Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Computer ControlsComputer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Maszyna do szybkiego liczenia monet

japko1024 01 Mar 2020 18:17 951 5
  • Maszyna do szybkiego liczenia monet
    Witam
    Ostatnio zacząłem konstruować dla mojej przyjaciółki, która pracuje w sklepie, maszynę do liczenia monet. Wzorowałem się na tym projekcie
    Link
    , jednak konieczne było wprowadzenie pewnych ulepszeń, żeby urządzenie było rzeczywiście szybsze od jego użytkowniczki. Przede wszystkim wirnik popychający monety jest zasilany cały czas podczas liczenia, a nie tylko wtedy, kiedy w obszarze jego pracy znajdzie się moneta - pozwala to osiągnąć większą średnią częstotliwość obrotów. Jako że niektóre monety są pokryte warstwą tlenków albo innymi zanieczyszczeniami, postanowiłem do ich wykrywania (i ew. rozpoznawania nominałów) zastosować transoptory szczelinowe ze starej drukarki. Niestety musiałem zrezygnować z najbardziej efektownej części maszyny prezentowanej na filmiku - mechanicznego licznika - przede wszystkim dlatego, że zajmuje on dużo miejsca, poza tym w mojej konstrukcji wirnik obracałby się niezależnie od tego, czy aktualnie popychałby jakiś pieniądz, więc licznik musiałby mieć oddzielny napęd albo jakieś sprzęgło. Zamiast tego postanowiłem zastosować mikrokontroler ATmega8 i multipleksowany wyświetlacz LED. Innym ulepszeniem jest dodanie elektromagnetycznego poruszania górnego zasobnika na monety, w dodatku z częstotliwością rezonansową. Całość miałaby być zasilana przez USB (napięcie 5 V, max. natężenie 0,5 A - zastosowałem bezpiecznik topikowy o takiej wartości). Musiałem jednak przerwać tę konstrukcję, gdyż nie jest obecnie potrzebna - pracujemy teraz w sklepie, w którym mamy do dyspozycji tego typu urządzenie, w dodatku szybsze i prostsze w obsłudze (wyznaczające ilość monet i sumę pieniędzy na podstawie ich wagi), ale na pewno nie poszło to na marne, bo spędziłem ciekawie czas i zyskałem nowe umiejętności.

    Płytka drukowana
    Maszyna do szybkiego liczenia monet
    Na potrzeby tej konstrukcji wykonałem swoją pierwszą PCB. Zaprojektowałem ją w pakiecie KiCad (open source). Nie tworzyłem wcześniej schematu obwodu, tylko od razu rysowałem ścieżki w PCBnew. Musiałem zaprojektować footprint pod wyświetlacze 7-segmentowe, gdyż żaden z footprintów zawartych w programie nie pasował do kupionych przeze mnie części. Niestety nie mogę wrzucić projektu, bo został nadpisany, kiedy zacząłem pracować nad płytką do innego urządzenia. PCBnew posiada poważną wadę - jeśli zapiszemy pierwszy projekt z domyślną nazwą i w domyślnym folderze, a po jego zamknięciu i utworzeniu drugiego klikniemy Zapisz, to zostanie nadpisany bez pytania. Dlatego udostępniam tylko PDF ze ścieżkami i napisami.
    Po wydrukowaniu schematu drukarką laserową na papierze kredowym złożyłem go w kopertę na laminacie przyciętym do odpowiednich rozmiarów i przeprowadziłem termotransfer za pomocą żelazka, używając jako podkładki garnka odwróconego do góry nogami. Za pierwszym razem część wydruku nie odbiła się (za słabo dociskałem, żeby nie rozmazać ścieżek), ale po zmyciu acetonem i drugim podejściu wyszło w miarę dobrze - wystarczyło tylko poprawić przerwy w ścieżkach za pomocą pisaka do PCB (olejnego). Aby oddzielić papier od PCB, namaczałem go w ciepłej wodzie z płynem do naczyń.
    Do wytrawiania wykorzystałem roztwór nadsiarczanu sodu. Miał zbyt małe stężenie, więc wytrawianie trwało 2 dni (z przerwą na noc, żeby nie podtrawiło ścieżek), mimo że pojemnik stał na kaloryferze i od czasu do czasu mieszałem jego zawartość. Wyszło raczej dobrze, tylko w niektórych miejscach ścieżki były przerwane i musiałem je lutować.
    Otwory wywierciłem za pomocą najtańszej wkrętarki z Castoramy, wierteł 1 mm i przejściówki pozwalającej na ich zamocowanie (również kupionych w tym samym sklepie). Zrobiłem to jeszcze przed wytrawieniem, bo nadsiarczan sodu miałem w innym mieście, a chciałem dokończyć konstrukcję jak najszybciej. Jednak zamalowałem krawędzie otworów pisakiem do PCB, żeby nie doszło do podtrawień.

