CN202453994U - 黄金自助售卖机及其嵌入式系统 - Google Patents

Abstract

一种黄金自助售卖机及其嵌入式系统，该嵌入式系统包括工控主板及与该工控主板电连接的触摸屏、显示屏、语音系统、摄像头、通信模块、身份证识别器、外设控制模块、出口仓RFID射频感应器、PLC控制模块、密码键盘及打印模块，还包括经由该外设控制模块与该工控主板电连接的电控闸门、震动感应器、LED灯条与光电传感器，还包括经由该密码键盘与该工控主板电连接的银行卡读卡器。该黄金自助售卖机装设有该嵌入式系统。本实用新型能够安全、可靠地实现黄金的自助售卖，从而可以降低服务成本，提高服务效率。

Description

黄金自助售卖机及其嵌入式系统

技术领域

本实用新型涉及金融自助设备，特别是涉及能够实现黄金自助售卖的设备。

背景技术

一方面，现有的自动售卖机，通常包括设置在机体内的售卖机控制器和由该售卖机控制器控制的落料机构，该售卖机控制器的通信接口可电连接有数据存储器、IC卡读写器以及进钞模块等，其处理的物品通常限于诸如瓶装/罐装饮料，袋装食品或纸巾等价值较低的日用品。另一方面，现有的ATM机，通常包括设置在机体内的工控机以及与该工控机电连接的电动读卡器、出钞模块、输入键盘、显示屏以及打印模块等，其处理的物品限于现钞。现有的黄金售卖业务，通常是在金融机构的营业场所于柜台通过专门的服务人员向客户提供的，服务成本较高、服务效率较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，而提出一种黄金自助售卖机及其嵌入式系统，能够安全、可靠地实现黄金的自助售卖，从而可以降低服务成本，提高服务效率。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案包括，提出一种黄金自助售卖机的嵌入式系统，包括工控主板及与该工控主板电连接的触摸屏、显示屏、语音系统、摄像头、通信模块、身份证识别器、出口仓RFID射频感应器、PLC控制模块、密码键盘、打印模块、电控闸门、震动感应器、出仓口LED灯条、出仓口光电传感器以及银行卡读卡器。

还包括外设控制模块，其与该工控主板、电控闸门、震动感应器、出仓口LED灯条及出仓口光电传感器电连接，该电控闸门、震动感应器、出仓口LED灯条及出仓口光电传感器是经由该外设控制模块与工控主板相连的。

该银行卡读卡器是经由该密码键盘与与工控主板相连的。

该工控主板为运行Windows XP操作系统的Micro ATX工控主板。

该触摸屏为红外触摸屏；该显示屏为19英寸以上的LCD显示屏；该摄像头为针孔摄像头；该通信模块为支持3G WCDMA的移动通信模块。

该外部控制模块包括：MCU主控板以及与该MCU主控板相连的若干光藕。

该PLC控制模块包括： PLC主系统以及与该PLC主系统相连的光纤感应器、机械手的X方向电动缸、机械手的Y方向电动缸、机械手的Z方向电动缸、上升运输电动缸、平推运输电动缸、机械手直线电机以及显示器与触摸屏组合。

该PLC主系统包含PLC控制器及与该PLC控制器电连接的变频器和输入输出驱动器。

该机械手直线电机受控于该PLC主系统并与机械手锁紧装置相连，该机械手直线电机是能驱动该机械手锁紧装置松开或者锁紧机械手所握持的料盒的。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案还包括，提出一种黄金自助售卖机，装设有如上所述的嵌入式系统。

