一种实用的微机硬币鉴别装置

控制与测量
一种实用的微机硬币鉴别装置
杭州电子工业学院(310037)　白建华　徐志江
摘　要　文章介绍了一种实用硬币鉴别装置,文中给出了该装置的鉴币原理以及单片机控制线路及软件程序,经测试和实际使用,证明该装置具有防伪币能力强,工作可靠、性能价格比高等优点。

关键词　鉴币装置　单片机应用
1　概述
纵观国内生产的各类硬币鉴别装置,都存在着原理简单、检测手段单一、鉴别伪币能力差,且只能鉴别一二种硬币的弊端。

而国外的鉴币装置则采用多种检测手段、鉴别可靠、动作迅速、且能自动找零、重新设置币值等多种功能,但设计制造复杂、价格昂贵。

鉴于此,我们新研制了一种硬币鉴别装置,其主要的技术要求为:能正确鉴别目前国内流通的六种面值的硬币,并有较强的防伪币及其它杂物的能力,鉴币速度不大于500ms/次以满足实用,此外还要求装置具有一定的柔性,以便适应新的币种。

2　硬币鉴别装置的原理
对于目前国内流通的六种硬币,要区别它们,主要依靠硬币的以下特征:材质、直径、厚度、重量、图形图案等。

我们在分析日本生产的同类装置和英国MARS 公司的硬币鉴别机(CHAN GE GIV ER)的基础上,提出了以下三种检测手段:(1)振荡器输出波形的频率检测;(2)振荡器输出波形的幅度检测;(3)硬币尺寸检测。

并以第一种检测方法为主,其它方法为辅,综合这些手段,作为检测的依据。

硬币鉴别装置工作原理如下:如图1所示,在铁氧体罐形磁芯1、2上绕有线圈(3),若在线圈(3)
中通以
图1　硬币鉴别装置的原理
2.3.1　波分复用(WDM)
WDM是通过若干频率间隔大致相等的LD光源,分别由不同信道的信号调制后,经光波合波器合成一路光,由一根单模光纤传输到目的地,经光波分路器将不同信道的光送入指定的光探测器,再由传统的终端机完成通信。

由于WDM能使单根光纤传输几个到上百个波长信号,每个波长载运的信号速率可从几百Mbit/s到20Gbit/s,从而提高传输容量,便于利用网络冗余容量进行网络维护和管理,成本效率高,投资省;而且,要复用的信号可以是数字的,也可以是模拟的。

2.3.2　异步转移模式(A TM)
A TM技术是在光纤介质上使用固定长度的短数据包(称为信元)传送信息。

信元长度固定为53个字节,无论用户信息还是控制信息都取这一长度。

其中48个字节为信息的有效负荷,另5个字节为信元头部。

对于有效负荷在中间节点不作检验,信息的校验在通信的末端设备中进行,以保证高的传输速率。

同时由于光纤介质有良好的传输性能,使A TM传输技术有很高的潜在传输速率,最高可到数千兆比/秒,具备通信网络带宽的易扩展性。

由于A TM技术的传输速率高,使用短的固定长度的信元又具备可控制的传输时延,因此,它既适用于传输突发的数据信号,也适用于传输对时延敏感的动态视频信号和话音信号,即适用于多媒体信息的传输。

A TM原始的设计目的就是配合宽带综合业务数字网使用的传输技术。

作者简介　唐余亮,男,1966年12月生,现在北京邮电大学攻读硕士学位。

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高频交流电流,则磁芯1、2之间存在交变磁场。

一旦有金属物(4)进入这个交变磁场之中,金属物(4)内便产生涡流;同时,涡流的存在必定也要产生与原来磁场相反的磁场。

因此,金属物的存在与否,对整个磁场产生较大的影响,使磁路的特性发生变化。

磁场的变化与硬币的材质、直径、厚度等因素有关,它受这几种因素的综合影响。

因此,我们只要检测出硬币对磁路的影响即可达到鉴币的目的。

我们把线圈(3)作为电感接在电容三点式振荡电路中,这样,硬币对磁路的影响可通过测量高频交流电流的频率和幅度来度量。

为了考察硬币频率的大致分布情况,我们用了大
量的硬币作了这项实验,其频率分布曲线如图2所示。

图2　硬币频率分布
图中频率从高到低排列依次为一角、五分、一元、二分、五角、一分,六种中任意两种硬币的频率不存在交叉点,因此,依靠这一项检测办法即可达到分离6种硬币的目的。

