硬币找零模块的机构设计

　　摘要：根据目前国内外硬币找零模块在轨道交通AFC设备及自动售货机等设备上运用的详细需求，确定硬币找零模块的功能和性能技术指标，探讨实现硬币找零模块功能的机械机构原理和方法，比对各种机械原理对产品性能的影响，提出产品设计方案和产品性能研究的发展方向。
　　关键词：硬币找零模块  功能  机构原理  速度
　　引 言
　　科学技术的飞速发展，自助设备和自动设备的需求日益增多，这些设备复杂性程度和先进程度也在同步提高，产品推陈出新速度加快。然而，实现这些产品功能的核心模块或核心技术模块，显得力不从心，跟不上整机设备发展的步伐。目前，各种面向大众的智能自动售货终端设备日益遍布街头巷尾，城市轨道的建设突飞猛进，这些智能化的自动设备完全跟上了城市的现代化的发展节奏，同现代化的城市融为一体。而这些设备的必备功能就是能够接收硬币、并能找零硬币。为此，作者在研究了多家硬币找零模块产品、并阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外硬币找零模块的机构设计的方法和硬币找零模块的发展趋势。
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　　硬币找零模块主要是运用在轨道交通AFC设备的自动售票机上和自动售货机上，主要完成整机设备对顾客投入硬币的鉴别、拒收、接收、找零等外部基本功能，并能够完成入币分拣、暂存、缓存、循环找零、后备找零、原币奉还、硬币回收、卡币排除、各钱箱盘空、机构自检、数据存贮等内部功能。各构成部件单元采取模块化设计，便于维护和维修。
　　本文重点探计硬币找零模块的机械机构设计,电子方面采用单片机方式控制，本文就不作研究。
　　1 硬币处理模块的构成
　　硬币处理模块主要由硬币识别器、循环找零器、备用找零箱、补币箱、硬币回收箱、暂存-分币机构、缓存—给币机构、排币机构、补币箱座、拖板机构、电子ID、主控单元、操作单元等组成，它是整个自动售票/售货机的核心模块之一。
　　2 硬币找零模块基本功能、基本性能需求
　　 硬币识别器可以接受16种面额或币种，接收币越多越好。 硬币找零模块至少需配置2个不同硬币品种的备用找零箱，每个找零箱的容量一般要求大于1000枚。容量越大越好。
　　 找零时优先从循环找零器找出，当循环找零器中币量不足时，从后备找零器（即后备找零箱）中找取。
　　 能自动将乘客投入的硬币优先导入到循环找零器循环找零，多余的硬币又可自动进入硬币回收箱。 在交易取消时，硬币找零模块具有原币返还顾客所投入的硬币的功能。
　　 硬币找零模块中备用找零箱和循环找零器所存储的硬币能通过命令清空。清空命令可通过车站计算机下达，也可按规定在自动售票机的维护单元上操作。
　　 在自动售票机暂停接收硬币、暂停服务或关闭时，投币口关闭不接收硬币。
　　 投币口及退币口还具有防水的措施，其边缘光滑不会伤害乘客。
　　 硬币投入、补充、找零通道光滑、畅通、无阻挡。
　　 各构成单元按模块化设计，各部件按免现场维护方式设计。
　　 硬币找零模块充分按最小外形进行设计，最大限度地减少投币口和出币口之间的高度，方便售票机投币高度和接币高度,便于售票（货）机按人体工程学进行设计。
　　 设计寿命5,000,000次，可靠性MCBF 100，000次。
　　 整机噪音 50dB。
　　3 KCM-3000硬币处理模块原理框图
　　3.1 常见的四循环—两后备找零机构原理图
　　图1：四循环——两后备找零机构原理图
　　图2：两循环——两后备找零机构原理图
　　4 构成部件的基本功能描述和设计要求
　　4.1 硬币识别器 一般能够接受至少16种不同硬币参数设置，并能根据硬币的直径、材质及厚度等参数指标辨别硬币的真假。硬币检测准确率大于99.9 ％。对无法识别的硬币给予退币处理。
　　 一般具备1个入币口、1个退币口和至少4个分拣出口，呈一定排开或矩阵排列，便于将分出的币种接入缓存机构。
　　 入币口具备排币装置，硬币识别器能够接受命令将入币口卡滞的硬币排入退币口。
　　 硬币识别器可通过参数设置增加新硬币种类，而不需进行任何软件及硬件的更改。
　　 硬币识别器一般选用COIN CONTROLL和德国的NRI的硬币识别器，全球范围内它们广泛应用于对安全和识别要求十分严格的自动售货设备和自动售票设备中。
　　4.2 排币机构
　　4.2.1 功能描述4.2.2 机构设计要求 需要设计上、下两个动作限位传感器，以及机构越程保护开关。 为便于电气控制，驱动电机为直流减速电机或步进电机，DC24V以下。 充分考虑各构成件的可维护性和检测传感器的可调整性。
　　4.3 暂存——分币机构
　　4.3.1 功能描述
　　 通过特定的机械装置将硬币识别器接收的硬币导入暂存-分币机构暂存。 暂存-分币机构可实现将暂存的硬币导入循环找零箱、缓存箱以及回收箱三个位置的功能，并在三个相应的位置设置位置检测传感器。功能如下：
　　 顾客投入的硬币优先进入循环箱循环利用，大大减少人工往硬币找零模块中补币的工作量。
