卧式二口纸币清分机的研制的有效方法

　摘 要：现有二口纸币清分机，通常设计成立式。为了解决立式二口纸币清分机在发生卡钞时便于处理，又不得不将其设计成可开合的多体结构，致使其体积大、结构复杂、可靠性差。为此研制开发了卧式二口纸币清分机。它具有结构简单、适合于清点流通量大的各类纸币的优点。配以C8051F120为核心的软硬件来实现高速条件下对纸币的检伪和清分。
　　关键词：清分机；CIS图像传感器；厚度传感器；检伪；清分
　　中图分类号：TP391 文献标识码：A
　　纸币清分机机作为现金处理的自动化金融设备中的高端设备，它集声、光、机、电、磁等各种传感器于一体，在高速条件下，完成对纸币的检测并实现各种清分功能，前几年由国外厂家独占中国市场。随着国内新技术、新工艺、新器件的推出及各金融设备厂家对纸币清分机研发的持续投入，核心技术获得突破，国产中小型纸币清分机逐渐取代进口产品，实现了规模化产业化。为了使现有立式二口纸币清分机在发生卡钞时便于处理，又不得不将其设计成可开合的多体结构，致使其体积大、结构复杂、可靠性差。为此研制开发了卧式二口纸币清分机。它以C8051F120为核心的软硬件来实现高速条件下，对纸币的检伪和清分。同时具有结构简单、适合于清点流通量大的各类纸币。
　　1 清分机的检伪和清分原理
　　纸币在设计过程中会有可机读信息部分。清分机就是在高速（大于750张/分）条件下，将可机读信息通过各类传感器转换成电信号，再通过各种形式的放大器和A/D模数转换器，同时对大量各类真纸币信号进行采集和统计分析，建立各种数学模型和算法，最后由处理器来识别纸币的真伪（统称“检伪”）和纸币的新旧、套别、版别、面向、孔洞、污损、涂鸦、胶带、缺角、折角、半角等残损检测（统称“清分”）。 检伪和清分的主要技术手段见表1。
　　2 卧式二口清分机的整体设计
　　卧式清分机采用纸币上下钞的捻钞方式。而立式机采用纸币下下钞，作为舶来品，它的优势是可连续放钞。但对清点钞票的质量要求高，对残损钞的分张适应性差。卧式机的捻钞方式是国内首创，它弥补了立式机的不足。更适应人民币流通量大、钞票质量差异大的特殊情况，其缺点是不能连续放钞。但从整机的结构设计上看，卧式机的结构简单，成本低等优势。而且更适应客户的使用习惯。
　　卧式机的结构上主要有以下几部分组成，如图1所示。
　　在图1中，1是进钞部分，2是检测部分，3是走钞部分，4是分钞部分，5是下接钞口，6是上接钞口，7是捻钞轮。
　　整机按清分速度为800张/分设计。按人民币最宽纸币77mm计算，传动部分的线速度约2.1米/秒。它有两个出钞口，其中一个合格钞口，它的最大容量200张；另一个为退钞口，它的最大容量为100张。
　　2.1 进钞部分
　　卧式清分机进钞部分主要功能是将一把纸币一张一张地分开，便于后续对纸币的计数、检伪和清分的处理。是整机关键组成部分。它决定整机计数的准确性、检伪的准确性、清分效果的一致性等。它采用纸币上下钞的捻钞方式。
　　2.2 检测部分
　　卧式清分机检测部分是整机的核心部分。它排布了CIS（Contact Image Sensor）图像传感器、厚度传感器（机械式）、磁传感器、荧光传感器、多个位置传感器等各类传感器。这部分主要完成对纸币的各类信号的采集处理。实现对纸币的检伪和各类清分处理。
　　2.3 出钞部分
　　卧式清分机出钞部分是对检测部分的结果，通过一个分钞装置将纸币导入到相应结果的具有同步码放装置的出钞口中。它的关键部件是分钞装置和同步码放装置。分钞装置将在6～9ms之间将高速运动的纸币送入对应的出钞口。同步码放装置将高速运动的纸币平稳和相当整齐的码放到出钞口内。
　　2 电气硬件设计
　　卧式二口清分机电气硬件部分主要有以下几个功能模块组成，如图2所示。
　　卧式二口清分机共有51个各类传感器。由它们来完成清分机对纸币荧光、磁、红外、厚度等检伪功能，通过对图像的分析来处理纸币的外形尺寸、套别、版别、面向、新旧、缺角、孔洞、涂鸦、折角等检测实现各种清分功能。它们分别有相应的检测模块处理。为了适应高速条件下对数据的采集处理（图像处理除外）。选用了C8051F120作为主控芯片。
　　流水线指令结构。速度最高达100MIPS。
　　16 × 16 位乘累加器（MAC）
　　存储器：8K+256 RAM；128K FLASH
　　16路SAR ADC 最大500KSPS（可编程放大器增益）
　　2路DAC
　　丰富数字外设：IIC、SPI、两个UART、可编程的16位计数器/定时器阵列（可设置为PWM，便于对直流电机的控制）
　　它充分利用C8051F120的硬件资源，采集纸币磁信号信息，并识别其真伪。它处理各种位置传感器感知钞票在整个通道中的运行位置和状态，同时还控制主电机、喂钞电机、分钞电机、除尘风扇、同步码放装置等。配接口芯片增加了USB接口、RS232接口，方便生产调试和维护，同时可以扩展一些可选配外设，如外接显示器和微型打印机等。
　　以C8051F120为核心，配以图像检测模块、厚度检测模块、荧光检测模块等分工协助形成卧式二口纸币清分机的检测控制系统。它具有检伪能力强，误、漏报率低，清分一致性好。
　　3 软件设计
　　卧式二口纸币清分机采用C8051F120为核心，配以其它功能模块的检测方式。为了满足在高速条件下高效率完成检测功能，软件设计中主控程序采用ASM51汇编语言的方式。流程图如图3所示。
　　在算法设计中，主要本着“以真仿假”原则，根据各国货币发行公告中可机读的防伪特征点为准。在根据多年积累对各国纸币的开发经验，以C8051F120为核心，协同荧光检测模块、厚度检测模块、图像检测模块，完成对纸币的荧光、磁信息、白光图像、红外图像、厚度等采集处理并与算法中设定的检测标准相比较，来综合得到纸币的真伪和清分效果。
　　由于纸币在流通过程中，都会对纸币中防伪特征点造成磨损、残破、污染等对检伪造成误报。只有通过综合多种鉴别技术来提高的检伪能力。同时有郊降低误报率和漏报率。
　　结语
　　卧式二口机清分机研制与开发过程中，积累了大量的经验，同时申请一些专利。为公司后续开发的各类清分机和点钞机提供很好的应用平台。
　　参考文献
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