与现有技术相比，本实用新型的黄金自助售卖机及其嵌入式系统，能够安全、可靠地实现黄金的自助售卖，从而可以降低服务成本，提高服务效率。

附图说明

图1为本实用新型的嵌入式系统框图。

图2为本实用新型的外部控制模块框图。

图3为本实用新型的出口仓管理模块框图。

图4为本实用新型的出口仓管理模块装配示意图。

图5为本实用新型的PLC控制模块框图。

图6为本实用新型的PLC控制模块装配示意图。

图7为本实用新型的机械手装配组合示意图。

图8为本实用新型的机械手装配分解示意图。

图9为本实用新型的机械手与交接拖板配合示意图。

其中，附图标记说明如下：1：工控主板；2：触摸屏；3：显示屏；4：语音系统；5：摄像头；6：通信模块；7：身份证识别器；8：电控闸门，81、电机驱动，82、直流电机，83、光电传感器；9：震动感应器；10：出口仓LED灯条；11：出口仓光电传感器；12：出口仓RFID射频感应器；13：外设控制模块，131、MCU主控板，132-136、光藕；14：PLC控制模块，141、PLC主系统，142、光纤传感器，143、机械手X方向电动缸，144、机械手Y方向电动缸，145、机械手Z方向电动缸，146、上升运输电动缸，147、平推运输电动缸，148、机械手直线电机，149、显示屏加触摸屏；15：密码键盘；16：银行卡读卡器；17：打印模块，171、凭条打印机，172、日志打印机，173、发票打印机；20：电源；30：出仓口通道；40：料仓；50：机械手，51、底座，511、料盒承托部，512、固定部，513、料盒挡止部，514、齿，515、间隙，52、锁紧装置，53、斜块固定座，54、安装底座，55、固定螺母，56、后电机安装座，57、前电机安装座；60：料盒；70、出仓口，80、交接拖板，801、齿，802、间隙。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

参见图1，本实用新型的嵌入式系统大致包括：工控主板1以及与该工控主板1电连接的触摸屏2、显示屏3、语音系统4、摄像头5、通信模块6、身份证识别器7、电控闸门8、震动感应器9、出仓口LED灯条10、出仓口光电传感器11、出口仓RFID射频感应器12、外设控制模块13、PLC控制模块14、密码键盘15、银行卡读卡器16及打印模块17。其中，电控闸门8、震动感应器9、LED灯条10与光电传感器11是经由该外设控制模块13与该工控主板1电连接的。银行卡读卡器16是经由该密码键盘15与该工控主板1电连接的。

该嵌入式系统可采用电源20进行供电。该嵌入式系统能够较好地满足黄金自助售卖机的应用需要。

需要说明的是，当选用的工控主板1资源足够丰富的时候，也可以省去上述的外设控制模块13，而令电控闸门8、震动感应器9、LED灯条10与光电传感器11是直接与该工控主板1电连接的。另外，取决于密码键盘15与银行卡读卡器16的实际选用情况，上述的银行卡读卡器16也可以是直接与该工控主板1电连接的，而无须经由该密码键盘15。

考虑到黄金自助售卖机的主控系统要求有丰富的外设驱动接口、能提供高效能、低功耗的超强运算平台、强大的网络通讯功能、高品质的音频和视频性能、友好的用户界面、系统工作安全稳定可靠以及寿命长等。

工控主板1可选用Micro ATX工控主板AIMB-562  KIOSK + Windows XP操作系统。其主要配置有：CPU P4 双核 2.6GHz，2GB内存，320G硬盘，10个串口，8个USB口，2路VGA。AIMB-562 KIOSK主板采用Micro ATX架构，使用先进的Intel 945G芯片支持533/800/1066MHZ FSB，可支持高性能的Intel Core 2 Duo/Pentium Dual-core/Pentium 4/Celeron 处理器以及最大4GB ，IMB-562 配备高速 1066/800/533 MHz 前端总线双通道 DDR2 533/667 SDRAM. AIMB-562 KIOSK可支持多种显示方式以满足不同的客户显示需求，如VGA+VGA,VGA+LVDS. 10个COM port，8个USB port，16bit GPIO丰富的I/O适合于客户多种外设，如读卡器、打印机等其它I/O的需求。同时还提供Audio（音频）,双千兆网口以及PCI，PCIe×1扩展接口。AIMB-562 KIOSK主板在为嵌入式平台提供关键产品长寿命支持的同时，还提供包括低成本 Intel? 图形媒体加速器 (GMA) 950 和内建 PCI Express? x16 插槽这两种图形解决方案。