    Obudowa
    Maszyna do szybkiego liczenia monet
    Podobnie, jak w podlinkowanym filmiku, obudowę wykonałem z tektury (z kartonów przyniesionych ze sklepu). Jej projekt tworzyłem w myślach na bieżąco, więc wyszło, jak wyszło. Część obudowy pomalowałem już sprejem na zielono (wybór koloru podyktowany tym, że maszyna swoim kształtem nieoczekiwanie zaczęła przypominać żabę), planowałem też na niektóre powierzchnie nakleić sztywny papier kolorowy. W razie utknięcia jakiejś monety wewnątrz maszyny można ją łatwo otworzyć. Części mogące się nagrzewać (silnik, elektromagnes, tranzystory) nie mają bezpośredniego kontaktu z tekturą, wykonałem też otwory wentylacyjne do ich chłodzenia (w przypadku silnika z tyłu obudowy).

    Podajnik monet
    Maszyna do szybkiego liczenia monet
    Pieniądze wsypuje się oczywiście do pojemnika znajdującego się na górze (planowałem dorobić do niego zamykaną pokrywę). Jest on zamocowany na dwóch rurkach z pojemników po rozpuszczalnych witaminach, włożonych jedna w drugą i nasmarowanych smarem silikonowym. Sprężynę uformowałem z drucianego wieszaka, który dostałem w pralni po upraniu garnituru. W wielu podobnych maszynach do liczenia monet na Youtube zastosowano silniczki wibracyjne, żeby bilon wsypywał się do otworu. Mam wprawdzie taką część z zepsutego smartfona, jednak takie rozwiązanie nie jest optymalne - żeby wibracje miały największą amplitudę, muszą odbywać się z częstotliwością rezonansową. W tym celu postanowiłem wykorzystać elektromagnes przymocowany do części nieruchomej (również wymontowany z drukarki - poruszał w niej przymocowaną do siebie zapadkę na sprężynie) Maszyna do szybkiego liczenia monet i 2 magnesy przymocowane do części ruchomej.
    Po przybliżeniu magnesów rdzeń ulega namagnesowaniu i pojawia się siła przyciągająca. Kiedy podłączyłem elektromagnes do USB okazało się, że niezależnie od polaryzacji siła wypadkowa jest przyciągająca. Jednak nie powinno to być problemem - różnica w jej wartości w zależności od polaryzacji jest znaczna, a i tak siła sprężystości sprężyny równoważy przyciąganie.
    Planowałem zasilić elektromagnes za pomocą mostka H na 2 parach MOSFET-ów - wszystkie z kanałem wzbogaconym (normalnie wyłączone), sterowane za pomocą 2 pinów mikrokontrolera (każdy pin steruje jedną parą tranzystorów P i N). Takie rozwiązanie pozwala uniknąć zwarcia w razie błędu w programie. Dodatkowo wszystkie MOSFET-y w urządzeniu mają rezystory podciągające bramkę do masy, żeby w razie przełączenia pinów uC w stan wysokiej impedancji nie płynął przez nie prąd.
    Aby wibracje przebiegały w rezonansie, siła wymuszająca powinna mieć zwrot zgodny z aktualnym zwrotem prędkości pojemnika. Postanowiłem w tym celu nawinąć na elektromagnes uzwojenie sprzężenia zwrotnego, podłączone do wejść komparatora uC przez odpowiednio dobrany rezystor (aby nie przekroczyć dopuszczalnego napięcia). Pozwoliłoby to wykrywać (za pomocą przerwania), w której chwili magnes zaczyna poruszać się w przeciwną stronę i przełączać tranzystory. Oczywiście na zmiany pola elektromagnetycznego wewnątrz tego uzwojenia wpływałby nie tylko ruch magnesów trwałych, ale też przełączanie elektromagnesu, jednak nie powodowałoby ono zmiany zwrotu pola elektromagnetycznego (napięcie podawane na komparator zmieniałoby się wówczas, ale jego polaryzacja pozostawałaby taka sama).

