纸币接收模块国产化开发项目
主要研究单位：上海轨道交通技术研究中心
广州德银电子科技有限公司
主要研究人员：冯 娟、李勇兵、龙凌云、陈 健、郑小键、周庆荣、郑 鸣、郑滋慰、王 炯
1. 研究背景和项目来源
1.1. 研究背景
随着国内轨道交通的发展，我国中心城市轨道交通工程的AFC系统已相继应用并逐步完善提高。TVM自动售票设备的发展是整个AFC系统中的一个重要环节，从当初的只单纯接收硬币的售票功能发展到当前的可接收硬币、纸币并具有找纸币的售票功能，代表了AFC 系统的发展过程。
2001年，国内第一批在应用纸币模块的TVM，很大程度提高了自动售票系统的工作效率，完善了TVM的整体功能。从此，纸币接收模块已经成为了TVM设备中的核心部件。由于该模块的使用要求和安全性要求，在国内，其相关产品为空白，所以在各个城市轨道交通工程的TVM自动售票设备中，一直是使用国外的纸币接收模块。这样，使TVM设备的整体价格相对昂贵，同时，维修、服务及配件供应等因素都不利于国内自动售票系统的发展。
因此，国家适时提出了“城市轨道交通车辆和机电设备国产化率在70%以上”的目标，并出台了多项政策性文件，鼓励积极采用国产设备，努力提高系统和设备的国产化率，降低轨道交通的造价；同时也促进国内设备制造业的发展，使之提高产品质量或填补国内技术的空白；扩大就业范围，拉动国民经济增长，这既是经济效益的需求，更是国家产业战略发展的需要。
目前，国内轨道交通的TVM自动售票设备系统采用的纸币接收模块主要为G&D的BIM2020模块和MEI的纸币模块。这两个模块均为国外进口，采购价格昂贵，其关键技术均不自有。所以，要降低建设成本、提高运营的保障条件，保障轨道交通系统整体国产化率提高，就必须突破国外设备系统的技术垄断局面，将该类型
模块国产化。
本项目旨在研究开发具有我国自主知识产权的具有高可靠性、低成本的纸币接收模块，以应用于我国城市轨道交通行业的自动售检票系统，促进发展上海轨道交通装备产业化及提高我国城市轨道交通自动售检票系统的发展长久性。
1.2. 立项依据和必要性
本立项是依据原有的《城市轨道交通自动售检票（AFC）系统工程质量验收规范》和《上海市工程建设规范 城市轨道交通自动售检票系统通用技术规范》，及《上海市工程建设规范 城市轨道交通自动售检票系统（AFC）检测规程》。
国产纸币接收模块作为TVM设备的核心部件，属于轨道交通售票的主要功能，因此研发国产化、低购买成本、低使用成本、高稳定性的纸币接收模块对AFC系统的发展具有非常重要的意义。
2. 研究内容
2.1. 项目目标
纸币接收模块作为TVM系统的核心模块，在TVM的售票效率、现金安全等方面具有极其重要的作用。现国内轨道交通工程使用的该类模块，G&D的BIM2020模块占据了70%的使用量，在国内已经形成了较为成熟的使用经验、使用规范和接口。本项目主要是以G&D的BIM2020模块为基础，进行以下几方面进行研究：
1．BIM2020模块传动部分的国产化研发，设计和生产。 2．优化改进BIM2020模块在中国市场使用所存在的卡币现象。 3．研发国产化的部件用于替换进口BIM2020模块的维护零部件； 4．纸币接收模块的国产化批量应用，从技术性能、经济成本上超越进口产品。
2.2. 项目完成情况
纸币接收模块国产化开发项目已完成下述研发工作
1. 完成了纸币接收模块的结构设计、模具设计制作、生产工艺制定等工作。 2. 完成了纸币接收模块的硬件设计、生产组织、质量控制等工作。 3. 完成了纸币接收模块的软件设计、应用、兼容测试等工作。
4. 完成了整机结构零部件、硬件、软件等国产化兼容开发工作。满足了与原进口产品兼容、替换、升级等要求。
5. 完成了整机样机研发、小批量试产等工作。
6. 完成了整机测试工具软件的开发。通过测试软件可以了解整机的结构安装质量、硬件质量、生产调试质量、以及模拟上位机对模块实行全面的控制操作与信息反馈。
7. 完成了需求说明书、设计说明书、纸币接收模块企业标准、规格书、安装维护手册、测试方案、检验手册等相关技术文件。
8. 完成并通过了整机内部性能测试（见国产纸币接收模块内部测试报告）。 9. 完成并通过了整机环境试验（报告编号Z0911WT8888-2831 、