　　 当顾客投币后取消购票（购物时），可将所投入的硬币原币归还给顾客，这样能够杜绝不法分子在购票（购物）机上进行洗钱的行为。
　　 当循环找零箱满时，可将所投入的硬币导入回收箱进行回收。
　　4.3.2 机构设计要求 暂存单元箱运动的实现，可采用步进电机驱动一套翻斗式机构来实现，也可采用平移式传动机构以来实现。前者是将电机的旋转运动传递给翻斗式机构，将暂存单元箱内的硬币直接倒入不同的通道，如导入循环找零箱的通道、导入缓存箱的通道和导入回收箱的通道；后者是将电机的旋转运动转化成直线运动，将暂存单元箱内的硬币倒到不同的通道。该机构最好不要采取将暂存单元箱内的硬币先倒到循环箱，再从循环箱排入回收箱的机构方式，这种方式会额外增加循环箱的工作负荷量，大大降低循环箱的寿命。 暂存-分币机构完成任一功能动作的速度要不大于0.5s。 该机构应灵活可靠，运动精确，功耗低。4.4 循环找零箱
　　4.4.1 功能描述 容量80 180枚，出币速度6 8枚/s。4.4.2 设计要求 充分考虑各构成件的可维护性和检测传感器的可调整性。4.5 缓存—给币机构
　　4.5.1 功能描述 缓存——给币机构可以按上位命令把找出的硬币导向找零口给顾客，或导向回收口回收。4.5.2 机构设计要求 具备接收找出的硬币、把找出的硬币导入找零口和回收找出的硬币三个动作功能，并在三个相应的倒币位置设置位置检测传感器。 缓存——分币机构不充许有硬币滞留现象。 为便于电气控制，驱动电机为直流减速电机或步进电机，电压不超过DC24V。 充分考虑各构成件的可维护性和检测传感器的可调整性。
　　4.6 补币箱 具备同后备箱联锁开/闭功能，操作人员不能正常用钥匙在设备外开启补币箱而接触到钱币。
　　4.7 硬币回收箱 具备同设备联锁开/闭功能，操作人员不能正常用钥匙在设备外开启硬币回收箱而接触到钱币。
　　4.8 拖板机构 重型导轨的选型要求：长度能够将机构完全拉出设备机柜；承重强度至少不小于120Kg/根。
　　5 硬币找零模块常用的成熟部件的技术规格
　　项目 型号或技术参数 功能说明
　　硬币识别器 COIN CONTROLL的C435
　　德国NRI的G-40
　　MEI公司的Cashflow 9524
　　等 二者都能接受16种不同硬币参数设置，通过检测硬币的直径、材质及厚度等参数来辨别硬币的真伪。对于不能通过检测的硬币将退还给乘客,硬币检测准确率大于99.9％。C435可通过终端接口，由用户自行增加新硬币种类。
　　可接收硬币种数 16种硬币
　　硬币尺寸 直径15毫米–30毫米
　　厚度1毫米–3.3毫米
　　硬币检测准确率 大于99.9％
　　一次性接收率 正常情况下超过95%
　　处理速度 3枚硬币/秒
　　硬币暂存及原币返还 暂存至少20枚 2硬币 如果乘客取消操作或出票不成功，设备会自动将原币返还给乘客
　　缓存找零器 Money Controls Compact Hopper
　　TVM配备2个缓存找零器，每个可容纳不少于180枚硬币
　　出币速度：大于6-8枚/秒 硬币找零优先从缓存找零器中找币。
　　乘客投入的硬币优先进入缓存找零器，如果缓存找零箱满时，则回收到硬币回收箱。
　　备用硬币找零 Money Controls Hopper MK4。
　　配备2个HopperMK4。
　　硬币容量：大于1000枚 2
　　出币速度：大于2.5枚/秒 当缓存找零箱内硬币存量不足时，设备能自动从备用硬币箱中直接找零。
　　缓存找零器盘点 出币速度：大于6-8枚/秒 将缓存找零箱中的硬币清点并排到硬币回收箱。
　　备用硬币找零盘点 出币速度：大于3枚/秒 将备用硬币箱中的硬币清点并导入硬币回收箱。
　　MCBF  100，000h
　　6 硬币找零模块的速度指标
　　序号 部件名称
　　功能项目名称 动作描述 速度指标
　　1.  硬币识别 处理速度 2枚硬币/秒
　　2.  排币 完成一次排币动作（压杆下—上一次）  2s
　　3.  原币奉还 将暂存盒中的币退至找零口  1.5s
　　4.  全部循环找零 全部、直接从循环箱中找零
　　(找2种币) 2 3枚： 1s
　　2 7枚： 1.5s
　　2 7枚： 2s  2 20枚： 3s
　　5.  全部后备找零 全部、直接从后备箱中找零
　　(找2种币) 2 3枚： 1.5s
　　2 7枚： 3s
　　2 10枚： 4s
　　2 15枚： 5s
　　2 20枚： 7s
　　6.  循环箱盘点 将2个循环箱内的硬币全部排入回收箱
　　(2 180枚)  40s
　　7.  后备箱盘点 将2个后备箱内的硬币全部排入回收箱
　　（2 1000枚）  6分钟
　　8.  整机盘点 将循环箱、后备箱内的硬币全部排入回收箱，循环箱和后备箱同时盘点（2个后备箱和2个循环箱同时盘点） 取决于循环箱、后备箱中硬币的数量。整机盘点时间一般为后备箱最多单币种的后备盘点时间
　　7 整机设计要求 布线合理美观，电子接插件连接安全可靠。 配置必要的产品维护说明标识、电气原理标识、线号、产品铭牌等。