CN103754688B - 纸币暂存装置及其提高卷筒存储容量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纸币暂存装置及其提高卷筒存储容量的方法。该纸币暂存装置包括第一传感器、第二传感器、存储卷筒、带备用卷筒、两端分别固定在该存储卷筒和带备用卷筒上且在该存储卷筒与该带备用卷筒之间收放缠绕的卷带、传输通道、第一动力马达、第二动力马达、第三动力马达和微控制器。该微处理器控制该第一动力马达、第二动力马达和第三动力马达。尤其通过对第一动力马达的启停控制方法，使得相邻两纸币在纸币暂存装置内部的间距小于其在设备外部的间距，以增大卷带和结构空间利用率，提高设备的存储容量。

Description

纸币暂存装置及其提高卷筒存储容量的方法

技术领域

本发明涉及一种金融自助设备，特别涉及一种使用卷筒和卷带存储纸币的纸币暂存装置及其提高卷筒存储容量的控制方法。

背景技术

目前所使用的卷筒\卷带的机构是比较常用的纸币存储方法之一，该存储设备包括第一动力马达驱动的存储卷筒，第二动力马达驱动的带备用卷筒，卷带两端分别固定于存储卷筒和带备用卷筒上，在存储卷筒和带备用卷筒之间收放缠绕的卷带，所述第一动力马达和第二动力马达均由微控制器控制启动或停止。这种存储设备使用卷筒和卷带相互配合的工作方式来实现对纸币的存储处理。

目前存在的纸币进入设备控制方式是：第三动力马达驱动设备外传输通道传输纸币，当纸币将要进入设备时触发设备启动，设备内通道与设备外传输通道保证同等的线速度，纸币连续进入设备被卷带捆在存储卷筒上，在纸币与纸币之间不停止设备内动力马达。这种控制方式存在以下缺陷：1、由于纸币识别、换向等的限制，纸币间的间距不能过小，纸币连续进入设备时，卷带会消耗一部分满足纸币间距，这样卷带利用率很低；2、为满足存储需要，设备必须要有一定空间体积容纳卷带和存储卷筒上的钞票，这样结构空间较大。3、在同等长度的卷带和同等体积结构空间的情况下，设备的容量受到限制，无法提高。

发明内容

为了解决上述纸币暂存装置中卷带利用率低的问题，本发明提供一种纸币暂存装置，通过缩小卷带中相邻两纸币之间的间距来提高卷筒存储容量。

本发明还提供该纸币暂存装置提高卷筒存储容量的方法，通过缩小纸币暂存装置中相邻两纸币之间的间距提高卷带的利用率，从而提高卷筒容量。

该纸币暂存装置包括一第一动力马达驱动的存储卷筒、一第二动力马达驱动的带备用卷筒、以及两端分别固定在该存储卷筒和带备用卷筒上且在该存储卷筒与该带备用卷筒之间收放缠绕的卷带，其中，该纸币暂存装置还包括：一第一传感器，设置于该纸币暂存装置的入口处，用于检测是否有纸币进入该纸币暂存装置；一第二传感器，设置于该第一传感器与该存储卷筒之间，与该第一传感器相距一定距离S_传，用于检测纸币是否完全进入该纸币暂存装置；一设备外传输通道，位于该第一传感器与该第二传感器之间；一第三动力马达，用于驱动该设备外传输通道，将纸币匀速地从该第一传感器位置传送至该第二传感器位置；以及一微控制器，用于控制各零部件的正常运转，以及根据该第一传感器检测到一纸币前端时控制该第一动力马达加速启动和根据该第二传感器检测到该纸币尾端离开时控制该第一动力马达减速停止。

优选的，该微控制器控制该第一动力马达在该纸币前端到达该第二传感器前完成加速启动，且该第一动力马达加速启动完毕后与该第三动力马达速度相同地将纸币从第二传感器位置处输送至其尾端离开该第二传感器。

