吳愛明，易 力

（廣電運(yùn)通金融電子股份有限公司，廣東廣州 510663）

硬幣的接收與找零處理，是現(xiàn)代化金融自助服務(wù)終端設(shè)備中不可或缺的重要功能模塊，主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)硬幣識(shí)別、分類暫存、原幣返還、循環(huán)找零、補(bǔ)充找零、回收等功能。由于受到自助設(shè)備場(chǎng)地限制，而且往往需要處理硬幣的幣種較多，就要求硬幣處理模塊通過將某些功能集成在一起，才有可能在較小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所有的功能。

針對(duì)上述要求，對(duì)硬幣處理裝置的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要包括硬幣暫存裝置組合，整體硬幣處理模塊，控制系統(tǒng)及工作流程。保證該處理裝置能夠充分合理利用空間尺寸，實(shí)現(xiàn)全部功能，充分利用硬件資源，進(jìn)行故障容錯(cuò)及自恢復(fù)[1]。并通過不斷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以達(dá)到提高設(shè)備工作的可靠性的主要目標(biāo)[2]。

1 硬幣暫存裝置組合

單個(gè)的硬幣暫存裝置主要由支架、帶柵格的轉(zhuǎn)盤、閘門、出入幣口、回收口、通心管道等部分組成，其本體結(jié)構(gòu)圖及內(nèi)部組成圖如圖1所示。其中右圖為暫存裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)由一個(gè)直流電機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)盤可順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，每一次轉(zhuǎn)動(dòng)保證一個(gè)柵格正對(duì)著出入幣口，臨近的柵格正對(duì)著回收口。其中入口處設(shè)有光學(xué)感應(yīng)傳感器。閘門由直線電磁鐵驅(qū)動(dòng)，閘門在正對(duì)著出入幣口柵格的下方，常開狀態(tài)。

圖1 暫存裝置及部組成圖

本文將5個(gè)上述硬幣暫存裝置上下疊加形成組合，能夠?qū)⒂矌诺姆诸悺捍?、原幣返還、循環(huán)找零功能集成在一起，不同于傳統(tǒng)的硬幣模塊，需要利用不同的部件分別實(shí)現(xiàn)上述功能，從而大大減小了模塊的空間尺寸。每個(gè)暫存裝置設(shè)定為儲(chǔ)存某一個(gè)幣種，硬幣處理過程的示意圖如圖2所示。

圖2 處理過程示意圖

圖2 （a）為上述組合的最上面轉(zhuǎn)盤。當(dāng)經(jīng)過識(shí)別的有效硬幣從入幣口進(jìn)入對(duì)應(yīng)的柵格后，如果該幣種與該暫存轉(zhuǎn)盤設(shè)定的幣種一致，關(guān)閉底部閘門，硬幣進(jìn)入柵格后，轉(zhuǎn)盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一格，如圖2（b）所示，打開閘門；如果下一枚硬幣與前一次相同，則重復(fù)上一次動(dòng)作，如果下一枚硬幣為另外一種硬幣，第一個(gè)暫存裝置轉(zhuǎn)盤不動(dòng)，硬幣從如圖1所示的出入幣口2進(jìn)入下一個(gè)暫存裝置，如圖2（c）所示；下一級(jí)的暫存裝置采用第一個(gè)暫存裝置的處理方法選擇暫存硬幣還是向更下一級(jí)傳遞；當(dāng)所有硬幣暫存完成后，如果逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤且閘門打開，能夠?qū)⑸弦淮谓邮盏挠矌旁瓗磐诉€，當(dāng)不需要原幣退還時(shí)，將上次接收的所有硬幣設(shè)定為循環(huán)找零硬幣；當(dāng)轉(zhuǎn)盤內(nèi)的硬幣裝滿后，繼續(xù)暫存硬幣時(shí)，最早進(jìn)入的硬幣就會(huì)從回收口進(jìn)入到回收箱，如圖2（d）所示。

2 硬幣處理模塊總體

以上面暫存裝置組合作為循環(huán)系統(tǒng)，配置投幣閘門、識(shí)別器、備用找零器等各關(guān)鍵部件的配合及主控單元，形成如圖3所示的全功能硬幣處理模塊。其中找零兜和回收箱根據(jù)自助終端可調(diào)整形狀及尺寸。

圖3 分幣原理圖

投幣閘門打開后，硬幣進(jìn)入識(shí)別器的同時(shí)關(guān)閉閘門，經(jīng)過識(shí)別后，主控單元根據(jù)識(shí)別結(jié)果選擇如何處理，當(dāng)此枚幣處理完成后，打開閘門開始接收第二枚硬幣并根據(jù)設(shè)定的程序處理。一筆交易完成后，主控單元根據(jù)上位機(jī)命令選擇保存硬幣作為循環(huán)利用還是原幣退還。當(dāng)作為循環(huán)找零的硬幣數(shù)量不足以支持找零要求時(shí)，主控單元執(zhí)行從備用找零器找出硬幣作為補(bǔ)充。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以上各關(guān)鍵部件統(tǒng)一由主控單元控制，協(xié)調(diào)動(dòng)作，并與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)硬幣模塊的所有功能需求。

