臥式二口紙幣清分機的研制與開發

徐勇 邱林

摘 要：現有二口紙幣清分機，通常設計成立式。為了解決立式二口紙幣清分機在發生卡鈔時便于處理，又不得不將其設計成可開合的多體結構，致使其體積大、結構復雜、可靠性差。為此研制開發了臥式二口紙幣清分機。它具有結構簡單、適合于清點流通量大的各類紙幣的優點。配以C8051F120為核心的軟硬件來實現高速條件下對紙幣的檢偽和清分。

關鍵詞：清分機；CIS圖像傳感器；厚度傳感器；檢偽；清分

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

紙幣清分機機作為現金處理的自動化金融設備中的高端設備，它集聲、光、機、電、磁等各種傳感器于一體，在高速條件下，完成對紙幣的檢測并實現各種清分功能，前幾年由國外廠家獨占中國市場。隨著國內新技術、新工藝、新器件的推出及各金融設備廠家對紙幣清分機研發的持續投入，核心技術獲得突破，國產中小型紙幣清分機逐漸取代進口產品，實現了規模化產業化。為了使現有立式二口紙幣清分機在發生卡鈔時便于處理，又不得不將其設計成可開合的多體結構，致使其體積大、結構復雜、可靠性差。為此研制開發了臥式二口紙幣清分機。它以C8051F120為核心的軟硬件來實現高速條件下，對紙幣的檢偽和清分。同時具有結構簡單、適合于清點流通量大的各類紙幣。

1 清分機的檢偽和清分原理

紙幣在設計過程中會有可機讀信息部分。清分機就是在高速（大于750張/分）條件下，將可機讀信息通過各類傳感器轉換成電信號，再通過各種形式的放大器和A/D模數轉換器，同時對大量各類真紙幣信號進行采集和統計分析，建立各種數學模型和算法，最后由處理器來識別紙幣的真偽（統稱“檢偽”）和紙幣的新舊、套別、版別、面向、孔洞、污損、涂鴉、膠帶、缺角、折角、半角等殘損檢測（統稱“清分”）。 檢偽和清分的主要技術手段見表1。

2 臥式二口清分機的整體設計

臥式清分機采用紙幣上下鈔的捻鈔方式。而立式機采用紙幣下下鈔，作為舶來品，它的優勢是可連續放鈔。但對清點鈔票的質量要求高，對殘損鈔的分張適應性差。臥式機的捻鈔方式是國內首創，它彌補了立式機的不足。更適應人民幣流通量大、鈔票質量差異大的特殊情況，其缺點是不能連續放鈔。但從整機的結構設計上看，臥式機的結構簡單，成本低等優勢。而且更適應客戶的使用習慣。

臥式機的結構上主要有以下幾部分組成，如圖1所示。

在圖1中，1是進鈔部分，2是檢測部分，3是走鈔部分，4是分鈔部分，5是下接鈔口，6是上接鈔口，7是捻鈔輪。

整機按清分速度為800張/分設計。按人民幣最寬紙幣77mm計算，傳動部分的線速度約2.1米/秒。它有兩個出鈔口，其中一個合格鈔口，它的最大容量200張；另一個為退鈔口，它的最大容量為100張。

2.1 進鈔部分

臥式清分機進鈔部分主要功能是將一把紙幣一張一張地分開，便于后續對紙幣的計數、檢偽和清分的處理。是整機關鍵組成部分。它決定整機計數的準確性、檢偽的準確性、清分效果的一致性等。它采用紙幣上下鈔的捻鈔方式。

2.2 檢測部分

臥式清分機檢測部分是整機的核心部分。它排布了CIS（Contact Image Sensor）圖像傳感器、厚度傳感器（機械式）、磁傳感器、熒光傳感器、多個位置傳感器等各類傳感器。這部分主要完成對紙幣的各類信號的采集處理。實現對紙幣的檢偽和各類清分處理。

2.3 出鈔部分

臥式清分機出鈔部分是對檢測部分的結果，通過一個分鈔裝置將紙幣導入到相應結果的具有同步碼放裝置的出鈔口中。它的關鍵部件是分鈔裝置和同步碼放裝置。分鈔裝置將在6～9ms之間將高速運動的紙幣送入對應的出鈔口。同步碼放裝置將高速運動的紙幣平穩和相當整齊的碼放到出鈔口內。

2 電氣硬件設計

臥式二口清分機電氣硬件部分主要有以下幾個功能模塊組成，如圖2所示。

臥式二口清分機共有51個各類傳感器。由它們來完成清分機對紙幣熒光、磁、紅外、厚度等檢偽功能，通過對圖像的分析來處理紙幣的外形尺寸、套別、版別、面向、新舊、缺角、孔洞、涂鴉、折角等檢測實現各種清分功能。它們分別有相應的檢測模塊處理。為了適應高速條件下對數據的采集處理（圖像處理除外）。選用了C8051F120作為主控芯片。

流水線指令結構。速度最高達100MIPS。

16 × 16 位乘累加器（MAC）

存儲器：8K+256 RAM；128K FLASH

16路SAR ADC 最大500KSPS（可編程放大器增益）

2路DAC

豐富數字外設：IIC、SPI、兩個UART、可編程的16位計數器/定時器陣列（可設置為PWM，便于對直流電機的控制）

它充分利用C8051F120的硬件資源，采集紙幣磁信號信息，并識別其真偽。它處理各種位置傳感器感知鈔票在整個通道中的運行位置和狀態，同時還控制主電機、喂鈔電機、分鈔電機、除塵風扇、同步碼放裝置等。配接口芯片增加了USB接口、RS232接口，方便生產調試和維護，同時可以擴展一些可選配外設，如外接顯示器和微型打印機等。

以C8051F120為核心，配以圖像檢測模塊、厚度檢測模塊、熒光檢測模塊等分工協助形成臥式二口紙幣清分機的檢測控制系統。它具有檢偽能力強，誤、漏報率低，清分一致性好。

3 軟件設計

臥式二口紙幣清分機采用C8051F120為核心，配以其它功能模塊的檢測方式。為了滿足在高速條件下高效率完成檢測功能，軟件設計中主控程序采用ASM51匯編語言的方式。流程圖如圖3所示。

在算法設計中，主要本著“以真仿假”原則，根據各國貨幣發行公告中可機讀的防偽特征點為準。在根據多年積累對各國紙幣的開發經驗，以C8051F120為核心，協同熒光檢測模塊、厚度檢測模塊、圖像檢測模塊，完成對紙幣的熒光、磁信息、白光圖像、紅外圖像、厚度等采集處理并與算法中設定的檢測標準相比較，來綜合得到紙幣的真偽和清分效果。

由于紙幣在流通過程中，都會對紙幣中防偽特征點造成磨損、殘破、污染等對檢偽造成誤報。只有通過綜合多種鑒別技術來提高的檢偽能力。同時有郊降低誤報率和漏報率。

結語

臥式二口機清分機研制與開發過程中，積累了大量的經驗，同時申請一些專利。為公司后續開發的各類清分機和點鈔機提供很好的應用平臺。

參考文獻

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