    Wirnik popychający monety
    Do konstrukcji osi wirnika również wykorzystałem pasujące do siebie fragmenty pojemników po witaminach i smar silikonowy. Silnik także pochodziłby z drukarki i byłby sterowany za pomocą MOSFET-u.

    Wykrywanie monet i rozpoznawanie ich nominału
    W tym celu wykorzystałem dwa transoptory szczelinowe z drukarki, podłączone do oddzielnych wejść ADC, zamontowane tak, aby miały wspólną szczelinę, przez którą łatwo przejdzie największa polska moneta (5 zł). Początkowo planowałem rozpoznawanie nominałów na podstawie sumy sygnałów z transoptorów przy maksymalnym przesłonięciu. Jednak okazało się, że wielu nominałów nie dałoby się w ten sposób odróżnić, gdyż szczeliny transoptorów nie obejmują całego otworu na monety - w wielu przypadkach szczelina transoptora po lewej stronie (w tej konstrukcji monety trzymałyby się raczej lewej krawędzi, z powodu siły odśrodkowej wytwarzanej przez wirnik) osiągałaby "zaćmienie całkowite", a po prawej wcale. Musiałem więc zastanowić się nad innym algorytmem. Nie testowałem go jeszcze, ale teoretycznie powinien rozpoznawać nominały w ogóle bez potrzeby użycia transoptora po prawej stronie. Przyjąłem założenie, że podczas przelotu monety przez szczelinę jej prędkość praktycznie się nie zmienia. Nie wiem, czy jest ono poprawne, ale starałem się wykonać tunel na monety tak, żeby w pewnej odległości przed szczeliną poziom jego dna się obniżał, co powodowałoby, że pieniądz przelatywałby przez transoptory bez tarcia (jedynie działałby na niego opór powietrza). Program zapisywałby wyniki pomiarów wykonywanych w regularnych odstępach czasu i przeliczał poszczególne odczyty ADC na położenie krawędzi monety (w przekroju wyznaczonym przez szczelinę). Teraz do otrzymanej tablicy zawierającej wartości czasu i pozycji krawędzi monety trzeba dopasować odpowiednią funkcję. A najłatwiej dopasowuje się prostą, więc dane trzeba zlinearyzować - wartościami X będą kwadraty czasu, a Y - kwadraty różnicy aktualnego położenia krawędzi i szerokości szczeliny transoptora. Wtedy współczynnik kierunkowy dopasowanej prostej będzie równy kwadratowi promienia monety - oczywiście nie trzeba go pierwiastkować (co zużywa sporo czasu), wystarczy, że zakresy promieni (z uwzględnieniem błędu pomiaru) poszczególnych nominałów do porównania też będą w formie podniesionej do kwadratu. Dodatkowo jako wyraz wolny otrzymujemy prędkość monety.

