臥式二口紙幣清分機(jī)的研制與開發(fā)

徐勇 邱林

摘 要：現(xiàn)有二口紙幣清分機(jī)，通常設(shè)計(jì)成立式。為了解決立式二口紙幣清分機(jī)在發(fā)生卡鈔時(shí)便于處理，又不得不將其設(shè)計(jì)成可開合的多體結(jié)構(gòu)，致使其體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差。為此研制開發(fā)了臥式二口紙幣清分機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合于清點(diǎn)流通量大的各類紙幣的優(yōu)點(diǎn)。配以C8051F120為核心的軟硬件來實(shí)現(xiàn)高速條件下對(duì)紙幣的檢偽和清分。

關(guān)鍵詞：清分機(jī)；CIS圖像傳感器；厚度傳感器；檢偽；清分

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

紙幣清分機(jī)機(jī)作為現(xiàn)金處理的自動(dòng)化金融設(shè)備中的高端設(shè)備，它集聲、光、機(jī)、電、磁等各種傳感器于一體，在高速條件下，完成對(duì)紙幣的檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)各種清分功能，前幾年由國(guó)外廠家獨(dú)占中國(guó)市場(chǎng)。隨著國(guó)內(nèi)新技術(shù)、新工藝、新器件的推出及各金融設(shè)備廠家對(duì)紙幣清分機(jī)研發(fā)的持續(xù)投入，核心技術(shù)獲得突破，國(guó)產(chǎn)中小型紙幣清分機(jī)逐漸取代進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化。為了使現(xiàn)有立式二口紙幣清分機(jī)在發(fā)生卡鈔時(shí)便于處理，又不得不將其設(shè)計(jì)成可開合的多體結(jié)構(gòu)，致使其體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差。為此研制開發(fā)了臥式二口紙幣清分機(jī)。它以C8051F120為核心的軟硬件來實(shí)現(xiàn)高速條件下，對(duì)紙幣的檢偽和清分。同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合于清點(diǎn)流通量大的各類紙幣。

1 清分機(jī)的檢偽和清分原理

紙幣在設(shè)計(jì)過程中會(huì)有可機(jī)讀信息部分。清分機(jī)就是在高速（大于750張/分）條件下，將可機(jī)讀信息通過各類傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過各種形式的放大器和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，同時(shí)對(duì)大量各類真紙幣信號(hào)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析，建立各種數(shù)學(xué)模型和算法，最后由處理器來識(shí)別紙幣的真?zhèn)危ńy(tǒng)稱“檢偽”）和紙幣的新舊、套別、版別、面向、孔洞、污損、涂鴉、膠帶、缺角、折角、半角等殘損檢測(cè)（統(tǒng)稱“清分”）。 檢偽和清分的主要技術(shù)手段見表1。

2 臥式二口清分機(jī)的整體設(shè)計(jì)

臥式清分機(jī)采用紙幣上下鈔的捻鈔方式。而立式機(jī)采用紙幣下下鈔，作為舶來品，它的優(yōu)勢(shì)是可連續(xù)放鈔。但對(duì)清點(diǎn)鈔票的質(zhì)量要求高，對(duì)殘損鈔的分張適應(yīng)性差。臥式機(jī)的捻鈔方式是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，它彌補(bǔ)了立式機(jī)的不足。更適應(yīng)人民幣流通量大、鈔票質(zhì)量差異大的特殊情況，其缺點(diǎn)是不能連續(xù)放鈔。但從整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上看，臥式機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)勢(shì)。而且更適應(yīng)客戶的使用習(xí)慣。

臥式機(jī)的結(jié)構(gòu)上主要有以下幾部分組成，如圖1所示。

在圖1中，1是進(jìn)鈔部分，2是檢測(cè)部分，3是走鈔部分，4是分鈔部分，5是下接鈔口，6是上接鈔口，7是捻鈔輪。

整機(jī)按清分速度為800張/分設(shè)計(jì)。按人民幣最寬紙幣77mm計(jì)算，傳動(dòng)部分的線速度約2.1米/秒。它有兩個(gè)出鈔口，其中一個(gè)合格鈔口，它的最大容量200張；另一個(gè)為退鈔口，它的最大容量為100張。

2.1 進(jìn)鈔部分

臥式清分機(jī)進(jìn)鈔部分主要功能是將一把紙幣一張一張地分開，便于后續(xù)對(duì)紙幣的計(jì)數(shù)、檢偽和清分的處理。是整機(jī)關(guān)鍵組成部分。它決定整機(jī)計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性、檢偽的準(zhǔn)確性、清分效果的一致性等。它采用紙幣上下鈔的捻鈔方式。