触摸屏2可选用红外触摸屏。显示屏3可选用19英寸的LCD显示屏。摄像头5可选用针孔摄像头。通信模块6可选用支持3G WCDMA的移动通信模块。

该嵌入式系统的工作原理大致为：工控主板1上的Intel处理器通过UART异步串行通信接口和USB通信接口来控制黄金自助售卖机中的所有外设：触摸屏2、摄像头5、通信模块6、身份证识别器7、外设控制模块13、PLC控制模块14、密码键盘15、银行卡读卡器16、发票打印机173/日志打印机172/凭条打印机171等。

该嵌入式系统的工作流程大致包括：当用户浏览终端界面选择好某一种黄金规格并确认付费时，系统提示插入银行卡，并提示用户输入密码，然后需验证用户身份证信息，在银行扣费成功后，系统会提示用户成功交费并请耐心等待，黄金正在出仓中；当PLC控制模块14将料盒60推送到出仓口70同时会启动电控闸门8打开，出仓口LED灯条10闪灯提示用户提取所购买的黄金。当用户取到所购买的黄金后并可选择打印票据类型，含发票打印和凭条打印，之后系统会自动关闭电控闸门8，系统返回到初始界面等待顾客浏览购买。

采用该嵌入式系统的有益效果包括：通过选用AIMB-562 KIOSK工控主板和Windows XP操作系统，系统运行稳定、安全、可靠；支持音频和视频性能以及与互联网集成能力；具有丰富的I/O驱动支持、扩展性、兼容性强；支持金融ATM WOSA/XFS规范；通过采用符合ATM标准的保险柜、针孔摄像监控模块、防盗震动感应报警、出仓口红外检测障碍物以及RFID出仓料盒标签检测等技术可提高整个黄金自助售卖机的安全性。

考虑到黄金自助售卖机配置的外设部件非常多，比如：防盗震动检测模块、出仓口管理模块、闸门控制模块等，而且涉及到多路的传感器输入信号，所以非常有必要设计一款集成主板，即外设控制模块13来进行处理和控制，并及时与工控主板1保持通讯。参见图2，该外部控制模块13大致包括：MCU主控板131以及与该MCU主控板131相连的五组光藕132、133、134、135、136。其中，MCU主控板131可通过第一组光藕132、第二组光藕133与电控闸门8电连接，具体地，可通过第一组光藕132与电控闸门8的光电传感器83相连，可通过第一组光藕133并经由电机驱动81与电控闸门8的直流电机82相连。另外，MCU主控板131可通过第三组光藕134与出仓口光电传感器11相连，可通过第四组光藕135与出仓口LED灯条10相连，可通过第五组光藕136与震动传感器9相连。

上述的MCU主控板131是指包含有微处理器系统电路的印刷电路板，这五组光藕132、133、134、135、136也是设置在该印刷电路板上的。该印刷电路板上还设置有若干电连接器，用以获取工作电源并与外部设备实现电连接。

在其他实施例中，上述的MCU主控板131是指包含有微处理器系统电路的印刷电路板，该印刷电路板具有作为部件直接焊接到其他印刷电路板上的连接脚，这五组光藕132、133、134、135、136可以是设置在一块应用印刷电路板上，该MCU主控板131可以是以器件的形式焊接在该应用印刷电路板上，该应用印刷电路板上还设置有若干电连接器，用以获取工作电源并与外部设备实现电连接。需要说明的是，根据实际配接外部设备的多少，光藕的组数也可以相应地增减。

该外部控制模块13的工作原理大致为：支持UART（异步串行通信协议）通讯方式，可以通过这种通讯方式直接与工控主板1或者与其他模块进行数据交换；可从各个输入光耦读取相应的输入信号并将信号值处理后传输给到工控主板1，主要输入信号有：震动传感器2个、出仓口光电传感器6个、电控闸门光电传感器2个；可通过UART接口在接收工控主板1的控制指令后通过输出光耦来控制相应的外设，主要有：电控闸门的直流电机82、出仓口LED灯条10。

采用该外部控制模块13的有益效果包括：通过选用STC89C58RD+型单片机，可支持ISP(在系统可编程)，无需高价的编程器，即可轻松通过串口实现程序下载和远程升级；通过采用可控光电耦合器件，信号单向传输，输入端与输出端之间可完全实现电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高；通过采用简单实用的RS232串口与工控主板1连接，通用性强，能广泛应用于不同控制系统的通讯。