该纸币暂存装置提高其卷筒存储容量的方法，包括：步骤一，采用该第三动力马达以恒定的速度v驱动该设备外传输通道，将连续的纸币依次从该第一传感器位置传送至该第二传感器位置处，其中该设备外传输通道上相邻两纸币之间的间距为L_外；步骤二，当该第一传感器检测到一纸币前端进入时，加速启动该第一动力马达驱动存储卷筒，直到该卷带的线速度等于该设备外传输通道的速度v，且纸币前端进入该第二传感器时，该第一动力马达需完成该加速启动；步骤三，当该第二传感器检测到该纸币尾端进入时，减速停止该第一动力马达；以及步骤四，在纸币连续进入该纸币暂存装置的过程中，反复执行步骤二和步骤三两个步骤，将纸币输送入该纸币暂存装置中，其中，为满足该第一动力马达启停控制需求，即相邻的第二张纸币前端进入该第一传感器时，该第一张纸币尾端已离开该第二传感器且完成减速停止，需要求L_外>S_传+2×S_减，其中S_传是指该第一传感器与该第二传感器之间的距离，该S_减是指该纸币尾端离开该第二传感器后该第一动力马达减速停止期间该纸币被传输的距离。

优选的，在步骤二至步骤四中，该第一动力马达转动过程中，该第二动力马达处于制动状态，依赖该纸币暂存装置的负载和该第二动力马达的制动力矩绷紧卷带。

优选的，步骤四中，纸币进入该纸币暂存装置后，相邻两纸币之间的距离为L_间，计算该L_间的方法包括：步骤一，设该第一动力马达加速启动的时间为t_加速，减速运行至停止的时间为t_减速，已知第一张纸币已存储在设备中，第一张纸币在离开第二传感器并被减速停止的过程中，该纸币被传输的距离为S_减速：S_减速≈v×t_减速/2；步骤二，已知第二张纸币紧随该第一张纸币进入设备中，该第二张纸币前端到达该第一传感器时，该第一动力马达加速启动，通过卷带带动该第一张纸币在该纸币暂存装置内继续运行，而该第二张纸币在其前端到达该第二传感器之前，是被该第三动力马达驱动的设备外传输通道输送的，速度为v，因此该第二张纸币的前端从该第一传感器运行至该第二传感器所花费的时间为S_传/v，而该第二张纸币前端在到达该第二传感器前，该第一动力马达已完成加速启动并达到恒速v，因此，t_加速<S_传/v，且该第一动力马达在该第二张纸币前端到达该第二传感器前恒速转动的时间t_恒速＝S_传/v-t_加速；步骤三，设该第二张纸币前端由该第一传感器运行至该第二传感器的过程中，第一张纸币在设备内由第一动力马达加速启动过程中被传输的距离为S_加速：S_加速≈v×t_加速/2；步骤四，该第一动力马达在该第二张纸币前端到达该第二传感器前恒速转动的时间内，传输该第一张纸币的距离为S_恒速：S_恒速＝v×t_恒速；步骤五，当第二张纸币前端进入该第二传感器之后，该第二张纸币逐渐进入该纸币暂存装置，且该第二张纸币与该第一张纸币的运行速度达到一致，该第二张纸币与该第一张纸币之间的间距不再变化，因此该第二张纸币与该第一张纸币在该纸币暂存装置内的间距：

L_间＝S_减速+S_加速+S_恒速

＝v×t_减速/2+v×t_加速/2+v×t_恒速

＝S_传-v×t_加速/2+v×t_减速/2

＝S_传-S_加速+S_减速；其中，t_加速<S_传/v。

优选的，在纸币不断进入该纸币暂存装置、被卷带捆在该存储卷带上的过程中，该存储卷筒的外径不断增大，在满足卷带恒速运行速度为v的条件下，该第一动力马达转动的目标转速随半径增大而减小，因此通过根据不同的存储卷筒外径使用不同的马达启动曲线，以满足每一张纸币在存储卷筒外径变化过程中，该第一动力马达启动至目标转速的启动时间t_加速近似定值。

本发明提供的纸币暂存装置，通过启停控制方法，使得相邻两纸币在纸币暂存装置内部的间距小于其在设备外部的间距，以增大卷带和结构空间利用率，提高设备的存储容量。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例提供的纸币暂存装置结构侧视图；

