外幣兌換機多功能控制板的智能化技術改進

中華人民共和國國家知識產權局，北京 100088

一、引言

外幣兌換機是一種多功能自助銀行設備，具有將外幣（紙幣）兌換成人民幣（紙幣加硬幣）、外幣兌換匯率查詢等功能。隨著經濟全球化的快速發展，外幣兌換機的市場占有率和使用頻率越來越高。多功能控制板作為外幣兌換機的重要組件之一，負責將各智能分模塊的串行通訊接口轉接至MOXA串口卡，并將開關量信號轉接至PCI 1730 I/O卡，發揮著極為重要的作用。

目前，多功能控制板雖然能夠較為可靠地完成串行通訊接口和開關量信號轉接工作，但由于其功能單一，只負責串行通訊接口和開關量信號的轉接任務，且屬于無頭設備，給客服人員進行整機維護和故障診斷帶來了很大的不便。

本文在對原有多功能控制板電氣連接和安裝工藝兼容的前提下，采用ATMEGA128單片機對其進行智能化技術改進，增加五項主要功能：串行通訊接口狀況監測、開關量信號處理、電源電壓監測和電源控制、LCD顯示器顯示各智能分模塊的運行狀態以及與工控主機進行數據交互，并通過LCD顯示器顯示各模塊的運行狀態，取得了良好的效果。

二、總體概要設計

智能化技術改進后的多功能控制板在外幣兌換機中與各智能分模塊和各分系統的電氣連接關系如圖1所示。其中，多功能控制板的主要功能包括：

1.和智能分模塊進行串行通訊；

2.監測電子柜門開關、一鍵關機按鈕和保險柜門開關三路開關量輸入信號；

3.對多路指示燈輸出信號進行控制；

4.與工控主機（下稱上位機）進行串行通訊；

5.對保險柜和電子柜的兩路直流分配板控制信號進行控制。

本文采用ATMEGA128單片機作為多功能控制板智能化技術改進的處理芯片，對上述信號按照類別進行相應的處理[1]。

對于智能分模塊的串行通訊（即：上位機中的MOXA卡、兩個鈔箱、密碼鍵盤、UPS不間斷電源、讀卡器、日志打印機、憑條打印機、觸摸屏等），多功能控制板在提供電氣接口轉接的同時，設計相關電路進行工作狀態的指示，工作正常時指示燈閃亮，未連接或異常指示燈滅。

為了節約硬件成本并提高上位機工作效率，對于三路開關量輸入信號的監測和多路指示燈輸出信號的控制（含運行狀態指示燈、退鈔口指示燈、憑條打印指示燈、入鈔口指示燈、紙幣出口指示燈、入鈔模塊服務指示燈和讀卡器指示燈），多功能控制板提供電氣接口并直接對其進行控制，而不需再接至PCI1730 I/O卡交由上位機處理。

為了實現與上位機進行數據交互，多功能控制板與上位機進行串行通訊，并增設有電源控制功能，可根據上位機的指令，對智能分模塊進行斷電和上電操作。

多功能控制板還增加了對電源電壓的監測功能，當電源電壓不穩定（如過壓、欠壓）時，給出相應顯示并可通報上位機。

此外，多功能控制板增加了LCD顯示器，對多功能控制板監測的各信號狀態進行顯示，大大方便了客服人員進行整機的維護和故障診斷。

三、硬件設計方案及實現

根據上述設計要求，本文將改進后的多功能控制板的硬件設計分為以下七個模塊：MOXA卡串口轉接及串口狀態指示模塊、開關量檢測模塊、指示燈控制模塊、串行通訊模塊、電源控制模塊、電壓監測模塊和LCD顯示模塊，其硬件框圖如圖2所示。

1、MOXA卡轉接及串口狀態指示模塊

MOXA卡串口轉接部分維持原多功能控制板的設計，即：在多功能控制板上設置與MOXA卡的專用接口以及和各智能分模塊的RJ-45端口作為接口，以實現MOXA卡與各智能分模塊的電氣連接。在此基礎上增設串口狀態指示模塊，采用綠色LED作為運行狀態指示燈，在串行通訊接口正常時指示燈閃亮，未連接或異常時指示燈熄滅。串口狀態指示模塊的硬件實現電路如圖3所示[2]。

2、開關量檢測模塊

對于三路輸入開關量信號的檢測，在電氣接口上維持原多功能控制板的設計，即通過RC電路將轉換為電平信號，由于硬件電路較為簡單，本文不再贅述。改進后的多功能控制板將開關量信號轉換后的電平信號接到ATMEGA128單片機的I/O口，進行狀態讀取。

