纸币验钞机的设计.doc

新型验钞机的技术原理及可视化设计陶学恒、芦金石、赵昕、荆菁、信昕（大连轻工业学院信息科学与工程学院机器人技术研究所，中国大连，116034）摘要：本文作者所设计的新型验钞机，在保留了市场通用的验钞机基本功能基础上，提出了一种可以从根本上遏制金融犯罪的新型多功能验钞机，主要是增添了纸币的录码和校验以及网络监控的功能，并完成了验钞机系统的传动设计、结构可视化设计、主控制电路的设计等工作，以及样机的加工制作和实验测试。关键词：验钞机、录码、校验、网络监控、可视化设计Technology Principle and Visual Design for New Type of Banknote-Testing DeviceTAO Xue-heng, LU Jin-shi, ZHAO Xin, JING Jing, XIN XinABSTRACT: A new type of banknote-testing device is designed and manufactured, which preserves traditional banknote-testing device functions and has many new performance such as banknote coding, verifying, and network monitoring. And the authors have finished all the tasks which include the transmission system design, the structure visual design, the main control electric circuits design, and the device manufacturing and experiment.KEYWORDS: Banknote-testing Device, Coding, Verify, Network Monitoring, Visual Design一、前 言在科学技术日益发展的今天，纸币作为主要的货币流通手段在人们的生活中承担着重要的角色，在市场的自动贩卖机，收银台等地方随时可以见到人们拿着百元钞票结账，但随之而来的各种各样的假币也同时的出现在人们的生活中，给人们的生活增加了不和谐的音符。为了抵制假币的泛滥也同时保护消费者和商家的利益，验钞机适时地出现使得假币在流通领域无所遁形，然而随着货币的防伪功能的不断升级，假币的制造业越来越与真币难以区分，验钞机做不断的革新以适应这一要求，周而复始的在货币和验钞机鉴伪的功能上下功夫，没有根本的解决问题；倘若造假工艺达到与真币相同，则无法识别真假，这是非常危险的。其次，金融犯罪日益严重抢劫运钞车，抢劫银行，更有频繁的抢劫行人的犯罪呈上升趋势，不但扰乱社会秩序，更威胁到人们的工作生活的安全。我国现金流通规模庞大，银行出纳柜台现金处理工作繁重，验钞机已成为不可缺少的设备。验钞机集计数和辨伪于一身，随着印刷技术、复印技术和电子扫描技术的发展，伪钞制造水平越来越高，必须不断提高点钞机的辨伪性能。面对现代科技迅速发展的要求，金融机具承担着更为艰巨而重要的角色，不但有维持金融秩序，更要维护国家和人民的金融财产安全，所以本文作者在对验钞机进行深入分析和研究的基础上，提出了一种可以从根本上遏制金融犯罪的新型多功能验钞机。 本文作者所设计的新型验钞机在保留了原有验钞机的功能基础上，增添了纸币的录码和校验以及网络监控的功能。纸币上的代码，即是把钞票上由人民银行统一印刷的人民币的代码，代码是由英文字母和数字共同组成，是纸币发行后唯一的身份，每一张纸币的代码是唯一的，好像人的指纹一样，是识别纸币的根本；倘若有重复的代码，那么其中必有假币；纸币的发行单位，对已经发行的不同面额的纸币，由不同的代码表示，并对已经发行的纸币的代码进行记录，对于没有记录在册的纸币出现必定是假币。录码就是由验钞机上设定的摄像头捕捉到代码，并识别出来记录到存储器上，在点钞验钞的同时进行代码的录制，在点钞验钞完成后可以提取纸币的代码信息，再与发行银行纸币的代码进行校对，是否有重复代码出现和没有记录在册的代码出现。若发现有重复的或者没有记录在册的纸币出现，及时报警。