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现金发行终端：嵌入式分发协议实现

自定义嵌入式现金终端中，通过串行协议与精确步进电机控制实现可靠分发，结合EMV授权与传感器反馈，确保安全高效。

在自定义嵌入式现金发行终端（Cash Issuing Terminals）中，实现可靠现金分发需精确电机控制与安全交易协议的紧密集成。主机控制器通过嵌入式分发协议（Embedded Dispensing Protocol）向现金分发模块（CDM）下发高层次指令，CDM 内部 MCU 负责实时电机驱动与传感器监测，避免直接暴露低层硬件细节。这种架构源于 ATM/CDM 标准实践，确保机械可靠性与交易原子性。

分发协议设计

协议采用 UART/RS-485 物理层，帧格式为：起始字节（0x02）、地址（主机 0x00/CDM0x01）、命令码、长度、负载、CRC 校验、结束字节（0x03）。核心命令包括初始化（0x01，自检固件版本）、分发（0x10，指定卡匣 ID / 钞票张数 / 面值混配）、状态查询（0x20，返回剩余张数 / 传感器位 / 错误码）、复位（0xFF）。

例如，分发命令负载：[卡匣 1:10 张 20 元，卡匣 2:5 张 50 元]，总金额精确匹配授权额。响应包括 ACK/NAK、实际分发张数、拒收张数、错误码（e.g., 0xE1 = 卡纸）。MDB/ICP 协议可扩展用于售货式终端，支持 “远程售卖” 模式。引用专利 US7606767B1 所述，主机仅发 “what”，CDM 执行 “how” 并保证安全。

参数建议：

  • 波特率：9600/19200bps，奇偶校验偶校验。
  • 超时：命令应答 5s，分发完成 30s。
  • 重试：通信失败 3 次，回滚交易。

精确电机控制

CDM 内部采用 2 相混合步进电机（1.8°/ 步，NEMA17 尺寸），搭配捏辊 / 皮带传动，光栅传感器间距匹配微步距离（1/16 微步≈0.1125°）。驱动芯片如 TMC5160，支持斩波电流调节（RMS 1.4A）、智能衰减、失步检测。

运动序列：接收分发指令→校验状态（门闭 / 无卡纸）→加速主运钞电机（梯形曲线：0-1000 步 /s，加速 0.5s）→分纸电机拾取→传感器计数（预期传感器触发步数 ±2 步）→减速停位→分发 / 拒收分流→报告计数。若超时 / 错位，逆转清道至拒收箱。

防卡纸：沿钞纸路径部署 4-6 光学传感器（IR 发射 / 接收），间距 10mm。每步后轮询，若未触发则限流检测扭矩（电流阈值 150% 额定）或逆转。闭环模式加增量编码器（1024ppr），PID 位置环（Kp=0.5, Ki=0.1, Kd=0.05）。

参数清单：

参数 值 说明
微步数 1/16 减振动，提高精度
最大速度 1500 步 /s 运钞≈50mm/s
加速度 500 步 /s² 避免失步
保持电流 40% 额定 空闲省电
卡纸超时 2s / 传感器 触发警报
重试次数 3 后拒收

电流曲线：启动 1.2A→恒速 0.8A→停止 0.3A。电源：24V/5A，滤波电容 470uF。

安全交易集成

交易流：EMV 卡读 PAN/CVV（ISO14443），PIN 加密（DUKPT/HSM），打包 ISO8583 授权请求（TLS 至收单行）。批准后分发，CDM 报告实际张数，与授权额对账（差额 > 0.1% 触发手动审）。原子性：授权前锁状态，失败逆转（commit/reverse）。

PCI 合规：PIN 垫硬件加密，明文不露主机；HSM 密钥注入，篡改销毁。会话绑定：NFC 二次确认防误发。

监控点：

  • 传感器位掩码：实时上报。
  • 阈值：拒收 > 5%、剩余 < 20% 警报。
  • 日志：每分发记录帧 / 计数 / 时间戳。

回滚策略：

  1. 通信超时：重发命令，3 次失败中止。
  2. 卡纸：逆转拒收，报告 E1。
  3. 对账失败：隔离现金，通知运维。

可靠性保障

测试：1000 次分发，卡纸率 < 1%，精度 ±1 张。监控 Prometheus/Grafana，警报 Slack。固件 OTA 更新，签名验证。

资料来源：

（字数：1256）

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