ATM出鈔模塊的控制系統設計

前言

     ATM機的核心部件是出鈔模塊，它是集電子、機械于一體的自動(dòng)化裝置，到現在為止，只有幾個(gè)發(fā)達國家可以研發(fā)和制造，但隨著(zhù)我國機械制造和自動(dòng)控制技術(shù)的提高，完全有能力研制出適合中國國情的ATM出鈔模塊。
　　
ATM出鈔模塊的結構

    ATM出鈔模塊一般由上、下兩層功能模塊組成：上層為驗鈔、送鈔及廢鈔回收模塊；下層為鈔箱及挖鈔模塊(由1~4個(gè)結構相同的挖鈔單元組成)，其結構示意圖如圖1所示。

    驗鈔及送鈔模塊的作用是對由供鈔模塊挖出的每張鈔票進(jìn)行高度、厚度以及傾斜度進(jìn)行檢測，通過(guò)控制分揀器把不合格的鈔票送進(jìn)廢鈔箱，而合格的鈔票則送到疊鈔器，最后由送鈔機械手把整疊的鈔票送到出鈔口，完成一次出鈔操作。如客戶(hù)超時(shí)不取款，則把鈔票收回并放到回鈔箱里。

    挖鈔模塊的作用是放置鈔箱并根據指令把鈔票從鈔箱中一張一張地挖出來(lái)，挖鈔方式有兩種：真空吸鈔和摩擦出鈔。這兩種方式各有千秋，真空吸鈔精確可靠，容易維護，但出鈔速度較慢(1~2張/秒)，目前只有NCR公司使用。而摩擦出鈔技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是出鈔速度快(5~7張/秒)，為絕大部分ATM廠(chǎng)商所采用。

圖1 ATM出鈔模塊結構示意圖

ATM出鈔模塊控制系統的硬件設計

    整個(gè)控制系統的主要功能就是通過(guò)各種電子電路驅動(dòng)電磁閥、單、雙向電機和步進(jìn)電機，以實(shí)現對整個(gè)出鈔模塊的所有機械部件的動(dòng)作，并對各種開(kāi)關(guān)量輸入(如光電感應器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、高低電平等)和各種物理參數測量電路的直流電壓信號(如單張、整疊鈔票厚度)做實(shí)時(shí)、連續的檢測，根據檢測結果及時(shí)調整機械部件的動(dòng)作，保障顧客在取鈔過(guò)程中的正確、安全穩定運行。同時(shí)，在運行過(guò)程中出現故障時(shí)能夠記錄故障狀態(tài)，給出錯誤代碼，并進(jìn)行相應的故障處理，為維護人員提供準確的參考數據?？刂葡到y的硬件結構如圖2所示。

圖2  控制系統的硬件結構

MSC1210Y5單片機簡(jiǎn)介

    MSC1210Y5PAGT是TI公司生產(chǎn)的集成數字/模擬混合信號單片機，具有運行速度快、功耗低等特點(diǎn)，其時(shí)鐘頻率最高可達33 MHz，運行速度高達825 MIPS，具有很強的數據處理能力；芯片內集成了大量的模擬和數字外圍模塊：內含32KB的Flash程序存儲器，并具有多重密碼鎖死(LOCK)功能，保密性較強。在對Flash程序存儲器編程方面，可通過(guò)SPI串行接口或一般的編程器進(jìn)行重新編程，因而可對用MSC1210Y5組成的系統進(jìn)行在系統編程，給新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、老產(chǎn)品升級和維護帶來(lái)極大的方便。單片機內還包含8通道模擬信號輸入，1~128倍可編程增益放大器、24位高精度A/D轉換器，非常適合鈔票厚度檢測等模擬信號的處理。

鈔票厚度信號采集電路

    本系統采用電渦流傳感器對鈔票的厚度進(jìn)行采集，電渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的非接觸、高線(xiàn)性度、高分辨率地測量被測金屬導體表面與探頭表面的距離，將位置信號轉換成模擬電壓信號，然后通過(guò)CPU內部的24位高精度ADC進(jìn)行轉換，檢測精度可以達到0.0005mm。

CPLD電路

    為了簡(jiǎn)化硬件電路結構，提高系統的集成度和可靠性，同時(shí)，也減輕應用系統中處理器的負擔，采用了基于CPLD 的步進(jìn)電機控制電路，把處理器接口邏輯、步進(jìn)電機轉速和轉動(dòng)角度控制、環(huán)形脈沖分配器、斬波恒流驅動(dòng)邏輯等幾個(gè)模塊在一個(gè)CPLD 器件中實(shí)現，實(shí)現系統的挖鈔時(shí)序控制。步進(jìn)電機控制的邏輯如圖3所示。

圖3  步進(jìn)電機控制的邏輯圖

通信和在線(xiàn)編程電路

　　出鈔模塊和主機的通信接口采用RS-232C接口，通過(guò)CPU的串行口0來(lái)實(shí)現通信，接口芯片采用MAX3232。MCU的在線(xiàn)編程與通信電路共用CPU的串行口0，二者之間通過(guò)跳線(xiàn)來(lái)實(shí)現接口的轉換，在線(xiàn)編程時(shí)， PC將產(chǎn)生RST信號,RST信號經(jīng)過(guò)MAX3232轉換成TTL電平信號給MCU編程信號PSEN，MCU復位后開(kāi)始接收下載的程序。