图2是设备外传输通道恒速运行v-t图；

图3是设备内通道启停运行v-t图；

图4是纸币恒速控制v-t图；

图5是纸币启停控制v-t图；以及

图6是第一动力马达启动控制w-t图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明所提供的这种纸币暂存装置，以下结合本发明的一个优选实施例的图示做进一步的详细介绍。

图1为本发明涉及的纸币暂存装置100的侧视图，该纸币暂存装置100包括第一传感器102、第二传感器103、存储卷筒104、带备用卷筒107、两端分别固定在该存储卷筒104和带备用卷筒107上且在该存储卷筒104与该带备用卷筒107之间收放缠绕的卷带105、传输通道101、第一动力马达109、第二动力马达110、第三动力马达111和微控制器106。其中，传输通道101分为两段，第一段：在传输通道101上第一传感器102和第二传感器103之间的设备外传输通道，由第三动力马达111驱动控制；第二段：在传输通道101上第二传感器103和存储卷筒104之间，由第一动力马达109通过卷带105驱动控制。该微处理器106控制该第一动力马达109、第二动力马达110和第三动力马达111。具体的，该第一动力马达109驱动该存储卷筒104，该第二动力马达110驱动该带备用卷筒107，该第三动力马达111驱动该第一传感器102和第二传感器103之间的设备外传输通道。纸币108由传输通道101进入纸币暂存装置100，通过卷带105存储在存储卷筒104上。该第一传感器102检测纸币108是否进入该纸币暂存装置100，以纸币前端是否被该第一传感器102检测到为限；该第二传感器103用于检测纸币是否完全进入该纸币暂存装置100，以该纸币尾端是否离开该第二传感器103为限。

结合图1、图2和图3说明纸币进入该纸币暂存装置100的控制原理：

纸币108沿着传输通道101进入纸币暂存装置100，纸币108在进入纸币暂存装置100过程中，首先经过设备外传输通道，即传输通道101的第一段。此段通道以恒定速度v_恒速传输纸币108，如图2所示。但纸币108前端进入第一传感器102时，该第一动力马达109加速启动，且在纸币108前端到达该第二传感器103前，该第一动力马达109需完成加速启动，达到v_恒速，确保纸币108在传输通道101的第二段以与第一段同样的线速度v_恒速进入该纸币暂存装置100；当纸币108尾端离开该第二传感器103时，表示纸币108完全进入纸币暂存装置100，此时第一动力马达109减速停止。如此，完成一张纸币进入纸币暂存装置100的控制。纸币连续由设备外传输通道传输到纸币暂存装置100内的过程中，该第一动力马达109在微处理器106的控制下，不断的启停，将纸币一张一张地传输到纸币暂存装置100内，如图3所示。

结合图1、图4和图5说明纸币在设备内间距的控制原理：

下面以连续两张纸币进入纸币暂存装置100说明纸币暂存装置100内纸币间距的控制原理。设定：两张纸币在设备外传输通道的间距为L_外；第一传感器102和第二传感器103的间距为S_传；设备内纸币108间距为L_间。

第一张纸币通过设备外传输通道进入纸币暂存装置100后，在该第一动力马达109的驱动下，其尾端离开该第二传感器103，减速停止在该纸币暂存装置100中，其中减速停止的时间为t_减速，减速过程中该第一张纸币传输的距离为S_减速。要实现该第一动力马达109的启停控制方式将纸币一张一张地传输到纸币暂存装置100内，必须确保第一张纸币减速停止在该纸币暂存装置100内以后，该第二张纸币前端才进入该第一传感器102。

第二张纸币前端进入第一传感器102，第一动力马达109加速启动，如图5所示，加速启动时间为t_加速，该第一动力马达加速启动期间带动该第一张纸币在纸币暂存装置100内传输一段距离S加速。

之后，该第二张纸币继续沿着传输通道101进入纸币暂存装置100中，当该第二张纸币在第三动力马达驱动下其前端进入该第一传感器102至第二传感器103的过程中，该第一动力马达109完成加速启动并以恒速v_恒速运行一段时间t_恒速，带动该第一张纸币在纸币暂存装置100内恒速传输一段距离为S_恒速。