网络监控功能，是针对金融犯罪进行遏制，在犯罪分子对运钞车、银行以及提款人进行抢劫之后的货币消费的跟踪，公布被抢劫货币的代码，并及时地通报给各大银行及消费场所，各个银行之间联网，再与各个商场、超市的收银台进行联网监控，针对银行抢劫，及时地发现被抢货币的消费地点，使被抢的货币在消费过程中被捕捉并及时地捉拿罪犯。起到了犯罪分子在抢劫货币之后没有消费和储存的场所，从而使货币在犯罪分子手中变成废纸，抢劫货币变得没有意义。二、新型验钞机的技术实施方案图1 新型验钞机内部结构示意图解决因纸币引起的问题，不只是单单的解决鉴别真伪的作用，更是如何有效的保护国家和人们的财产安全，有效的遏制金融犯罪则是需要解决的更深层次的问题。正是迎合了现今金融流通领域的迫切需要，所设计的新型验钞机是融合的以往的验钞机的鉴别真伪的功能，新加录码的功能，使得验钞机的功能得以扩展加大。现将主要的技术方案介绍如下：21 鉴伪功能：（1）安全线磁编码鉴伪功能： 安全线磁编码是灌充在第五套人民币安全线中的特殊信号，每种券别（10、20、50、100元）所灌充的信号都不尽相同，由若干个“单信号”构成一“组”，再由若干“组”结成“链”，这种信号必须由特殊的专用设备灌充，灌充之后难以抹掉，伪钞很难做到这一点。而真钞灌入了这种编码信号后，就如同人有了“指纹”一样，不但可以利用这些“钞票指纹”来分辨真伪，而且可以准确无误地分辨“夹张”与“分版”。 （2）磁性鉴伪： 磁性鉴伪能检测出微弱磁性油墨，鉴别出伪币。目前市场上各类验钞机对磁性检测大致分为两种,一种是对整体的印刷油墨分布进行检测,看是否与真钞相符,但具体实现比较困难。由于不同币值票面的差异,而且钞票上的磁性编码、纹章图案及肖像中央的磁性油墨,都会产生出磁信号,对特定区域磁性油墨的检测往往不够稳定；另一种是针对具体磁性编码检测，因为这种磁性信号具备一定规律,检测也相对容易实现，将此特殊信号与参考值列表交互对照,即可判断纸钞的面额与真伪（3）光学特性检测鉴伪： 钞票的纸张在光透射及反射作用下,表现出一定的光学特性。通过对钞票的光反射和透射机理的研究,有针对性地利用其特性研制有关检测电路,实现对钞票的鉴伪和识别。其中包括红外鉴伪、紫光鉴伪和钞票光反射鉴伪。图2 人民币代码示意图（4）三线鉴伪： 第五套人民币有三个层次的防伪特征，简称为“三线防伪”。第一线防伪特征：即对外张贴公布的十个防伪特征，供全民大众识别真伪时使用。第二线防伪特征：供银行内部专业人员识别真伪时使用，使用一些仪器(如静态鉴伪仪等)，或辨伪点钞机来识别真伪。第三线防伪特征：即最隐蔽、最稳定及最难以仿造的防伪特征。这些特征是在一线、二线防伪特征都无法分辨钞票真伪时才用来供鉴别使用的，以最后确定需鉴别钞票的真伪，如安全线中的磁编码、含特殊元素的无色荧光油墨俗称光斑记印等。22 录码功能：（1）记录纸币代码： 纸币上的代码是银行发行纸币过程中对纸币进行编号图3所示，人民币代码是左右两侧横纵英文及数字组合，也是纸币与假币的区别所在，在点钞过程中，一方面鉴别真伪，一方面通过摄像头识别并同时纪录所有通过验钞机的纸币的代码，并同时存储到验钞机的存储器中，等待核对。（2）核对纸币代码： 点钞所录的代码与各个联网银行的网络数据库中纸币代码进行校核，查看是否有相同代码的纸币出现，若出现相同的代码的纸币，则其中必有假币。23 网络功能（1）数据库： 建立纸币发行银行纸币的数据库，并对所发行的纸币纪录在数据库中，并进行适时地根据回收废旧残缺纸币对数据库进行更新。（2）数据库的联网查询： 在验钞机上对网络进行构建，使得联网银行上的验钞机能够建立互相通信关系，在点钞录码的同时进行代码与样本数据校核，发现重复或银行没有印发的纸币及时进行调查和拦截。（3）钞票跟踪： 除了银行间建立起通信关系，大型的超市、商场、自动贩卖机等的收银台也进行联网，建立相互的通信协议，实时地对流通过程中的纸币进行跟踪，显示出纸币代码的流通性质，检测是出于流通状态还是库存状态等，处于哪个银行，甚至哪个联网的收银台的位置，如图3。储蓄 理财 通信 中国人民银行 各银行总行验钞机各银行分行 纸币数据库 系统商场 超市 图3 验钞机在纸币流通领域的使用范围24 其他功能（1）记忆功能： 点钞机每次点数都保持在预置窗口记忆显示，以便于数量上的核实。（2）累加点钞： 点钞机将显示出各次点钞的累加数。