考虑到黄金自助售卖机中对用于容纳黄金的料盒60出仓的管理要求十分严格，需要分别实现对料盒60上RFID电子标签的识别和确认、对出仓口70进行障碍物检测和判断、控制LED灯条10闪灯提醒用户取物等功能。参见图3和图4，可以由与工控主板1及外设控制模块13组合相连的出仓口LED灯条10、出仓口光电传感器11、出仓口RFID射频感应器12以及出仓口通道30等构成一出仓口管理模块。

该出仓口管理模块的工作原理大致是：当工控主板1控制PLC控制模块14将容纳黄金的料盒60推至靠近出仓口通道30口时，此时工控主板1需读取出仓口光电感应器11的信息判断出仓口通道30内是否有障碍物阻碍，当确认无障碍特时，工控主板1通知PLC控制模块14继续将料盒60推至出仓口70内；这时，工控主板1可通知出仓口RFID射频感应器12开始读取料盒60上的标签以获取料盒60规格信息并与用户在界面上选择的型号进行核对，核对无误后可以开启电控闸门8让用户来取料盒60，同时保存该料盒60的售卖信息存入到料盒出入管理数据库；另外，在电控闸门8慢慢开启的时候，工控主板1可启动出仓口LED灯条10闪灯提醒用户料盒60已安全到达出仓口70内可以放心取物；当用户取走料盒60后，工控主板1再次读取出仓口光电感应器11的信息判断出仓口70内的料盒60是否已取走，判断取走后，可启动电控闸门8慢慢关闭，同时关闭出仓口LED灯条10。

采用该出仓口管理模块的有益效果包括：出仓口RFID射频感应器12通过采用13.56MHZ非接触式射频RFID专用读写模块，读写部分可采用LEGIC公司的高集成度读卡专用芯片SM-4200，能够支持国际上大多数非接触卡协议，并且该模块的CPU可采用自带看门狗和电压监控电路的CPU，使得该模块具有支持多种卡和协议、体积小、性能稳定、功耗低等特点，且可以提供TTL或RS232接口；出仓口光电传感器11通过采用6个漫反射型光电传感器，具有优越的检测能力，响应快，抗干扰能力强，外形小巧易于安装，能够无盲区地检测到整个出仓口通道30的情况；出仓口LED灯条10通过采用LED双色灯条高亮显示，功耗低；出仓口通道30采用镜面不锈钢制造，表面光滑洁净，对料盒60表面无任何刮伤，而且经久耐用。

考虑到黄金自助售卖机中的PLC控制模块14需要负责控制机械手50将料盒60从料仓40中指定的位置取出并搬运到指定的出仓口70位置。参见图5和图6，该PLC控制模块14大致包括：包含PLC控制器+变频器+I/O驱动器在内的PLC主系统141以及与该PLC主系统141相连的光纤感应器142、机械手50及用以驱动机械手50的电动缸、交接拖板80及用以驱动交接拖板80的电动缸。其中，用以驱动机械手50的电动缸包括X方向电动缸143、Y方向电动缸144和Z方向电动缸145，该机械手50装设在该X方向电动缸143上。用以驱动交接拖板80的电动缸包括上升运输电动缸146和平推运输电动缸147，该交接拖板80装设在该上升运输电动缸147上。该机械手50上装设有机械手直线电机148，该PLC控制模块14还可装设有显示器与触摸屏149以方便PLC主系统141的应用。需要说明的是，该机械手50具有梳齿状结构，该交接拖板80具有与该机械手50相对应的梳齿状结构以使该交接拖板80能够由下而上地取走位于该机械手50上的料盒60而实现料盒60的过渡交接。另外，由于机械手50和交接拖板80的驱动是有两个相互配合但由独立的机构来实现，因此，该两个机构可以存在一定程度的并行工作，而出现图6所示的机械手50和交接拖板80各持有一个料盒60的情形，这时，位于交接拖板80的料盒60是当前需要提供给客户的，而位于机械手50的料盒60是接下来需要提供给客户的。

