ATM出鈔模塊的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

     ATM機(jī)的核心部件是出鈔模塊，它是集電子、機(jī)械于一體的自動(dòng)化裝置，到現(xiàn)在為止，只有幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家可以研發(fā)和制造，但隨著我國(guó)機(jī)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(guó)國(guó)情的ATM出鈔模塊。
　　
ATM出鈔模塊的結(jié)構(gòu)

    ATM出鈔模塊一般由上、下兩層功能模塊組成：上層為驗(yàn)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(jié)構(gòu)相同的挖鈔單元組成)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

    驗(yàn)鈔及送鈔模塊的作用是對(duì)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(cè)，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(jī)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(jù)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(hù)，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廠商所采用。

圖1 ATM出鈔模塊結(jié)構(gòu)示意圖

ATM出鈔模塊控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

    整個(gè)控制系統(tǒng)的主要功能就是通過(guò)各種電子電路驅(qū)動(dòng)電磁閥、單、雙向電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)出鈔模塊的所有機(jī)械部件的動(dòng)作，并對(duì)各種開(kāi)關(guān)量輸入(如光電感應(yīng)器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、高低電平等)和各種物理參數(shù)測(cè)量電路的直流電壓信號(hào)(如單張、整疊鈔票厚度)做實(shí)時(shí)、連續(xù)的檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整機(jī)械部件的動(dòng)作，保障顧客在取鈔過(guò)程中的正確、安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)能夠記錄故障狀態(tài)，給出錯(cuò)誤代碼，并進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，為維護(hù)人員提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

MSC1210Y5單片機(jī)簡(jiǎn)介

    MSC1210Y5PAGT是TI公司生產(chǎn)的集成數(shù)字/模擬混合信號(hào)單片機(jī)，具有運(yùn)行速度快、功耗低等特點(diǎn)，其時(shí)鐘頻率最高可達(dá)33 MHz，運(yùn)行速度高達(dá)825 MIPS，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；芯片內(nèi)集成了大量的模擬和數(shù)字外圍模塊：內(nèi)含32KB的Flash程序存儲(chǔ)器，并具有多重密碼鎖死(LOCK)功能，保密性較強(qiáng)。在對(duì)Flash程序存儲(chǔ)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(duì)用MSC1210Y5組成的系統(tǒng)進(jìn)行在系統(tǒng)編程，給新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、老產(chǎn)品升級(jí)和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。單片機(jī)內(nèi)還包含8通道模擬信號(hào)輸入，1~128倍可編程增益放大器、24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，非常適合鈔票厚度檢測(cè)等模擬信號(hào)的處理。

鈔票厚度信號(hào)采集電路

    本系統(tǒng)采用電渦流傳感器對(duì)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、高線性度、高分辨率地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體表面與探頭表面的距離，將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，然后通過(guò)CPU內(nèi)部的24位高精度ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，檢測(cè)精度可以達(dá)到0.0005mm。

CPLD電路

    為了簡(jiǎn)化硬件電路結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的集成度和可靠性，同時(shí)，也減輕應(yīng)用系統(tǒng)中處理器的負(fù)擔(dān)，采用了基于CPLD 的步進(jìn)電機(jī)控制電路，把處理器接口邏輯、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制、環(huán)形脈沖分配器、斬波恒流驅(qū)動(dòng)邏輯等幾個(gè)模塊在一個(gè)CPLD 器件中實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的挖鈔時(shí)序控制。步進(jìn)電機(jī)控制的邏輯如圖3所示。

圖3  步進(jìn)電機(jī)控制的邏輯圖

通信和在線編程電路

　　出鈔模塊和主機(jī)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(xiàn)通信，接口芯片采用MAX3232。MCU的在線編程與通信電路共用CPU的串行口0，二者之間通過(guò)跳線來(lái)實(shí)現(xiàn)接口的轉(zhuǎn)換，在線編程時(shí)， PC將產(chǎn)生RST信號(hào),RST信號(hào)經(jīng)過(guò)MAX3232轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)給MCU編程信號(hào)PSEN，MCU復(fù)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(jī)的情況下，維護(hù)人員也可以對(duì)出鈔模塊進(jìn)行相應(yīng)的操作，通過(guò)鍵盤(pán)輸入相應(yīng)的命令，并將執(zhí)行結(jié)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(xiàn)，大大節(jié)省了CPU資源。