当第二张纸币前端到达该第二传感器103后，该第一动力马达109已达到恒速v_恒速，第二张纸币与第一张纸币以同样的速度v_恒速进入该纸币暂存装置100中，当第二张纸币尾端离开该第二传感器103时，该第二张纸币已脱离设备外传输通道动力，完全进入该纸币暂存装置100中，该第一动力马达109减速停止，减速停止耗时也为t_减速，其在纸币暂存装置100内传输距离也为S_减速。如此，该第二张纸币顺利进入该纸币暂存装置100中，且该第二张纸币与该第一张纸币之间的间距被确定。也就是说，该第二张纸币前端到达该第二传感器103后，该第二张纸币与第一张纸币就以同样的速度进入该纸币暂存装置100中，包括恒速阶段和减速阶段，以及第二张纸币完全进入该纸币暂存装置100内被减速停止以后，无论该第一动力马达如何启停驱动，该第二张纸币与该第一张纸币之间不再有相对运动，因此相邻两纸币间的间距从而被确定。

下面详细说明设备内纸币间距L_间的计算方法：

在第二张纸币进入纸币暂存装置100过程中，当第二张纸币前端进入该第二传感器103时，该第1张纸币和第2张纸币已以相同速度传输，因此，两张纸币在设备内的间距L_间即为：第一张纸币进入纸币暂存装置100后尾端离开该第二传感器103减速停止传输的距离S_减速、第一张纸币在设备内被第一动力马达加速启动传输的距离S_加速和第一张纸币在该第二张纸币前端进入该第二传感器103之前被该第一动力马达恒速传输的距离S_恒速三者距离之和：

L_间＝S_减速+S_加速+S_恒速；

其中，该第一动力马达109加速启动耗时为t_加速，第一张纸币被传输的距离S_加速可近似计算为：

S_加速≈v_恒速×t_加速/2；(误差较小，该加速运动可近似为匀加速运动)

该第一动力马达109在该第二张纸币前端到达该第二传感器103之前恒速转动耗时t_恒速，第一张纸币被传输距离S_恒速为：

S_恒速＝v_恒速×t_恒速；

该第一动力马达减速109停止转动耗时t_减速，第一张纸币尾端离开该第二传感器103被减速停止的过程中被传输的距离S_减速可近似为：

S_减速≈v_恒速×t_减速/2；(误差较小，该减速运动可近似为匀减速运动)

设计中，已知第一动力马达109加速启动时间t_加速和减速停止时间t_减速。如图4所示，第二张纸币在其前端进入该第一传感器102和前端进入该第二传感器103过程中，第二纸币被传输的距离为S_传，由于被第三动力马达以v_恒速匀速驱动，因此该段传输耗时t₀＝S_传/v_恒速。又知此过程第二张纸币传输耗时t₀即为第一张纸币在纸币暂存装置100内加速启动传输耗时t_加速和恒速传输耗时t_恒速之和，故可计算出第一张纸币恒速传输耗时t_恒速：

t_恒速＝S_传/v_恒速–t_加速；

则第一张纸币恒速传输的距离S_恒速为：

S_恒速＝v_恒速×t_恒速＝v_恒速×(S_传/v_恒速–t_加速)＝S_传–v_恒速×t_加速；

则可计算出纸币暂存装置100内纸币间距L_间为：

L_间＝S_加速+S_减速+S_恒速

＝S_传–v_恒速×t_加速/2+v_恒速×t_减速/2；

由此可计算出第一传感器102和第二传感器103设计间距S_传和纸币暂存装置100内纸币间距L_间的关系：

S_传＝L_间+v_恒速×t_加速/2–v_恒速×t_减速/2；

其中，此控制过程中需满足两个要求：

要求1：第二张纸币前端进入该第二传感器103前，该第一动力马达109需完成加速启动过程，即：

t_加速<S_传/v_恒速；

要求2：第二张纸币进入该第一传感器102时，该第一张纸币已离开该第二传感器103且完成减速停止，即S_传与L_外需满足：

L_外>S_传+v_恒速×t_减速；

按照上述S_传和L_间的关系，以及两个限制条件，即可设计第一传感器102的位置，满足纸币暂存装置100内减小纸币间距的设计。

下面结合实际控制说明：

实际控制中，设备外传输通道纸币间距L_外＝90mm；纸币暂存装置100内纸币间距控制为L_间＝30mm；设备外传输通道传输速度v_恒速＝0.8mm/ms；第一动力马达109加速启动时间t_加速＝50ms，减速停止时间t_减速＝10ms；

