ATM设备中出钞机芯钞箱的技术原理及设计研究

ATM设备中出钞机芯钞箱的技术原理及设计研究张林法（广电运通金融电子股份有限公司，广东广州510656）作者简介：张林法，大学本科（学士），工程师，项目经理，主要从事银行“ATM自动柜员机、钞票处理核心技术（机芯）、多国货币识别系统，轨道交通设备”等领域的研发工作。摘要：文章简述了ATM设备中出钞机芯钞箱的技术原理及设计要点研究。关键词：ATM；出钞机芯；钞箱1前言出钞机芯是ATM设备中取款类机型的核心技术，负责按照指令将一定数量的钞票输送到出钞口，而钞箱则是机芯中存放钞票的单元。目前出钞机芯这一核心技术还垄断在少数跨国公司手中，成为ATM制造商的技术壁垒和许多方面均会受到制约的瓶颈，如产品定价、交货周期、服务质量、维护成本、备件供应等等。钞箱也成为了超高价的配件，外商通过这种技术垄断获得巨大的利润。广电运通公司通过多年的技术研究，成功地开发出了具有独立知识产权并适合批量化生产的出钞机芯，钞箱的开发也顺利完成，并申请了多项专利，其中钞箱部分的专利号为：CN200610033001.1和CN200510121217.9钞箱的组成部分主要有塑胶外壳、金属内框、滑板压钞机构、规格调节装置、卷帘门、磁锁、外部锁扣、钞箱ID等。设计过程中需要根据钞箱的使用特点进行充分的考虑，如：钞箱是钞票的载体，并且需要由运钞车将装满钞票的钞箱运送到网点进行加钞，或者送到银行清分中心进行清点，所以其安全性是首先需要在设计中重点考虑的，其次是要拥有在运输过程中防止钞票混乱的功能；钞箱是与出钞机芯及ATM设备一起实现智能通讯、自动控制及机械自动化作业的高科技产品，故设计上需要考虑到其智能性及便捷高效等特点，如钞箱装上后会自动开启闸门，而当取出来时闸门立即处于锁闭状态，保证操作人员无法接触现金；每个钞箱的编号及箱内的钞票信息在钞箱安装到位后能自动被设备识别及获取；钞箱可维护性好，发生故障时能快速修复；经济的全球化使得钞箱需要兼容各个国家的货币，钞箱设计上也要考虑到目前各种不同货币的规格调节功能；容量大是银行用户对钞箱的另一个需求，钞箱能够装更多的钞箱，可为用户提供更多便利；钞箱属于流动使用的产品，还需要考虑到坚固耐用及重量轻便等方面。目前钞箱已经开发成功并正处于产业化应用阶段，随着大批量国产机芯的应用，钞箱在降低成本及提高服务质量方面具有明显的优势。本文简要介绍了钞箱的技术原理及设计经验。2钞箱技术原理2.1钞箱技术原理简介钞箱的工作原理是通过设置ID编码来标识钞箱信息，并调整好钞票规格参数；加钞时打开钞箱锁及铅封并拉开压钞机构，装入钞票后释放压钞机构以压紧钞箱内装入的整叠钞票，再锁上钞箱门并进行铅封；钞箱工作前，先由运钞车将装满钞票的钞箱运到网点，并将钞箱装入机芯中，此时钞箱闸门会自动打开，设备进入工作状态。当机芯工作时，可按照指令不间断地从指定的钞箱内吸取要求数量的钞票并输送到出钞口；随着钞箱内钞票的不断被取出，压钞机构同步向前推进，对剩余的钞票始终保持一定的压力；而当钞箱内的钞票逐渐减少至预设的少钞数值时，机芯会自动上报少钞信息，提醒管理员更换钞箱。进行钞箱更换工作时，钞箱被从设备中取出来，这时钞箱闸门会自动锁闭，由押运员通过运钞车将钞箱运回银行进行剩余钞票清点及再次加钞，为下一次运钞工作进行准备。加钞人员可以通过打开钞箱上盖，拉动压钞机构从而很容易地进行钞票装箱操作。2.2闸门开合原理钞箱闸门由卷帘门、金属框架及转轴、滑轨、弹簧、磁锁等共同组成闸门自动开合系统，在钞箱装配到机芯的过程中，钞箱磁锁会经过机芯框架上的解锁机构，这时如果钞箱与机芯如果能够匹配，则磁锁即被打开；随后钞箱在继续推进的过程中，闸门转轴被机芯框架上的挡片挡住，不再跟随钞箱继续前行，与转轴固定到一起的卷帘门也会同步被拉开，从而完成打开闸门的整个过程。钞箱被取出来的过程正好相反，闸门转轴首先脱离机芯框架挡片，闸门在钞箱内置弹簧的弹力作用下，将开启的闸门向锁闭位置拉动，转轴还会推动磁锁自动进入锁闭状态，锁死钞箱。因此一旦钞箱被操作员抽离机芯时，钞箱闸门已经完全关闭，操作员无法接触到现金。图1钞箱原理示意图1.卷帘闸门2.外框3.压钞机构4.规格调节5.磁锁3钞箱设计钞箱设计技术主要包含闸门磁锁设计、压钞机构、闸门设计、钞票兼容设计、钞箱ID编码设计等部分。3.1闸门磁锁设计磁锁是利用不同磁性方向的磁块相互作用，从而带动磁块上连带的锁扣进行相关的机构动作，锁勾即可对闸门转轴进行锁死或释放操作。设计的关键是在磁力作用范围内时，转轴与锁勾的配合位置要匹配；当弹簧拉动闸门实现自动关闭功能时，转轴要能够推动锁勾实现自锁闭。