主控單元主要有由電源部分電路、單片機(jī)控制芯片、存儲(chǔ)器、通訊電路、電機(jī)/電磁閥控制電路、CCTALK通訊接口電路、傳感器檢測(cè)電路等組成。由于功能需求多，需要大量的I/O資源，且需要使用較多的外部通信接口來管理模塊內(nèi)部的識(shí)別單元、找零單元等，通過比較選型，本論文的CPU選用NXP公司LQFP208封裝的16/32位單片機(jī)LPC2420；LPC2420內(nèi)部集成82 kb的SRAM空間，其空間足夠保證程序運(yùn)行效率，無需外擴(kuò)SRAM芯片；由于LPC2420不設(shè)有片內(nèi)Flash，需要外擴(kuò)1片1 Mb的Flash(AM29LV800B)用于程序存儲(chǔ)和日志記錄；主控單元需要與上位機(jī)及錢箱電子ID的讀卡器進(jìn)行RS232串口通信，因此此處使用1塊MAX232通訊芯片實(shí)現(xiàn)2路RS232串口通訊接口；主控單元對(duì)硬幣識(shí)別器及備用找零器均使用CCTALK接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制[3]。CCTALK協(xié)議是最初由Money Control公司提出的一套金融處理設(shè)備產(chǎn)品的指令集協(xié)議，經(jīng)過行業(yè)不斷完善，形成一套金融處理設(shè)備行業(yè)內(nèi)通用的規(guī)范協(xié)議；電機(jī)/電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，使用來控制模塊中的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件。

為了實(shí)現(xiàn)硬幣處理模塊各項(xiàng)復(fù)雜功能，主控單元在應(yīng)用層上要有規(guī)范、完整的設(shè)計(jì)[4]。首先要制定合理的通信協(xié)議，明確模塊的指令集，包括功能指令集和維護(hù)指令集。應(yīng)用層上的程序采用模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)于模塊的每一項(xiàng)功能，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)處理流程，包括初始化、接收硬幣、找零/原幣退還、清空硬幣。硬幣模塊在執(zhí)行上位機(jī)指令過程中如果出現(xiàn)故障，需要通過返回錯(cuò)誤碼的方式告知上位機(jī)，并返回硬幣模塊具體的狀態(tài)信息，便于維護(hù)。硬幣模塊可靠性設(shè)計(jì)包含冗余設(shè)計(jì)，即假設(shè)系統(tǒng)中某一個(gè)部件出現(xiàn)故障后系統(tǒng)能夠自動(dòng)啟動(dòng)另一個(gè)部件解除故障或者是用其他相同功能的正常部件繼續(xù)完成原來的操作，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行下去，提高自動(dòng)化水平[5]。

4 模塊的調(diào)試與測(cè)試

樣機(jī)設(shè)計(jì)完成后，為了更好地推廣硬幣模塊的應(yīng)用，需要全面準(zhǔn)確地驗(yàn)證模塊可靠性，從而判斷該模塊是否滿足業(yè)務(wù)需求。測(cè)試環(huán)境內(nèi)容主要包括：環(huán)境測(cè)試、基本控制命令測(cè)試、性能指標(biāo)測(cè)試、異常測(cè)試、EMC測(cè)試，遵循行業(yè)內(nèi)的測(cè)試規(guī)范。

5 實(shí)體樣機(jī)

本硬幣模塊組裝后的樣機(jī)實(shí)體圖如圖4所示，其中，備用找零器及暫存裝置的個(gè)數(shù)，可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

6 結(jié)束語

經(jīng)過專業(yè)測(cè)試人員按照上述測(cè)試要求及規(guī)范測(cè)試后，本硬幣模塊滿足各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求，能夠在硬幣的識(shí)別、找零、處理、賬目結(jié)算方面滿足行業(yè)需求，能夠在金融自助領(lǐng)域，特別是要求處理較多幣種的場(chǎng)合廣泛推廣。

圖4 組裝樣機(jī)實(shí)體圖

［1］宏明·山田.硬幣處理模塊的開發(fā)［J］.OMRON TECHNICS，2002，42：75-78.

［2］黃斐，陳棟.軌道交通AFC系統(tǒng)硬幣模塊的研究［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012（07）：40-43.

［3］郎家峰.硬幣檢測(cè)清分系統(tǒng)研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2005.

［4］顧申生.城市軌道交通中AFC系統(tǒng)的運(yùn)用［J］.電子世界，2014（06）：188-189.

［5］俞晟杰，張美鳳.對(duì)自動(dòng)售票機(jī)中嵌入式硬幣單元的故障管理［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2007（02）：36-38，42.