则：S_传＝L_间+v_恒速×t_加速/2–v_恒速×t_减速/2＝46mm；

检测条件1：(t_加速＝50ms)<(S_传/v_恒速＝57.5ms)；

检测条件2：(L_外＝90mm)>(S_传+v_恒速×t_减速＝54mm)。

两个条件均满足，故可将第一传感器102和第二传感器103之间的距离设计为S_传＝46mm，可将纸币暂存装置100内纸币间距控制为L_间＝30mm，设备内纸币间距比设备外传输通道纸币间距小60mm，大大减小纸币暂存装置内卷带和结构空间的使用，提高了设备存储容量。

结合图1和图6，说明该第一动力马达109加速启动时间t_加速和减速停止时间t_减速设计原理：

在纸币108一张一张进入纸币暂存装置100存储在存储卷筒104过程中，存储卷筒104的外径不断增大，在满足传输通道恒速运行速度为v_恒速的条件下，第一动力马达109转动的目标转速需随半径增大而减小。

此方案中根据不同的存储卷筒104的半径采用不同的马达启动曲线，以达到将第一动力马达109加速启动时间t_加速控制为定值的目的。如图6所示，控制中采用了6条加速曲线(根据需要，可设置更多条)，存储卷筒104从转速w1到w6变化过程中，对应的存储卷筒104的外径也不断增大，但6条曲线在启动到恒速v_恒速时，均耗时t_加速。在控制中，微处理器106根据进入纸币暂存装置100进入纸币108的张数来选择不同的第一动力马达109加速曲线。实际控制中，微处理器106根据第二传感器103的计数，每50张(此张数可根据实际情况设定)改变一条调试曲线。50张纸币进入纸币暂存装置100，存储卷筒109的外径变化不大，可近似将此50张纸币进入纸币暂存装置100的过程中，第一动力马达109加速启动时间近似为t_减速。

由于第一动力马达109减速停止迅速，在不同的目标转速减速停止过程中，减速停止时间t_减速变化不大，可近似为定值。

通过以上方式控制，可确定第一动力马达109加速启动时间t_加速和减速停止时间t_减速。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种纸币暂存装置，包括一第一动力马达驱动的存储卷筒，一第二动力马达驱动的带备用卷筒，以及两端分别固定在该存储卷筒和带备用卷筒上且在该存储卷筒与该带备用卷筒之间收放缠绕的卷带，其特征在于，该纸币暂存装置还包括：

一第一传感器，设置于该纸币暂存装置的入口处，用于检测是否有纸币进入该纸币暂存装置；

一第二传感器，设置于该第一传感器与该存储卷筒之间，与该第一传感器相距一定距离S_传，用于检测纸币是否完全进入该纸币暂存装置；

一设备外传输通道，位于该第一传感器与该第二传感器之间；

一第三动力马达，用于驱动该设备外传输通道，将纸币匀速地从该第一传感器位置传送至该第二传感器位置；以及

一微控制器，用于控制各零部件的正常运转，以及根据该第一传感器检测到一纸币前端时控制该第一动力马达加速启动和根据该第二传感器检测到该纸币尾端离开时控制该第一动力马达减速停止，

其中，该微控制器控制该第一动力马达在该纸币前端到达该第二传感器前完成加速启动，且该第一动力马达加速启动完毕后与该第三动力马达速度相同地将纸币从第二传感器位置处输送至其尾端离开该第二传感器。

2.一种纸币暂存装置提高其卷筒存储容量的方法，包括：

步骤一，采用第三动力马达以恒定的速度v驱动设备外传输通道，将连续的纸币依次从第一传感器位置传送至第二传感器位置处，其中该设备外传输通道上相邻两纸币之间的间距为L_外；

