一种新型出卡机设计

2022-09-11

1 研究背景

随着经济的发展, 现代人生活节奏的加快, 以卡代证、代票成为潮流。人们使用消费卡已经成一种很自然的习惯。它不仅提高了自身的消费理念, 更重要的是节约了个人大量的时间, 提高了工作效率, 也大大减少了带现金的风险。近年来, 在巨大的证卡需求的带动下, 国内的售卡机、充值机、自动售票机、停车场出卡机等设备也飞速发展, 但是与国外相比, 我国还是相当落后的。其主要原因是一些关键部件工作不稳定, 尤其突出的这些设备的共同部件出卡机的工作可靠性不高。目前国内的这些设备生产厂家使用的出卡机一般都采用进口, 而进口的出卡机价格较贵, 一般企业承受不了, 研制低成本、出卡稳定、可靠的出卡机具有很大的经济效益。

2 出卡机总体设计

出卡机的主要功能是接收到“出卡信号”, 将卡箱内的卡吞出, 并输出“出卡完成”信号, 若出卡过程发生故障, 则发出“出卡失败”的信号, 卡箱内无卡时, 则发出“箱内无卡”的信号。由于卡的种类很多, 不同种类的卡具有不同的厚度, 出卡机应当可以适用于不同卡厚的需求, 具有卡厚调节功能, 以适应不同卡厚的需要。根据上述分析, 出卡机的功能按其各子功能分解几个部分, 如图1所示。

出卡机是一种典型的机电一体化产品, 机电一体化产品一般由三个模块构成:执行机构模块、传感检测模块和信息处理及控制模块。根据三个模块, 出卡机的设计可分成三个部分完成, 即机械设计、电路设计、程序设计。要实现出卡机的整机设计, 明确各个模块所要完成的功能, 必须对出卡机的各子功能进一步分析, 本文将对出卡机中控制出卡模块、卡箱内是否有卡检测模块、出卡情况检验模块进行分析。

2.1 控制出卡

当出卡机接收到出卡信号时, 电机转动, 带动同步带轮转动, 此时, 为了提高出卡机的工作可靠性, 防止误出卡, 对出卡输出轴的结构必须进行特殊外理。其结构如图2所示。

电机转动通过带轮带动轴1转动, 轴1通过件8的销钉带动摆动件7转动, 而此时, 输出轮部件不会转动, 卡片无法通过输出轮向外送出, 要想卡向外送出, 必须使摆动件向左摆动, 摆动件与件11的转动轴接触, 通过摆动件带动件11从而带动输出轮部件转动, 向外送卡。摆动件向左摆动或向右摆动通过电器部件电磁铁控制, 当电磁铁通电吸合, 带动摆动件向左摆动, 卡向外送出, 而电磁铁断开, 轴1空转, 停止出卡。增加了电磁铁控制部件后, 出卡更为可靠, 当出卡机接收到出卡信号时, 电磁铁吸合, 卡向外送出, 当出卡完成后, 电磁铁断开, 卡不会向外送出。

1:轴;2、3、4:螺钉、平垫、弹垫;5:输出轮;6:轮芯;7:摆动件;8:销钉;9:轴承;10、12:弹簧;11:转动轴;13:外盖

2.2 卡箱内是否有卡检测模块

出卡机必须具备当箱内有卡时, 输出“箱内有卡”信号, 当卡箱内无卡时, 输出“箱内无卡”信号, 要求在卡箱内装卡。要实现这个功能, 可采用红外线传感器, 采用如下结构来实现。

当箱内无卡时, 如图3 (a) , 此时光电管的位置与触发器的孔位置重合, 红处线传感器输出信号为“1”, 当箱内有卡时, 卡压住触发器, 触发器的位置如图3 (b) 所示, 此时光电管的位置与触发器的孔位置不重合, 红处线传感器输出信号为“0”, 通过对红外线光电管输出信号的检测, 来判断出卡机箱内是否有卡。