3.2压钞机构设计压钞机构是钞箱中相当重要的部分，在钞箱满箱或接近空箱时，压钞机构始终要提供合适的压紧力，压力过大或过小，均可能导致吸钞失败或效率下降等问题发生。压钞机构在整个行程内，其运动状况要完全顺畅，无卡滞现象出现。钞箱处于工作状态时，压钞机构只能单向前进，不能后退，这样才能保证钞票始终处于最佳工作状态；当钞箱处于运输状态时，压钞机构的单向动作功能可以保证钞箱内的钞票始终保持整齐，不会因为颠簸而混乱；而当打开钞箱上盖时，压钞机构就会被完全释放，可以自由地前后顺畅运动，不再有任何限制，这样装入钞票的过程就相当方便。在加钞完毕后，一旦操作员盖好钞箱上盖，压钞机构又恢复了单向行进的状态。3.3闸门设计闸门设计采用了卷帘门的设计方案，两侧滑轨则以90度弯角的形态来设计，实现了钞箱在装配时沿着水平方向推进，而闸门却沿着竖直方向进行开启与闭合，匹配出钞机芯的吸钞组件进行工作；卷帘门的设计可以实现竖直闸门通过90度弯角后转变为水平方向时，闸门能进行自动旋转，达到开合自如的功能。3.4钞票兼容设计为了适应各国各种不同币种及同一个币种之间不同版本、不同面额钞票，钞箱在设计中充分考虑了兼容性，在钞箱内部有四组调节装置，可以通过组合实现各种钞票的尺寸规格均能使用，这样钞箱即可适应各种货币的需求。3.5钞箱ID编码设计钞箱的ID编码采用了目前最先进的RFID设计方案，通过设定不同的组合序列，以对应不同的币种及钞票面额，使得钞箱的识别及管理实现完全自动化及实时信息化处理的能力。3.6钞箱框架结构设计钞箱框架结构的设计采用了塑胶外壳加金属内框的组合方式，通过铆接组装为一体，保证钞箱具有一定的强度，并且普遍采用了防火材料，所以在安全性方面具有一定的保障能力；组合框架的设计也避免了完全采用金属框架会使得钞箱很笨重，不方便运输及操作等缺陷。4总结钞箱在设计中采用了自动化的磁锁机构，实现了装取钞箱操作时钞箱闸门的自动化开合功能；压钞机构实现了钞箱内的钞票单向行进功能，确保钞箱在运输过程中内部钞票不会混乱，而当钞箱打开时则转换为双向行进，便利取钞及加钞的操作；钞箱通过兼容设计可以适应各种不同币种及不同面额钞票的规格，另外钞箱采用了塑胶加金属框架组合的架构，满足了耐用、轻便、安全等功能。经用户实际使用，证明完全达到了国际最先进技术水平，从而打破了之前核心技术由国际跨国巨头垄断的局面，提高金融领域的核心技术自主研发能力，为树立民族品牌做出了贡献，并可为国家节省大量外汇支出，经济效益显著。ATM的结构目前市场上主流的一些ATM机器大都比较笨重，体积偏大。ATM的体积到底需不需要那么大呢？未来ATM能否做得再轻便些呢？市场上主流的ATM，上部主要由显示屏、工控机、录像设备、凭条打印机以及上部机芯、电源等组成。从计算机发展的趋势看，计算机的体积越来越小、显示屏越来越薄，硬件性能越来越高，特别是平板电脑的出现使体积庞大的主机和显示器可以融于一体，而且触感技术的发展使触摸屏得以广泛使用于平板电脑。未来ATM使用将是高性能的触摸屏平板电脑，这将省下不少空间。电源占的空间也不少，应该可以再做得小一半，做成偏平状，更有利于散热、安放固定。上部机芯是主要的部分，主要有钞口模块、识别模块和暂存模块三大模块以及钞票通道组成，体积略显庞大。从结构专业的角度上看，多了一些没必要的机构，通道全程偏长。未来ATM上部机芯体积至少可以做到现在的2/3。下部机芯主要是保险柜，保险柜大小取决于里面的钱箱柜。钱箱柜主要有两种，一种是由一幅导轨托拉式的钱箱柜，换钞箱时需托出来占据了很大空间，ATM整机后面空间要求比较大，否则没法托出来。相比，另一种立式钱箱柜更节省空间，钱箱呈抽屉式横放的钱箱柜上，ATM后面空间只要能放进抽屉式的钱箱即可。目前几乎所有ATM厂家的钱箱都比较笨重。我认为其主要原因是将钱箱的功能和结构复杂化了，钱箱最主要最简单最原始的功能的就是装钱，而目前几乎所有厂家都是把叠钞和分钞机构、电路板甚至通道（如回收箱）都设计在钱箱之内。这样单个钱箱的功能虽然增多了，但是使原来简单的钱箱变得复杂而臃肿起来。未来的ATM应该还原钱箱原本的功能——那就是装钱，方便携带、易于装钞清钞才是其主要特点。钱箱的长和宽尺寸比最大的纸币长和宽稍大就够了，高由装的纸币数量决定。而其余的叠钞、分钞和电路板、传感器等统统都可以设计安装于相应的钱箱槽位。钱箱只由箱体、箱门、箱口以及推钞板组成，钱箱插入槽位打开箱口，推钞板的动力机构设置在相应钱箱槽周边。如此，未来ATM钱箱的体积和重量将可缩小到现在的一半左右，那么原来一台ATM最多配备五个钱箱（包括回收箱）可增加到七、八个。以上节省下来的空间，可以预留出一些可拓展模块，比如生物特征识别模块，电子货币充值模块、火车飞机售票机模块等等，由银行自主选择配备。