Z1004WT8888-0862）与EMC电器兼容性试验（报告编号 ，1004WT8888-0862-E ）的第三方测试。
10.完成并通过了整机的用户测试。（见国产纸币接收模块上线测试总结） 11.申请了2 项专利（申请号： 201030147705.5，201030634848.7 ）。 12.申请了1项软件著作权登记（登记号： 2011R11L008200 ）。 2.3. 关键技术
1. 纸币接收模块的工作流程控制非常重要，关系到现金流的安全。研制可与在线模块完全兼容的控制电路，需要开发出接口和控制逻辑的主控电路及软件。
2. 纸币接收模块作为轨道交通现金收入交易量最大、使用条件又是最复杂的部件，必须满足高稳定性、高使用寿命、低使用成本的要求。促使整机从结构、电路、软件设计开始到材料选择、零件加工、产品组装等方面都有合理的安排与较高的质量控制。
3. 由于纸币接收模块一次交易中最多可接收15张纸币。多张钞票堆叠的整齐尤为重要。经分析，在使用过程中，发生在堆叠过程中的卡币占模块卡币的50%以上。要解决这一问题，除了进行合理的结构设计和流程控制外，还必须在主控软件上对每张钞票的运动进行合理的补偿。以抵消由于堆叠厚度和皮带打滑造成的位置差异。
4. 为提高模块的安全性及使用效率，需要对模块工作全程进行实时监测，
并及时上报上位机。
5. 由于国内TVM生产厂家较多，其主控软件又各不相同。为保证模块使用的兼容性要求，需要开发和制定完善的通信接口与相关协议。
3. 研究成果
3.1. 设计过程 3.1.1. 技术方案制定
1. 技术要求
1) 拒收率：不大于1%； 2) 漏报率：低于1 / 5000；
3) 阻碍辐射(150 kHz - 1000 MHz)衡量标准B； 4) 电测射频电场，衡量标准A，27 - 500 MHz 3V/m；
5) 对快速瞬态干扰（脉冲）的抗干扰性，直流线路2KV，5千赫兹。信
号线路1KV，5千赫兹；
6) 主电源： 24.0 V 〒10% 直流, 5 A； 7) 备用电源24.0 V 〒10% 直流, 5 A； 8) 钱箱储存数量1000张；
9) 速度：在检测期间大约1.75米/秒，其他时间0.44米/秒； 10) 暂存器容量：15 张钞票；
11) 环境应用：工作温度-5°到50°C，存储温度-20°到70°C，空气湿
度（无凝结水）10 - 90%。
2. 设计方案
1) 进钞口开合功能：
进钞口采用常闭、受控打开的设计。
2) 钞票纠偏功能 ：
投入的钞票在进入检测前首先经过纠偏处理的设计。
3) 钞票检测功能：
钞票的票面质量、卷别、真假等分析、鉴别采用独立模块设计。
4) 钞票回旋待定功能：
鉴于经过检测并确认的钞票必须得到上位机的指令才能进入下一个处理环节，设计上利用回旋机构实现钞票的待命要求。
5) 钞票暂存功能
为满足使用者中止交易（简称悔购）的需求，当笔交易的钞票累计 达到15张前，通过钞票暂存机构的设计。便于使用者在购票确认前 对已放入的钞票进行收回。
6) 钞票返回功能
设计上钞票返回区安排在钞票回旋待定区与钞票暂存区之间。以便有效执行伪钞退出或悔购指令的要求。
7) 钞票进入钱箱功能
通过对每一张钞票实行单边对齐的设计。使钞票从钞票暂存区整齐、平稳、有效地进入钱箱机构，完成本模块从接受钞票至钞票进入钱 箱的整套工作。
3.1.2. 分模块研制
1) 纠偏模块：
完成了纠偏马达的国产化选型、安装及相关零件定型、配合的设计。
2) 分向模块
完成了分向电磁阀、分向件的国产化选型及相关零部件的设计定型。
3) 离合器模块
完成了离合器电磁阀及离合器轴套、刹车机构的国产化设计及材料选型。
4) 主控电路
完成了模块主控电路的设计定型及生产。
5) 主控程序
完成了模块主控程序的开发与整机、联机调试。
3.1.3. 样机研制
在完成分模块研制的基础上，解决了模块基板及相关零部件的加工精度、外购零部件的选型等问题后，生产了2台原理样机。并对原理样机进行了机械性能、电器性能、使用性能等测试，及时修正整机结构、电路、软件的相关不足，进入