3、指示燈控制模塊

由于外幣兌換機所采用的模塊狀態指示燈均為高亮度LED，其工作電流較大，采用普通三極管驅動電路不能滿足應用需求，本文采用LED驅動芯片SP7615加以實現，其硬件電路可參考該芯片數據手冊。

4、串行通訊模塊

為實現多功能控制板與上位機的數據交互，改進后的多功能控制板設計了串行通訊模塊，采用RS-232通訊標準進行數據交互，其硬件電路較為簡單，本文不再贅述。

5、電源控制模塊

由于電源控制模塊的控制部分設置在直流分配板上，多功能控制板只需要根據需要通過ATMEGA128的I/O口發出控制信號即可，因此只設有硬件接口。

6、電壓監測模塊

改進后的多功能控制板采用LTC2912[3]對保險柜24VDC、電子柜24VDC和電子柜12VDC三路電源的電壓狀態進行實時監測，并且在電源電壓出現過壓和欠壓等異常狀態時，根據上位機的設置，可向上位機報警。電壓監測模塊的硬件實現電路如圖4所示。

7、LCD顯示模塊

本文采用的LCD顯示器型號為MS12864R，其顯示內容為128列×64行，內置中文漢字及字符，并配置LED背光。由于其與MCU的接口為八位并行接口[4]，硬件實現較為簡單。

四、軟件設計方案及實現

多功能控制板軟件功能為：實時監測三路開關量，在檢測到輸入的開關量變化時，根據需要可主動將變化信息通過串行通訊接口報告至上位機；根據上位機的指令要求對指示燈進行點亮和熄滅等操作；能根據上位機的指令要求對三路電源進行接通和斷開等操作；實時監測三路電源電壓，并將其狀態在LCD顯示器上顯示出來，在檢測到電源電壓過壓和欠壓時，根據需要可主動將電源電壓異常信息通過串行通訊接口報告至上位機。此外，本系統支持上位機對電源電壓狀態和開關量的查詢。其軟件流程圖如圖5所示。

五、與上位機的串行通訊協議

改進后的多功能控制板增加了與上位機的串行通訊模塊，采用RS-232通訊標準進行數據交互，具體通訊協議設計如下：

1、串行通訊參數設置

本文采用RS-232通訊標準進行異步通訊，詳細參數設置為：波特率9600；數據位8位；停止位1位；校驗位奇校驗(Odd)。

2、數據包格式及數據校驗

本文所設計的多功能控制板進行數據交互的數據包格式如下：

包頭 數據 數據 包尾0x10 0x02 Length Message CS 0x10 0x03

其中，Length為數據包中Message和CS的數據總個數；Message為數據包的核心，其內容根據命令字的不同有所不同；CS為累加和校驗字節，該字節是數據包中Length和Message所有數據相加的結果，不含包頭（0x10和0x02）和包尾（0x10和0x03）。

3、命令字設置及其含義

本文所設計數據包中的Message包含有多功能控制板復位命令、LCD顯示器顯示控制命令、查詢電源電壓狀態命令等八條命令字，其具體設置及含義如表1所示。除此之外，還可以根據具體應用需求進行命令字的擴展。

4、通訊協議的具體實現

串行通訊協議的具體實現會根據命令字的不同有所差異，本文僅以多功能控制板的復位命令為例介紹通訊協議的具體實現。多功能控制板復位指令的具體實現如表2所示。上位機根據整機實際運行情況向多功能控制板發送復位命令；控制板在接收到的數據包正確時執行該命令并應答該命令執行結果；如控制板接收到的數據包錯誤，需要向上位機做出應答以告知通訊錯誤便于上位機進行后續處理；如控制板由于除上位機要求復位以外的其他原因導致的復位，可根據需要以主動上報的形式告知上位機。

表1 命令字設置及其含義

表2 多功能控制板復位命令的具體實現

六、結論

多功能控制板在完成智能化技術改進后，由專業測試人員在外幣兌換機上做了大量的測試和試用試驗，并通過了國家強制認證和電磁兼容[5]認證。試驗結果表明，智能化技術改進后的多功能控制板不僅符合國家強制認證和電磁兼容的技術要求，而且工作性能穩定，滿足外幣兌換機的應用需求。改進后的多功能控制板提高了上位機的工作效率，降低了外幣兌換機整機生產的硬件成本，便于客服人員進行整機的維護和故障診斷，具有一定的實用價值和經濟效益。此外，該多功能控制板還可以廣泛應用于ATM、CDM等銀行自助設備，具有良好的市場應用前景。