轨道交通AFC系统硬币处理模块的研究

2012-05-11黄斐，陈栋

铁路计算机应用 2012年7期

关键词：币种号线硬币

黄斐，陈栋

（1.北京市轨道交通建设管理有限公司设备管理总部，北京 100037；2. 中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，北京 100081）

随着我国城市轨道交通建设的快速发展，北京、上海等大城市日客流量屡创新高，对轨道交通自动售检票系统（AFC）终端设备的可靠性、快捷性、可维护性等方面提出了更高要求。硬币处理模块属于现金处理模块，而且直接面向乘客，因此，对它的要求也更加严格。

1 硬币处理模块的组成与工作原理

轨道交通AFC系统硬币处理模块能识别和接受乘客投入的硬币，并能进行硬币找零，它由硬币识别装置、循环找零装置、备用找零装置、硬币钱箱、控制电路板等组成。

硬币处理模块的工作原理如图1。

图1 硬币处理模块的工作原理

硬币处理模块一般通过RS232或USB接口连接自动售票机主机，接受主机的指令，这些指令包括初始化、开启或关闭硬币识别、启用循环找零装置找零、启用备用找零装置找零、清空硬币等等。硬币处理模块的控制电路板带有CPU，根据主机的指令，控制硬币识别装置、循环找零装置和备用找零装置的动作，并监视他们的状态，通过动作组合实现相关功能。

2 硬币处理模块的功能

2.1 硬币识别功能

（1）对硬币识别的要求

硬币识别装置须能准确识别流通硬币，主要包括第4和第5版0.5元和1元硬币，接收硬币的币种数可以扩展。硬币的接收速度应大于3枚／s，正常情况下真币接收率不低于95%，假币识别率大于99.9%。

（2）硬币识别的原理

硬币的主要识别指标包括硬币的材质、厚度和直径。

硬币的材质和厚度是采用电涡流技术来检测的[1]。电涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料，如果把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流，由于导体自身各种因素（如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等）的变化会导致感应电流的变化。针对特定的硬币，电涡流电子传感器发出不同频率的电磁波，穿透硬币表面和芯部，激发出不同的电磁信号，通过微电脑集成的识别电路和软件可以放大、提取和显示不同的电磁信号和数字化信息，即为该硬币的电子特征参数。当进行硬币识别时，电涡流电子传感器将对投入的硬币进行感应，将产生的电子特征数据与硬币识别装置预存的特征参数表进行比对，以确定硬币的真伪和面值。

有些硬币识别装置用光电管队列来识别直径，另外一些采用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率变化的不同。

2.2 原币原退功能

在自动售票机运营过程中，如果乘客投入硬币后取消交易，要求原币退还乘客投入的硬币。原币原退的实现方式主要有2种：

（1）暂存式原币原退

针对每币种配备一个暂存装置，每个暂存装置一般能存放10-60枚硬币，暂存装置有2个泄币口，能受控泄币到退币口或者循环找零装置。

（2）堆栈式原币原退

堆栈式方式是采用循环找零装置来实现原币原退，这种循环找零装置实际上是一个后进先出（LIFO）的硬币堆栈。硬币在装置里有序排列，最后进入的硬币将被最先用来找零，所以退币和找零是相同的动作。

2.3 循环找零功能

硬币处理模块具有2币种的循环找零功能。所谓循环找零，是指能将乘客购票投入的硬币补充到循环找零装置，用于后续交易找零，达到找零硬币循环利用的目的。每币种循环找零的容量一般要求70～100枚硬币。

2.4 备用找零功能

除了循环找零外，硬币处理模块还配备了2币种的备用找零装置，当循环找零内硬币耗尽时，应启用备用找零装置找零。每币种备用找零的容量一般要求500～1000枚硬币。

2.5 清空硬币功能

循环找零装置和备用找零装置中所存储的硬币可通过指令清空。清空时硬币自动进入硬币钱箱，清空硬币时硬币处理模块能计数，统计清空到钱箱的硬币数量。

3 硬币处理模块的处理流程

3.1 无效币处理流程

乘客投入硬币后，经硬币识别装置识别，如果识别装置判定无效，硬币会返回乘客。

3.2 交易取消的处理流程

乘客投入硬币后，经硬币识别装置判定有效，硬币会被暂存，若乘客取消交易，硬币会返回乘客。

3.3 交易成功的处理流程

乘客投入硬币后，经硬币识别装置判定有效，硬币会被暂存，交易成功后，硬币会补充到循环找零装置，如果循环找零装置内硬币已满，则硬币将进入硬币钱箱。

4 硬币处理模块的技术特点

4.1 硬币处理模块的结构设计要点

轨道交通AFC系统硬币处理模块主要有以下技术特点[2]：

（1）硬币储存位置多，处理机构整合难度大

硬币处理模块临时或长时间储存硬币的地方较多，硬币在其间搬运主要依靠重力作用，就确定了部件在安装位置的上下层关系，容易造成整体机构较大，投币口和找零口之间的距离也较大，不利于乘客操作和整机布局。

（2）硬币移动路径多，硬币通道复杂

由于硬币在硬币处理模块个部件之间的移动，设计上需要考虑硬币通道。再考虑到不同币种需要不同通道，所以模块设计中部件的位置和之间通道的设计就显得尤其重要。

4.2 硬币处理模块控制电路的设计要点

硬币处理模块控制器可以采用ARM处理器，采用8051系列单片机也能满足应用要求。硬币处理模块的主要电气部件如表1。

表1 硬币处理模块的主要电气部件

考虑到适用性和成本因素，控制电路的设计应本着提供可靠的硬件驱动为原则，而将业务逻辑的处理交给应用软件实现。

4.3 硬币处理模块的应用软件设计要点

硬币处理模块的软件设计应遵循3个原则：

（1）准确性原则

硬币处理模块应用于处理现金，准确性是最根本的要求，识别错误、计数错误是不能允许的。在软件设计上，主要体现于信号采样技术和边界处理。

硬件输出的一般是脉冲电平信号[3]，以硬币找零为例，硬币被直流电机连续快速发射到通道，通过光电传感器，传感器反馈的信号时长并不规则，并且还会有噪音信号。应用软件需要过滤掉噪音，准确计数。当硬币处理模块从一种运行状态切换到另外一种运行状态时，在边界敏感时间内，一定要处理原状态下未完成的信号，避免信号丢失。

（2）实时性原则

硬币处理速度是衡量硬币处理模块的一个重要指标。需要充分利用处理器的中断资源，合理组织中断级和基本级代码，提高应用程序的实时处理能力，在保证准确性的前提下，提高硬币处理模块的效率。

（3）容错性原则

在实际应用环境中，流通硬币可能有变形、粘稠、缺损等情况，硬币处理模块会受到这些客观条件的影响，产生更加复杂的干扰信息。体现在设备上，会出现硬件反馈信号时长变长或变短，对硬币的动作执行失败等情况。

为了提高硬币处理模块的可用性，容错处理的设计是必然的选择。可以通过以下几个方面的容错技术提升模块的可靠性：

a.收集有代表性的流通硬币进行测试，根据测试结果，划定有效值区间范围；

b.对硬币处理的机械动作，如果执行失败，须根据失败原因，进行重试处理，必要时调整执行参数；

c.应用直流电机处理硬币时，如果处理失败，根据失败原因，必要时反转电机，能消除不良硬币引起的问题。