但从图中又可看出,五分与一元之间的频率值比较相近,而币值相差较大,为可靠性起见,还应增加其它措施。

在实验中发现,由于材质的关系,一元硬币投入到图1所示的磁场中,使振荡器的振荡幅度产生很大的影响,而其它币种则对幅度影响要小得多。

这无疑又是一种新的检测手段,只要检测振荡器波形的输出幅度即可轻易地分辨出一元与其它币种,同时也增加了鉴别伪币的能力。

尺寸检测是一种常用、有效的检测手段,其检测原理简单,装置也不复杂,但其最大的缺点是防伪币能力差。

故在本装置中,它只作为一种辅助检测手段,尺寸检测的结构如图3所示。

在币道中,安装了6个红外发光管(D1～D6)和6个与之相对应的红外线接收管,使用红外管的目的是为了避免可见光的干扰,使工作更为可靠稳定。

考虑到硬币在币道中应能顺利地滚落,且在滚动中避免产生跳跃,影响光电管的检测精度,故使币道与水平线成20°的倾斜角。

另外,为了检测可靠,总希望硬币在币道滚动过程中始终紧贴一侧壁,避免左右晃动,故采用向一侧倾斜5°左右的方法。

D6置于入币口,用于检测是否有硬币投入。

若有,则打开电磁铁,使硬币进入币道中。

由于2分与
5
图3　尺寸检测原理
角、5分与一元两组硬币直径比较接近,我们共设置了4组光电管D1～D4,作为检测硬币直径的信号。

另外增设了一组光电管D5,D4与D5两者并联,在逻辑上形成“与”的关系,即D4、D5两者必须同时被遮挡住才是有效的,而圆环状的伪币(如铁垫圈)由于中间有孔, D4、D5又在同一垂直线上(相对于币道),一般不可能两者同时被遮挡住,这样达到了甄别圆环状伪币的目的。

对硬币的检测方法一般分成静态检测和动态检测两种,国外一些公司的鉴币器往往采用动态检测的方法,主要原因是为了加快鉴币速度,因此硬币在滚落过程中被动态地检测出,如MARS公司生产的CHAN GE GIV ER。

虽然这是一种很好的方法,但也存在检测原理与结构复杂、塑料模具加工困难、整个装置价格较高等缺点。

我们选择了静态检测的方法,机械结构如图4所示。

硬币经过币道进入振荡器中,先由两个圆柱定位销定位,再由振荡器来检测其频率与幅度。

两个圆柱定位销分别由电磁铁驱动,同时兼作真伪币的分料口。

当检测出真币时,打开相应电磁铁,使真币向真币的通道滚出;若为假币、则向假币通道滚出。

图4　硬币定位的机械结构
铁氧体磁罐的直径大小、圆柱销的尺寸、两销之间的距离以及磁罐与两销的距离,这些关键尺寸的选择合适与否,对整个鉴币装置的灵敏性、鉴币的可靠性的影响极大。

根据理论推导和实验测试相结合,选择最优尺寸,使之达到鉴币装置的技术要求。

另外,为了减小硬币在币道中的摩擦系数,提高鉴币速度,采用了聚四氟乙烯材料,可以提高稳定性和验币精度。

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图5　硬件结构图
3　单片机系统软、硬件设计
本鉴币装置采用IN TEL 8031为CPU 构成微机
控制系统,通过可编程并行接口芯片8255来与鉴币头线路板交换信息,由6个数码管L ED 显示本次投入硬币的币值及累计值,硬件结构简图如图5所示。

图中,CTx 表示第x 个电磁铁;PHO TOx 表示第x 组光电管,其中第4组与第5组合并成一组;RESET 复位信号用来复位光电管组输出的锁存器,表示准备检测新的硬币直径;COUN T 为振荡器输出频率的计数脉冲信号。

当硬币从投币口投入时,PHO TO6信号有效,8031进入中断服务子程序,表示有新的硬币投入。

8031通过8255,打开CT1电磁铁,使硬币经过币道,由光电管组检测其直径大小。

最后硬币落到两定位销之间,8031检测振荡电路的频率与幅度。

综合这三种检测手段,判断是否为真币,再根据结构相应打开电磁铁CT2或CT3,完成一次鉴币过程。

图6　主程序流程图
软件采用模块化设计,极易通过改变程序的办法
来适应新的币种,只要在程序中增加判断新币的频率、光电管数据以及幅度值数据的模块,而对硬件无需改动。

这也是本鉴币装置采用此检测方法的优点所在,本装置可实用于其它类似功能的多种使用场合。

图6、图7为主程序与中断服务程序的流程图。

图7　中断服务子程序流程图
作者简介　白建华,男,1943年10月生,1966年毕业于
北京清华大学,副教授。

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