2.3 出卡情况检测

出卡机出卡是否成功, 主要也是通过红外线光电管进行检测来进行的, 当卡运行到如图4 (a) 所示状态, 此时光电管与触发器的孔对齐, 信号为“1”, 卡继续向前推进如图4 (b) 所示, 此时光电管与触发器的孔不对齐, 信号为“0”, 卡继续向前推进如图4 (c) 所示, 此时由于扭转弹簧的作用, 触发器恢复到初始状态, 光电管输出的信号“1”, 出卡成功。若发生堵卡, 则光电管与触发器的孔无法对齐, 光电管无法输出信号“1”, 只能输出信号“0”, 检测光电管信号, 可判断出卡是否成功。

3 出卡机机械设计

出卡机进行各子功能分解后, 确定机械部分要实现的功能, 采用UG软件对出卡机的结构进行详经设计, 并进行仿真, 其建模后的图如图5所示。

4 控制电路设计

根据出卡机的功能分析, 控制系统最主要是检测两个光电管信号, 控制电磁铁吸合、电机正反转, 并在相应引脚输出相应信号。控制系统的设计要从功能出发, 选择控制芯片, 设计控制电路, 根据安装要求设计出PCB板, 最后再进行软件设计。利用电子设计自动化EDA (Electronic Design Automation) 工具软件Protel可以轻松快捷的完成所有工作。将设计好的PCB板制作出来后, 焊接上各种电子元器件, 一块控制板就做成了, 然后进行安装调试。本系统控制芯片采用?AT89C2051。本系统可分成以下几个模块进行设计。

4.1 电源转换模块

出卡机电机的电压为2 4 V, 而AT89C2051芯片所需的Vcc电压为5V, 必须通过芯片7805将24电压转换成5V电压, 转换电路如图6所示。

4.2 看门狗功能

在单片机系统设计中, 看门狗功能、断电后能保存数据和上电、掉电复位电路功能对某些系统是非常必要的。本系统采用武汉力源公司经销的美国Xicor公司生产的X25045.是集上述功能与一体的产品。该器件的应用将有利于简化单片机系统的结构, 提高系统的性能。看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。它提供了三种定时时间, 可用编程原则200ms, 600ms和6.4s, 在设定的时间内如果没有对X25045进行访问, 看门狗以RESET信号做输出响应, 即变为高电平, 延时约200ms的稳定时间后RESET由高电平变为低电平。

4.3 电机工作状态控制

本系统采用直流永磁电机, 用TA8428K (S) 芯片控制电机的工作状态, TA8428K (S) 芯片的功能主要用于控制直流电机的正转、反转、暂停、停止。

4.4 传感器的选择

出卡机系统中, 传感器的作用是感知卡箱内是否有卡和出卡是否成功, 采用的是红外线光电开关。红外线光电开关属于光电接近开关的一种, 它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射, 由同步回路选通来检测物体的有无, 其物体不限于金属, 对所有能反射光线的物体均可检测, 红外线属于一种电磁射线, 其特性等同于无线电或X射线。红外光电传感器有以下5种类型:漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关、槽式光电开关、光纤式光电开关, 本系统采用对射式光电开关。

4.5 电路图设计

5 软件设计

根据出卡机的工作过程和电路控制图确定程序控制流程, 根据程序流程图采用汇编语言编写程序。

6 结语

经过将近一年的研制与试制, 出卡机样机试制工作已接近尾声, 出卡机所有零部件的模具开发与夹具设计委托贵州华联无线电器厂进行, 所有零部件均能达到标准。出卡机样机经过福建检验所检测后, 各项指标均能达到要求。出卡机进行可靠性试验, 无故障出现。但是出卡机也存在一些问题:一是出卡机整机噪声较大, 主要是由于电机引起的, 需更换电机配套厂家。二是前端出卡靠两橡胶预紧, 从而产生正压力出卡, 需对橡胶的材质进一步研究, 防止橡胶老化。

摘要：出卡机是一种典型的机电一体化产品, 它是智能售卡机、自动售票机、IC卡冲值机等设备最主要部件, 本文简要地介绍了出卡机的研究背景, 着重介绍了出卡机设计的整个过程, 主要包括:总体设计及对出卡机功能分析, 机械设计、控制电路设计、软件设计。

关键词：出卡机,机械设计,控制电路设计,软件设计