鍵盤(pán)和顯示電路

　　鍵盤(pán)和顯示電路的主要功能是在沒(méi)有外部主機的情況下，維護人員也可以對出鈔模塊進(jìn)行相應的操作，通過(guò)鍵盤(pán)輸入相應的命令，并將執行結果在LED上顯示出來(lái)。LED顯示采用靜態(tài)方式，通過(guò)CPU的串口和74LS164串行移位來(lái)實(shí)現，大大節省了CPU資源。

圖4  控制系統軟件主流程圖

出鈔模塊控制系統軟件設計

出鈔模塊控制系統軟件結構

　　出鈔模塊控制軟件主要接收ATM主機的控制命令，根據這些命令執行相應的功能操作，并將執行結果送回到ATM主機，因此可以將ATM出鈔模塊的控制軟件劃分為通信模塊和命令功能模塊。通信模塊實(shí)現ATM出鈔模塊與ATM主機之間的信息交換，命令功能模塊主要實(shí)現挖鈔命令、送鈔命令、 未取鈔回收命令、通道清理與復位命令、獲取鈔箱信息命令、出鈔口取鈔檢測命令和拒絕命令操作，ATM主機通過(guò)發(fā)送這些命令實(shí)現顧客在A(yíng)TM機上的取款操作。整個(gè)控制系統軟件主程序如圖4所示。

通信模塊

    出鈔模塊通信采用中斷方式，CPU接收到一個(gè)命令包之后，設立一個(gè)標志，主程序檢測到這個(gè)標志后就讀取命令包。

    出鈔模塊在執行命令后，以一定格式將命令的執行結果返回到PC主機，在執行命令過(guò)程中出鈔模塊不接收命令，直到命令返回。

命令功能模塊

　　命令功能模塊實(shí)現挖鈔命令、送鈔命令、 未取鈔回收命令、通道清理與復位命令、獲取鈔箱信息命令、出鈔口取鈔檢測命令和拒絕命令操作。ATM主機軟件在啟動(dòng)時(shí)，先要發(fā)送通道清理與復位命令，檢測出鈔模塊的狀態(tài)；進(jìn)行一次完整的取款操作需要依次發(fā)送獲取鈔箱信息命令、挖鈔命令、送鈔命令和出鈔口取鈔檢測命令；如果在規定的時(shí)間內檢測到鈔票沒(méi)有取走，則發(fā)送未取鈔回收命令，將出鈔口鈔票回收，拒絕命令是在挖鈔命令執行出錯的時(shí)候發(fā)送。每個(gè)命令都必須按照這個(gè)順序來(lái)發(fā)送，否則被視為非法命令，不予執行。

1通道清理與復位命令

　　此命令的主要功能是復位出鈔模塊內部寄存器、清理挖鈔通道和送鈔通道，如果有殘余鈔票在通道中，則將其送入回收箱，同時(shí)檢測各個(gè)部件是否正常。ATM主機軟件在啟動(dòng)時(shí)，首先要發(fā)送此命令對出鈔模塊進(jìn)行通道清理和復位，出鈔模塊將相應的執行結果返回到控制主機，如果出鈔模塊有故障返回碼，表示出鈔模塊不能正常工作，ATM主機控制軟件需要停止取款的功能，并給出相應的故障提示，等待維護。

2獲取鈔箱信息命令

　　此命令的主要功能是出鈔模塊將模塊中鈔箱的配置信息，包括各個(gè)鈔箱中鈔票的面額和幣種信息返回給主機控制軟件，在有取款操作時(shí)，主機控制軟件通過(guò)這些信息來(lái)分配每個(gè)鈔箱的出鈔數量。

3挖鈔命令

　　此命令的功能是執行主機控制軟件所分配的各個(gè)鈔箱的出鈔數量，在對每個(gè)通道鈔箱進(jìn)行挖鈔操作時(shí)，都要對鈔票進(jìn)行檢測，如果有尺寸或者厚度不合格的，則打開(kāi)分揀器將其送入廢鈔箱中，將合格的鈔票送到疊鈔板上，整個(gè)命令執行完成后將各個(gè)鈔箱的出鈔數量和廢鈔數量返回到主機，等待主機控制軟件發(fā)送下一個(gè)命令，即送鈔命令。

4送鈔命令

　　此命令的主要功能是把疊鈔板上的鈔票送到閘門(mén)口，取款人就可以將鈔票拿走。

5出鈔口檢測命令

　　此命令的主要功能是檢測閘門(mén)口的鈔票是否被拿走，并將信息返回到主機，如果檢測到鈔票已經(jīng)拿走，機械手將回到原始位置。

6未取鈔回收命令

　　如果在銀行規定的時(shí)間內(一般是30秒，時(shí)間由主機控制軟件控制)閘門(mén)口的鈔票都未拿走，主機控制軟件將發(fā)送此命令，通知出鈔模塊將閘門(mén)口鈔票回收，送入回收箱中。

7拒絕命令

　　在挖鈔命令執行過(guò)程中出現了故障，整個(gè)命令未成功執行，或者是挖鈔命令執行成功，但由于某些原因，不能進(jìn)行送鈔操作，此時(shí)主機控制軟件需要發(fā)送拒絕命令，通知出鈔模塊將疊鈔板上的鈔票送入回收箱中。

結語(yǔ)

　　由于篇幅所限，本文只能從出鈔模塊控制系統的功能著(zhù)手對整個(gè)控制系統做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。本文所介紹的出鈔模塊控制系統已應用于A(yíng)TM機中，實(shí)踐證明，系統可靠、穩定。

參考文獻

1.鄧宏彬等編著(zhù).MSC121X系統級單片機原理與應用. 北京：機械工業(yè)出版社，2004
2.艾克武等譯. 嵌入式系統的C程序設計.機械工業(yè)出版社,2002