该PLC控制模块14的工作原理大致是：当工控主板1发送指定通知PLC主系统141取料盒60时，PLC主系统141依此驱动机械手X、Y、Z方向电动缸143、144、145动作，机械手50随即达到指定的仓位取料位置；当机械手50慢慢拖动料盒60出仓到一定的位置时，一个光纤感应器142将感应信号通知给到PLC主系统141，PLC主系统141可立即驱动直线马达148，锁紧装置52即刻动作至设定位置并牢固锁紧料盒60；机械手50受PLC主系统141驱动慢慢将料盒60运输到上升交接位置时，此时另一个光纤感应器142将感应信号通知给到PLC主系统141，PLC主系统141可立即驱动直线马达148松开料盒60的锁紧装置52，然后PLC主系统141驱动上升运输电动缸146动作并实现料盒60顺利交接过渡到交接拖板80上；当上升交接拖板80将料盒60运输到指定位置时，PLC主系统141可立即驱动平推运输电动缸147将料盒60推到指定的出仓口70处；当以上动作完成后，PLC主系统141驱动机械手50的X方向电动缸143动作将机械手50拖回到初始待命状态位置；最后，PLC主系统141回复工控主板1取料已完成并等待工控主板1通知。

采用该PLC控制模块14的有益效果包括： PLC控制器具有搞干扰能力强、可靠性高、体积小等优点，通过控制变频器可满足电动缸不同运动速度的要求；选用电动缸控制精度可达到0.01mm，与PLC主系统141连接，能够实现高精密运动控制，具有噪音低、节能、干净、高刚性、抗冲击力、超长寿命，操作维护简单等优点；在PLC主系统141的机箱表面配有显示器+触摸屏149界面，可方便调试维护工作；机械手50采用锁紧装置52能牢固固定好料盒60，保证运输可靠；光纤感应器142灵敏度高、反应快、工作可靠，能为PLC主系统141提供准确的信号，从而保证机械手的锁紧装置52能及时固定好料盒60，并保证将料盒60安全运输到指定的出仓口70位置；料仓40设计简单，加工容易，并能满足不同规格尺寸的料盒60存放要求。

考虑到机械手50负责将料盒60从指定的位置取出并搬运到指定的位置。机械手控制模块是PLC传动机构重要的组成部分，需保证在取料时夹紧料盒60并在快速运输过程中固定料盒60不松动。并且能保证料盒60交接时能顺利过渡，从而实现可靠取料和快速运输。参见图7、图8和图9，该机械手50大致包括：底座51、锁紧装置52、斜块固定座53、安装底座54、固定螺母55、后电机安装座56、前电机安装座57以及用以驱动该锁紧装置52的直线电机148等。该底座51包括由若干梳齿状结构构成的料盒承托部511、设置在该料盒承托部511一端的固定部512以及设置在该料盒承托部511另一端的料盒挡止部513。该锁紧装置52及直线电机148是安装在该固定部512，该固定部512设有多个安装孔。该锁紧装置52及直线电机148是安装在该固定部512的正面，该底座51的背面装设在电动缸143上。该锁紧装置52是邻近该料盒承托部511设置的，该锁紧装置52设计成斜块，该斜块装设在该斜块固定座53的前方上部，该固定螺母55装设在该斜块固定座53的后方中部并与该直线电机148的轴相对应，从而该直线电机148能够驱动该斜块固定座53而带动该斜块动作，以抓持住或松开相应的料盒。需要说明的是，该底座51的料盒承托部511包括若干齿514以及缝隙515，对应地，交接拖板80也包括若干齿801以及缝隙802，当机械手50移动到交接位置时，交接拖板80受上升运输电动缸146驱动向上动作时，交接拖板80上的齿801与底座51上的缝隙515对应，交接拖板80上的缝隙802与底座51上的齿514对应，从而能够使交接拖板80能够将已经处于松开状态的机械手50上的料盒向上带走。