    Interfejs użytkowniczki
    Urządzenie posiada 6 przycisków monostabilnych i 5 wyświetlaczy 8-segmentowych (w tym kropki). Funkcje przycisków, od lewej do prawej, są następujące:
    1) reset
    2) włącz/wyłącz zasilanie - wyłączenie polegałoby na odłączeniu zasilania od wszystkich elementów sterowanych przez uC i wprowadzeniu go w tryb SLEEP_MODE_PWR_DOWN. Przyciski (oprócz resetu) przy włączonym zasilaniu są multipleksowane wraz z wyświetlaczami (żeby wystarczyło wyprowadzeń uC), natomiast przy wyłączonym napięcie byłoby tylko na tym jednym przycisku i byłby on obsługiwany za pomocą przerwania GPIO.
    3)włącz/wyłącz wirnik
    4)włącz/wyłącz wibracje zasobnika (działa tylko przy włączonym wirniku)
    5)zmiana trybu wyświetlania ilość/suma - aktualny tryb można odróżnić po tym, że w przypadku ilości monet nie byłoby widocznej kropki, a w przypadku sumy byłaby przed 2 miejscami dziesiętnymi (oddzielając zł od gr)
    6)zerowanie (zarówno ilości, jak i sumy)

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    japko1024
    Poziom 18  
    Offline 
    japko1024 napisał 603 postów o ocenie 178, pomógł 3 razy. Jest z nami od 2012 roku.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #2
    398216 Usunięty
    Poziom 43  
    Liczarka do monet z papieru... Gratulacje. Będziesz mieć co naprawiać (kleić po każdym użyciu)....
  • Computer ControlsComputer Controls
  • Pomocny post
    #3
    Marek_Skalski
    Moderator DIY
    Niezmiernie cieszy mnie chęć Autora do pomocy w trudach codziennej pracy, pomysłowość i otwartość w dzieleniu się z nami tymi osiągnięciami. To nie jest często spotykane.
    Z perspektywy konstruktora, mam sporo obaw dotyczących niezawodności i dokładności tak opracowanego urządzenia.
    O ile płytka pewnie da się jakoś naprawić, to konstrukcja z kartonu do trwałych nie należy, a użycie smaru silikonowego tylko pogorszy tutaj sprawę.
    Metoda pomiarowa wydaje się mało dokładna, a konsekwencje pomyłek mogą być dotkliwe. Tak po ludzku, to szkoda by sprawy finansowe kładły się cieniem na sprawy sercowe.
    Proszę Autora o przemyślenie konstrukcji i poprawę estetyki. Dobrze opracowany projekt, z analizą techniczną, czytelnym schematem, wyraźnymi zdjęciami, estetyczny, na pewno zyska pozytywne oceny Forumowiczów, a może też zostanie nagrodzony upominkiem od elektroda.pl.
  • Pomocny post
    #4
    D8vit
    Poziom 10  
    Polecam zobaczyć jak działa i wygląda hopper np. AZKOYEN.
    Teraz są w śmiesznych cenach, a jest to profesjonalny sprzęt który może przerzucić tysiące monet.
    Mimo wszystko moim zdaniem taka liczarka bez sortera nie ma najmniejszego sensu, tą samą pracę można wykonać ważąc monety jeśli mamy je już posortowane.

    Niemniej duży plus za wykonanie PCB.
  • #5
    p1ot98
    Poziom 10  
    Martwi mnie dokładność urządzenia a właśnie w tego typu urządzeniu o to właśnie najbardziej chodzi. Obudowa niezbyt solidna i po upadku na pewno będzie miała wgniecenia. Myślę też że dałoby się konstrukcje uprościć. Jednak gratuluje, po lekkich poprawkach może służyć jako nawet dobra domowa maszynka do liczenia monet :D
  • #6
    398216 Usunięty
    Poziom 43  
    japko1024 napisał:
    Musiałem jednak przerwać tę konstrukcję, gdyż nie jest obecnie potrzebna - pracujemy teraz w sklepie, w którym mamy do dyspozycji tego typu urządzenie
    I pewnie to najlepsze co zrobiłeś. Płytka również nie wygląda najlepiej - nie chodzi mi tu o przerwy/podtrawienia, ale wręcz przeciwnie; wiele miedzi nie zostało wytrawione i robią zwarcia - w takim stanie to nie ma prawa działać.