2.2 檢測(cè)部分

臥式清分機(jī)檢測(cè)部分是整機(jī)的核心部分。它排布了CIS（Contact Image Sensor）圖像傳感器、厚度傳感器（機(jī)械式）、磁傳感器、熒光傳感器、多個(gè)位置傳感器等各類傳感器。這部分主要完成對(duì)紙幣的各類信號(hào)的采集處理。實(shí)現(xiàn)對(duì)紙幣的檢偽和各類清分處理。

2.3 出鈔部分

臥式清分機(jī)出鈔部分是對(duì)檢測(cè)部分的結(jié)果，通過一個(gè)分鈔裝置將紙幣導(dǎo)入到相應(yīng)結(jié)果的具有同步碼放裝置的出鈔口中。它的關(guān)鍵部件是分鈔裝置和同步碼放裝置。分鈔裝置將在6～9ms之間將高速運(yùn)動(dòng)的紙幣送入對(duì)應(yīng)的出鈔口。同步碼放裝置將高速運(yùn)動(dòng)的紙幣平穩(wěn)和相當(dāng)整齊的碼放到出鈔口內(nèi)。

2 電氣硬件設(shè)計(jì)

臥式二口清分機(jī)電氣硬件部分主要有以下幾個(gè)功能模塊組成，如圖2所示。

臥式二口清分機(jī)共有51個(gè)各類傳感器。由它們來完成清分機(jī)對(duì)紙幣熒光、磁、紅外、厚度等檢偽功能，通過對(duì)圖像的分析來處理紙幣的外形尺寸、套別、版別、面向、新舊、缺角、孔洞、涂鴉、折角等檢測(cè)實(shí)現(xiàn)各種清分功能。它們分別有相應(yīng)的檢測(cè)模塊處理。為了適應(yīng)高速條件下對(duì)數(shù)據(jù)的采集處理（圖像處理除外）。選用了C8051F120作為主控芯片。

流水線指令結(jié)構(gòu)。速度最高達(dá)100MIPS。

16 × 16 位乘累加器（MAC）

存儲(chǔ)器：8K+256 RAM；128K FLASH

16路SAR ADC 最大500KSPS（可編程放大器增益）

2路DAC

豐富數(shù)字外設(shè)：IIC、SPI、兩個(gè)UART、可編程的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（可設(shè)置為PWM，便于對(duì)直流電機(jī)的控制）

它充分利用C8051F120的硬件資源，采集紙幣磁信號(hào)信息，并識(shí)別其真?zhèn)巍Ｋ幚砀鞣N位置傳感器感知鈔票在整個(gè)通道中的運(yùn)行位置和狀態(tài)，同時(shí)還控制主電機(jī)、喂鈔電機(jī)、分鈔電機(jī)、除塵風(fēng)扇、同步碼放裝置等。配接口芯片增加了USB接口、RS232接口，方便生產(chǎn)調(diào)試和維護(hù)，同時(shí)可以擴(kuò)展一些可選配外設(shè)，如外接顯示器和微型打印機(jī)等。

以C8051F120為核心，配以圖像檢測(cè)模塊、厚度檢測(cè)模塊、熒光檢測(cè)模塊等分工協(xié)助形成臥式二口紙幣清分機(jī)的檢測(cè)控制系統(tǒng)。它具有檢偽能力強(qiáng)，誤、漏報(bào)率低，清分一致性好。

3 軟件設(shè)計(jì)

臥式二口紙幣清分機(jī)采用C8051F120為核心，配以其它功能模塊的檢測(cè)方式。為了滿足在高速條件下高效率完成檢測(cè)功能，軟件設(shè)計(jì)中主控程序采用ASM51匯編語言的方式。流程圖如圖3所示。

在算法設(shè)計(jì)中，主要本著“以真仿假”原則，根據(jù)各國(guó)貨幣發(fā)行公告中可機(jī)讀的防偽特征點(diǎn)為準(zhǔn)。在根據(jù)多年積累對(duì)各國(guó)紙幣的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以C8051F120為核心，協(xié)同熒光檢測(cè)模塊、厚度檢測(cè)模塊、圖像檢測(cè)模塊，完成對(duì)紙幣的熒光、磁信息、白光圖像、紅外圖像、厚度等采集處理并與算法中設(shè)定的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相比較，來綜合得到紙幣的真?zhèn)魏颓宸中Ч?/p>

由于紙幣在流通過程中，都會(huì)對(duì)紙幣中防偽特征點(diǎn)造成磨損、殘破、污染等對(duì)檢偽造成誤報(bào)。只有通過綜合多種鑒別技術(shù)來提高的檢偽能力。同時(shí)有郊降低誤報(bào)率和漏報(bào)率。

結(jié)語

臥式二口機(jī)清分機(jī)研制與開發(fā)過程中，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)申請(qǐng)一些專利。為公司后續(xù)開發(fā)的各類清分機(jī)和點(diǎn)鈔機(jī)提供很好的應(yīng)用平臺(tái)。

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