该机械手50的工作原理大致是：PLC主系统141发送指令让机械手X、Y、Z方向电动缸143、144、145动作，机械手50随即达到指定的取料位置；当机械手50慢慢拖动料盒60出仓到一定的位置时：出仓的长度约为料盒60长度的五分之二长度，PLC主系统141发送控制指令驱动直线马达148，锁紧装置52即刻动作至设定位置并牢固夹紧料盒60；当机械手X方向电动缸143运动至料盒交接位置时，光纤感应器142感应并通知PLC主系统141，机械手50先松开锁紧装置52，然后PLC主系统141驱动上升运输电动缸146动作并实现料盒顺利交接过渡；当料盒60被转移到交接拖板80上后，PLC主系统141可通知机械手X方向电动缸143动作并让机械手50回到初始准备状态位置。

采用该机械手的有益效果包括：机械手底座51可支承板集成机械手臂以完成取料功能，而且设计简单，加工容易；通过采用直线马达148驱动锁紧装置52来完成固定，直线马达148驱动反应快而且动作灵敏可靠，锁紧装置52设计成一斜块以接触料盒60边角位进行可靠固定，而且整个锁紧装置52可以调整距离，方便对不同尺寸料盒60的夹紧，同时调试维护更加方便；另外，机械手臂，也就是底座51上的料盒承托部511设计成一折边模型，拐角处倒圆，取料时利用折边面与料盒60接触，取料可靠，并且能保证对料盒60表面无任何刮伤等。

与现有技术相比，本实用新型的黄金自助售卖机及其各构件通过巧妙的机电一体化设计，可以能够安全、可靠地实现黄金的自助售卖，从而可以降低相应地金融服务成本，提高服务效率。

以上，仅为本实用新型之较佳实施例，意在进一步说明本实用新型，而非对其进行限定。凡根据上述之文字和附图所公开的内容进行的简单的替换，都在本专利的权利保护范围之列。

Claims (10)

1.一种黄金自助售卖机的嵌入式系统，其特征在于，包括工控主板及与该工控主板电连接的触摸屏、显示屏、语音系统、摄像头、通信模块、身份证识别器、出口仓RFID射频感应器、PLC控制模块、密码键盘、打印模块、电控闸门、震动感应器、出仓口LED灯条、出仓口光电传感器以及银行卡读卡器。

2.如权利要求1所述的嵌入式系统，其特征在于，还包括外设控制模块，其与该工控主板、电控闸门、震动感应器、出仓口LED灯条及出仓口光电传感器电连接，该电控闸门、震动感应器、出仓口LED灯条及出仓口光电传感器是经由该外设控制模块与工控主板相连的。

3.如权利要求1所述的嵌入式系统，其特征在于，该银行卡读卡器是经由该密码键盘与与工控主板相连的。

4.如权利要求1所述的嵌入式系统，其特征在于，该工控主板为运行Windows XP操作系统的Micro ATX工控主板。

5.如权利要求1所述的嵌入式系统，其特征在于，该触摸屏为红外触摸屏；该显示屏为19英寸以上的LCD显示屏；该摄像头为针孔摄像头；该通信模块为支持3G WCDMA的移动通信模块。

6.如权利要求1所述的嵌入式系统，其特征在于，该外部控制模块包括：MCU主控板以及与该MCU主控板相连的若干光藕。

7.如权利要求1所述的嵌入式系统，其特征在于，该PLC控制模块包括： PLC主系统以及与该PLC主系统相连的光纤感应器、机械手的X方向电动缸、机械手的Y方向电动缸、机械手的Z方向电动缸、上升运输电动缸、平推运输电动缸、机械手直线电机以及显示器与触摸屏组合。

8.如权利要求7所述的嵌入式系统，其特征在于，该PLC主系统包含PLC控制器及与该PLC控制器电连接的变频器和输入输出驱动器。

9.如权利要求7所述的嵌入式系统，其特征在于，该机械手直线电机受控于该PLC主系统并与机械手锁紧装置相连，该机械手直线电机是能驱动该机械手锁紧装置松开或者锁紧机械手所握持的料盒的。

10.一种黄金自助售卖机，其特征在于，装设有如权利要求1至9任一所述的嵌入式系统。

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