圖4  控制系統(tǒng)軟件主流程圖

出鈔模塊控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

出鈔模塊控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

　　出鈔模塊控制軟件主要接收ATM主機(jī)的控制命令，根據(jù)這些命令執(zhí)行相應(yīng)的功能操作，并將執(zhí)行結(jié)果送回到ATM主機(jī)，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(xiàn)ATM出鈔模塊與ATM主機(jī)之間的信息交換，命令功能模塊主要實(shí)現(xiàn)挖鈔命令、送鈔命令、 未取鈔回收命令、通道清理與復(fù)位命令、獲取鈔箱信息命令、出鈔口取鈔檢測(cè)命令和拒絕命令操作，ATM主機(jī)通過(guò)發(fā)送這些命令實(shí)現(xiàn)顧客在ATM機(jī)上的取款操作。整個(gè)控制系統(tǒng)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(shè)立一個(gè)標(biāo)志，主程序檢測(cè)到這個(gè)標(biāo)志后就讀取命令包。

    出鈔模塊在執(zhí)行命令后，以一定格式將命令的執(zhí)行結(jié)果返回到PC主機(jī)，在執(zhí)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(xiàn)挖鈔命令、送鈔命令、 未取鈔回收命令、通道清理與復(fù)位命令、獲取鈔箱信息命令、出鈔口取鈔檢測(cè)命令和拒絕命令操作。ATM主機(jī)軟件在啟動(dòng)時(shí)，先要發(fā)送通道清理與復(fù)位命令，檢測(cè)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(cè)命令；如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)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(zhí)行出錯(cuò)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(zhí)行。

1通道清理與復(fù)位命令

　　此命令的主要功能是復(fù)位出鈔模塊內(nèi)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(cè)各個(gè)部件是否正常。ATM主機(jī)軟件在啟動(dòng)時(shí)，首先要發(fā)送此命令對(duì)出鈔模塊進(jìn)行通道清理和復(fù)位，出鈔模塊將相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果返回到控制主機(jī)，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(jī)控制軟件需要停止取款的功能，并給出相應(yīng)的故障提示，等待維護(hù)。

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(jī)控制軟件，在有取款操作時(shí)，主機(jī)控制軟件通過(guò)這些信息來(lái)分配每個(gè)鈔箱的出鈔數(shù)量。

3挖鈔命令

　　此命令的功能是執(zhí)行主機(jī)控制軟件所分配的各個(gè)鈔箱的出鈔數(shù)量，在對(duì)每個(gè)通道鈔箱進(jìn)行挖鈔操作時(shí)，都要對(duì)鈔票進(jìn)行檢測(cè)，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(zhí)行完成后將各個(gè)鈔箱的出鈔數(shù)量和廢鈔數(shù)量返回到主機(jī)，等待主機(jī)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(cè)命令

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

6未取鈔回收命令

　　如果在銀行規(guī)定的時(shí)間內(nèi)(一般是30秒，時(shí)間由主機(jī)控制軟件控制)閘門(mén)口的鈔票都未拿走，主機(jī)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(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)了故障，整個(gè)命令未成功執(zhí)行，或者是挖鈔命令執(zhí)行成功，但由于某些原因，不能進(jìn)行送鈔操作，此時(shí)主機(jī)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(jié)語(yǔ)

　　由于篇幅所限，本文只能從出鈔模塊控制系統(tǒng)的功能著手對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。本文所介紹的出鈔模塊控制系統(tǒng)已應(yīng)用于ATM機(jī)中，實(shí)踐證明，系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

1.鄧宏彬等編著.MSC121X系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)原理與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004
2.艾克武等譯. 嵌入式系統(tǒng)的C程序設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社,2002