳定，硬币通过性好，准确性高。综合公交汽车实际使用情况，选择方案二的筛选装置。2.一元纸币和硬币入口设置与否的讨论方案一：不设置一元纸币入口，设置硬币入口。乘客就要在乘车前自备硬币，虽然本机器设有自动找零，但如果大量乘客都用找零方式，不仅会增加找零器硬币的储存负担，而且6降低上车效率，如果把一元纸币从读币器塞入，由于乘客还要花时间整理折叠的纸币，读币器也有一个识别过程的时间，乘客多时也会降低上车效率，而且五毛和一毛的纸币根本不能使用。降低了实用性，会影响乘客的使用感受，不便于本机器的推广。方案二：设置了一元纸币入口，不设置硬币入口。可以兼顾传统的纸币投入方式，但是由于硬币和纸币同时投入时的情况复杂，单靠风扇风力难以分离。例如对于纸币包裹硬币一并投入这样的个别情况，如果不能分开，由于此装置的原理是靠重力下滑硬币，假如纸币和硬币一并下滑到筛分装置口