步骤二，当该第一传感器检测到一纸币前端进入时，加速启动第一动力马达驱动存储卷筒，直到卷带的线速度等于该设备外传输通道的速度v，且纸币前端进入该第二传感器时，该第一动力马达需完成该加速启动；

步骤三，当该第二传感器检测到该纸币尾端离开时，减速停止该第一动力马达；

步骤四，在纸币连续进入该纸币暂存装置的过程中，反复执行步骤二和步骤三两个步骤，将纸币输送入该纸币暂存装置中，其中，为满足该第一动力马达启停控制需求，即相邻的第二张纸币前端进入该第一传感器时，第一张纸币尾端已离开该第二传感器且完成减速停止，需要求L_外>S_传+2×S_减，其中S_传是指该第一传感器与该第二传感器之间的距离，该S_减是指该纸币尾端离开该第二传感器后该第一动力马达减速停止期间该纸币被传输的距离。

3.如权利要求2所述的纸币暂存装置提高其卷筒存储容量的方法，其特征在于，在步骤二至步骤四中，该第一动力马达转动过程中，第二动力马达处于制动状态，依赖该纸币暂存装置的负载和该第二动力马达的制动力矩绷紧卷带。

4.如权利要求2所述的纸币暂存装置提高其卷筒存储容量的方法，其特征在于，步骤四中，纸币进入该纸币暂存装置后，相邻两纸币之间的距离为L_间，计算该L_间的方法包括：

步骤一，设该第一动力马达加速启动的时间为t_加速，减速运行至停止的时间为t_减速，已知第一张纸币已存储在设备中，第一张纸币在离开第二传感器并被减速停止的过程中，该第一张纸币被传输的距离为S_减速：S_减速≈v×t_减速/2；

步骤二，已知第二张纸币紧随该第一张纸币进入设备中，该第二张纸币前端到达该第一传感器时，该第一动力马达加速启动，通过卷带带动该第一张纸币在该纸币暂存装置内继续运行，而该第二张纸币在其前端到达该第二传感器之前，是被该第三动力马达驱动的设备外传输通道输送的，速度为v，因此该第二张纸币的前端从该第一传感器运行至该第二传感器所花费的时间为S_传/v，而该第二张纸币前端在到达该第二传感器前，该第一动力马达已完成加速启动并达到恒速v，因此，t_加速<S_传/v，且该第一动力马达在该第二张纸币前端到达该第二传感器前恒速转动的时间t_恒速＝S_传/v-t_加速；

步骤三，设该第二张纸币前端由该第一传感器运行至该第二传感器的过程中，第一张纸币在设备内由第一动力马达加速启动过程中被传输的距离为S_加速：S_加速≈v×t_加速/2；

步骤四，该第一动力马达在该第二张纸币前端到达该第二传感器前恒速转动的时间内，传输该第一张纸币的距离为S_恒速：S_恒速＝v×t_恒速；

步骤五，当第二张纸币前端进入该第二传感器之后，该第二张纸币逐渐进入该纸币暂存装置，且该第二张纸币与该第一张纸币的运行速度达到一致，该第二张纸币与该第一张纸币之间的间距不再变化，因此该第二张纸币与该第一张纸币在该纸币暂存装置内的间距：

L_间＝S_减速+S_加速+S_恒速

＝v×t_减速/2+v×t_加速/2+v×t_恒速

＝S_传-v×t_加速/2+v×t_减速/2

＝S_传-S_加速+S_减速；其中，t_加速<S_传/v。

5.如权利要求4所述的纸币暂存装置提高其卷筒存储容量的方法，其特征在于，在纸币不断进入该纸币暂存装置、被卷带捆在存储卷带上的过程中，该存储卷筒的外径不断增大，在满足卷带恒速运行速度为v的条件下，该第一动力马达转动的目标转速随半径增大而减小，通过根据不同的存储卷筒外径使用不同的马达启动曲线，以满足每一张纸币在存储卷筒外径变化过程中，该第一动力马达启动至目标转速的启动时间t_加速近似定值。