一種多幣種硬幣處理模塊的設計與實現

吳愛明，易 力

（廣電運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，是現代化金融自助服務終端設備中不可或缺的重要功能模塊，主要功能是實現對硬幣識別、分類暫存、原幣返還、循環找零、補充找零、回收等功能。由于受到自助設備場地限制，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實現所有的功能。

針對上述要求，對硬幣處理裝置的結構及控制系統進行合理的設計，設計主要包括硬幣暫存裝置組合，整體硬幣處理模塊，控制系統及工作流程。保證該處理裝置能夠充分合理利用空間尺寸，實現全部功能，充分利用硬件資源，進行故障容錯及自恢復[1]。并通過不斷實驗驗證，以達到提高設備工作的可靠性的主要目標[2]。

1 硬幣暫存裝置組合

單個的硬幣暫存裝置主要由支架、帶柵格的轉盤、閘門、出入幣口、回收口、通心管道等部分組成，其本體結構圖及內部組成圖如圖1所示。其中右圖為暫存裝置內部結構圖。

轉盤的驅動由一個直流電機帶動，轉盤可順時針和逆時針轉動，每一次轉動保證一個柵格正對著出入幣口，臨近的柵格正對著回收口。其中入口處設有光學感應傳感器。閘門由直線電磁鐵驅動，閘門在正對著出入幣口柵格的下方，常開狀態。

圖1 暫存裝置及部組成圖

本文將5個上述硬幣暫存裝置上下疊加形成組合，能夠將硬幣的分類、暫存、原幣返還、循環找零功能集成在一起，不同于傳統的硬幣模塊，需要利用不同的部件分別實現上述功能，從而大大減小了模塊的空間尺寸。每個暫存裝置設定為儲存某一個幣種，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盤。當經過識別的有效硬幣從入幣口進入對應的柵格后，如果該幣種與該暫存轉盤設定的幣種一致，關閉底部閘門，硬幣進入柵格后，轉盤順時針轉動一格，如圖2（b）所示，打開閘門；如果下一枚硬幣與前一次相同，則重復上一次動作，如果下一枚硬幣為另外一種硬幣，第一個暫存裝置轉盤不動，硬幣從如圖1所示的出入幣口2進入下一個暫存裝置，如圖2（c）所示；下一級的暫存裝置采用第一個暫存裝置的處理方法選擇暫存硬幣還是向更下一級傳遞；當所有硬幣暫存完成后，如果逆時針轉動轉盤且閘門打開，能夠將上一次接收的硬幣原幣退還，當不需要原幣退還時，將上次接收的所有硬幣設定為循環找零硬幣；當轉盤內的硬幣裝滿后，繼續暫存硬幣時，最早進入的硬幣就會從回收口進入到回收箱，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系統，配置投幣閘門、識別器、備用找零器等各關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自助終端可調整形狀及尺寸。

圖3 分幣原理圖

投幣閘門打開后，硬幣進入識別器的同時關閉閘門，經過識別后，主控單元根據識別結果選擇如何處理，當此枚幣處理完成后，打開閘門開始接收第二枚硬幣并根據設定的程序處理。一筆交易完成后，主控單元根據上位機命令選擇保存硬幣作為循環利用還是原幣退還。當作為循環找零的硬幣數量不足以支持找零要求時，主控單元執行從備用找零器找出硬幣作為補充。

3 控制系統設計

以上各關鍵部件統一由主控單元控制，協調動作，并與上位機實時通信，實現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、單片機控制芯片、存儲器、通訊電路、電機/電磁閥控制電路、CCTALK通訊接口電路、傳感器檢測電路等組成。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部的識別單元、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LPC2420；LPC2420內部集成82 kb的SRAM空間，其空間足夠保證程序運行效率，無需外擴SRAM芯片；由于LPC2420不設有片內Flash，需要外擴1片1 Mb的Flash(AM29LV800B)用于程序存儲和日志記錄；主控單元需要與上位機及錢箱電子ID的讀卡器進行RS232串口通信，因此此處使用1塊MAX232通訊芯片實現2路RS232串口通訊接口；主控單元對硬幣識別器及備用找零器均使用CCTALK接口協議實現對其的控制[3]。CCTALK協議是最初由Money Control公司提出的一套金融處理設備產品的指令集協議，經過行業不斷完善，形成一套金融處理設備行業內通用的規范協議；電機/電磁閥驅動電路，使用來控制模塊中的運動驅動部件。

為了實現硬幣處理模塊各項復雜功能，主控單元在應用層上要有規范、完整的設計[4]。首先要制定合理的通信協議，明確模塊的指令集，包括功能指令集和維護指令集。應用層上的程序采用模塊化設計，對于模塊的每一項功能，設計了標準的業務處理流程，包括初始化、接收硬幣、找零/原幣退還、清空硬幣。硬幣模塊在執行上位機指令過程中如果出現故障，需要通過返回錯誤碼的方式告知上位機，并返回硬幣模塊具體的狀態信息，便于維護。硬幣模塊可靠性設計包含冗余設計，即假設系統中某一個部件出現故障后系統能夠自動啟動另一個部件解除故障或者是用其他相同功能的正常部件繼續完成原來的操作，使得整個系統能夠繼續運行下去，提高自動化水平[5]。

4 模塊的調試與測試

樣機設計完成后，為了更好地推廣硬幣模塊的應用，需要全面準確地驗證模塊可靠性，從而判斷該模塊是否滿足業務需求。測試環境內容主要包括：環境測試、基本控制命令測試、性能指標測試、異常測試、EMC測試，遵循行業內的測試規范。

5 實體樣機

本硬幣模塊組裝后的樣機實體圖如圖4所示，其中，備用找零器及暫存裝置的個數，可以根據需要進行配置，以適應不同的應用場合。

6 結束語

經過專業測試人員按照上述測試要求及規范測試后，本硬幣模塊滿足各項業務需求，能夠在硬幣的識別、找零、處理、賬目結算方面滿足行業需求，能夠在金融自助領域，特別是要求處理較多幣種的場合廣泛推廣。

圖4 組裝樣機實體圖

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

［2］黃斐，陳棟.軌道交通AFC系統硬幣模塊的研究［J］.鐵路計算機應用，2012（07）：40-43.

［3］郎家峰.硬幣檢測清分系統研究［D］.南京：南京航空航天大學，2005.

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

［5］俞晟杰，張美鳳.對自動售票機中嵌入式硬幣單元的故障管理［J］.現代機械，2007（02）：36-38，42.