（3）吸尘功能： 配有吸尘器的点钞机有此功能，能自动吸走清点过程中的灰尘，或者在点钞机点钞的同时在纸币通过滑板的过程中带有毛刷的将纸币上的灰尘清除，这样的除尘功能比较简单方便也比较实用。（4）预置点钞： 设置好预置数（例100张），点钞机将自动清点到预置数停机，拿出接钞架上纸币，点钞机又将自动点钞，上述步骤重复进行。 （5）智能故障报警： 在点钞过程中，对于重张、连张、叠张，点钞机将自动报警；对于自身各部件的故障，点钞机将自动检测、报警，提示排除。 （6）自动点钞： 把纸币放入进钞台，显示器自动清零，并开始快速点钞。 （7）自动面额识别： 点钞过程中如发现不同面值的纸币，点钞机将自动停机报警。三、新型验钞机的结构组成及其可视化设计图4 新型验钞机的结构设计三维实体模型 图5 新型验钞机的过钞上压板三维实体模型 图6 新型验钞机的捻钞滚轮三维实体模型 图7 新型验钞机的过钞下压板三维实体模型图8 新型成品验钞机的样机示意图验钞机由捻钞、出钞、接钞、机架和电子电路等六部分组成。31 捻钞部分 主要由滑钞板、送钞舌、阻力橡皮、落钞板、调节螺丝、捻钞胶圈等组成。将要清点的钞票逐张捻出是保证计数准确的前提。该机采用面出钞连续分级的：捻钞胶圈捻走处于表面的一张钞票，下面的钞票被阻力橡皮粘住，使表面的钞票与下的钞票分开，实现分张。这个过程不断重复进行，直到捻完最后一张钞票。 由于更换麻烦，捻钞胶圈和阻力橡皮的磨损一直是困扰人们的两大难题，要解决这个问题，不外是：提高使用寿命；更换方便。对捻钞胶圈，可以采用加大外径，在外圆中间开一圈凹槽，来提高捻钞胶圈的耐磨性，并将胶圈轴向向截面改为锯齿形，使胶圈齿面相对钞票的接触面加大，提高胶圈齿面对钞票的附着力。对附图橡皮，比较简单方法是采用阻力橡皮快换结构，用手压下滑钞板的后端，可很容易取出阻力橡皮进行更换。32 出钞部分 主要由出钞胶轮、出钞对转轮组成。其作用是出钞胶圈以捻钞胶圈两倍的线速度把连续送过来先到的钞票与后面的钞票有效地分开，送往计数器与检测传感器进行计数和辨伪。 钞票离开捻钞胶圈进入出钞胶圈，由于捻钞轴与出钞轴之间的距离加宽，为了确保钞票从捻钞轮顺利运动到出钞轮，增加了一对过轮，过轮外缘的线速度等于捻钞胶圈外缘的线速度，出钞胶圈外缘的线速度是捻钞胶圈外缘线速度的两倍。当出钞胶圈外缘捻到钞票后，钞票即以原来速度的两倍运动，这样就将捻钞胶圈的磨损转移到过轮上，而过轮采用耐磨材料。实验证明，捻钞胶圈的使用寿命提高了几倍。 虽然增加一对过轮可以提高捻钞胶圈的使用寿命，但随之带来的问题是成本增加，结构复杂，维修不方便。如果在不增加一对过轮的情况下，而采用的捻钞轴上装一个超越离合器（俗称单向轴承），可起到相同的作用，原理如下：单向轴承装在捻钞传动轮内，可以相对于捻钞轴逆时针转动。捻钞时，捻钞传动轮顺时针转动，单向轴承不转动，起传递动力的作用，当钞票去到出钞胶轮时，即以两倍于原来的速度运动，在钞票的拖动下，由于单向轴承的作用，捻钞胶圈外缘以和钞票相同的速度运动，钞票和捻钞胶圈间没有相对滑动，因而可延长捻钞胶圈的使用寿命。33 接钞部分 主要由接钞爪轮、脱钞板、挡钞板等组成。 点验后的钞票一张张分别卡入接钞爪轮的不同爪，由脱钞板将钞票取下并堆放整齐。飞钞现象在点钞机中比较常见，要解决这个问题，须注意三个方面：一是接钞叶轮中心位置，二是叶爪形状，三是叶轮转速。 （1）接钞叶轮中心位置的确定：接钞叶轮中心应尽量靠近出钞轴，当钞票离开出钞胶圈时，必须尽量卡入叶爪的深部，这样就能保证钞票不致因为卡入过浅而飞钞。 （2）叶爪的形状：曲线应使钞票插入后有一个弯曲变形，钞票变形越大则越不易脱出。 （3）叶轮转速：叶轮转速越快则越易飞钞，但太慢钞票会撞击叶爪底部。叶轮转速与点钞速度和叶爪数量有关。34 传动部分与机架组件 传动部分可采用单电机或双电机驱动，由电动机通过传动带、传动轮，将动力输送给各传动轴。采用双电机驱动易于实现预置数功能。电机可采用交流或直流电机，由于电机和变压器的重要较大，如采用直流电机配合开关电源，可大大减轻整机重量。 验钞机的机架薄壁采用冲压薄板结构，采用这种设计的优点是机架的左、右边板中相对应精度较高的部份可以采用同一模具一次加工完成，提高了机架的装配精度，降低了成本，也为运动中的钞票得到有效识别提供了所需的定位精度。35 电子电路部分 由主