硬币鉴别系统

" ， $ $%% $ $ $%% $ " ，即各 种 币 种 的 特 征 频 ’)(’*( 定 量 分 析 可 知 ：
将 率 $ %+ 可 以 被 分 离 得 很 开 ， 允 许 误 差 范 围 设 得 比 较 大 ， 不会重叠， 有 利 于 鉴 别 硬 币 的 币 值 +。 在有铁氧体磁芯的情况下， 考 察 特 定 币 种 的 真 伪 。如 果 通 过 伪 硬 币 时 ， 伪 币 的 短 路 环 电 感 会 与 真 币 相 差 !! !， 由 ’!( 可 知 ： 这样振 荡 频 率 的 变 化 率 与 空 心 线 圈 ! ! "%% ! ! ， 相比也要大得多， 因此有 利 于 识 别 伪 币 。 本文提 出 的 互 补 算 法 就 是 根 据 上 述 原 理 ， 将空心线圈 与有铁氧体磁芯的线圈的特点结合起来， 取其优点， 互相 弥 补 不 足 。第 一 级 空 心 线 圈 负 责 硬 币 的 识 别 。当 伪 币 在 空 心线圈中被误认为是某一币值的真币时， 在有铁氧体磁芯 的线圈中， 伪币的振荡频率就会在对应币值的硬币鉴别的 允许误差范围之外， 从而实现伪币的二级鉴别。基于上述 原理的二级鉴别、 识伪算法如下：
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《 微型机与应用》 !""! 年第 ## 期
能 地分 开 ， 扩大频带宽度； （ 由 于 真 币 与 伪 币 在电 导 率 、 !） 磁导率、 厚度、 直径等方面存在不同， 真币与伪币的短路 所 以 要 保 证 这 些 因 素 的 微 小 变 化 引 起尽 环 电 感 相 差 !! !， 可能大 的 测 量 频 率 的 变 化 ， 才可以 保 证 精 确 地识 别 伪 币 。 线圈是否有铁氧体磁芯， 对 磁 场 的 影 响 非 常 大 。设 有
图! 传感器原理 图" 等效电路
程中， 将 测 得 的硬 币 的 振 荡 频 率 与 $ &, 比 较 ， 以确 定 真伪 及 币值。 在实际的鉴别过程中， 由于各种原因引起的误差， 使 得 实 际 测 量 得 到 的 频 率 $ 在 特 征 频 率 $ &, 左 右 波 动 ，对此 可 以 设 定 一 个 允 许 误 差 范 围 " $ , 2, 为 相 应 的 币 值 3 。如 果 则认 为 被 测 量 的 硬 币 的 币 值 为 , ； 如果 $ &,& " $ ,! $ ! $ &,% " $ ,， 不在任何一个范围之中， 就认为被测量的是伪币。 在鉴别、 识伪过程中， 最关键技术有二点： （ 不同币 !） 值 的 允 许 误 差 范 围 不 能 重 叠 ， 即特 征 频 率 $ &, 之 间 要 尽 可
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总
结
本文介绍了采 用 电 涡 流 式 传 感 器 ， 结 合 互 补 型 的 算 法， 通 过 单 片 机 控 制 研 制 开发的硬 币 鉴 别 系 统 。该系统配 以抗电磁干扰结构处理， 试 用 于 无 人 售 票 公 交 车 。实 践 证 明 硬 币 鉴 别 系 统 的 鉴 别 速 度 小 于 2%%;< = 次 ， 在静态条件 识 别 伪 币 准 确 率可 达 下>公 交 车 发 动 机 不 工 作?鉴 别 硬 币 、 在 动 态 条 件 下>发 动 机 开 启 的 待 车 状 态 ?， 准确率 @@A@9B ； 因此具有较高的实用推广价值。 达 @9A’:B ， 参考文献
HIJ 构 成 微 机 控 制 系 统 。 HIJ 带 有 *KL 片 内 EIMN? 、
具有适 应 新 币 种 、 剔除老币种的学习功 #!FL 片 内 MO? ，
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序、 频率测量服务程序、 硬币识别子程序、 显示子程序、 语 音子程序、 电磁铁驱动子程序等。通过对中断服务程序、 各种功能子程序的修改，可以使系统完成各种需要的功 能， 方 便 地对 系 统 进 行 升 级 。图 8 、 图 7 给出了主程序与学 习中断服务程序的流程图。
当 有 硬 币 通 过 线圈时 ， 可 以 得 到 线 圈 电 感 的 变 化 "" ：
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对于 非 软 磁 材 质 而 言 ， 电 涡 流 效 应 会 使 " " ’( ；而对 于软磁材质， " " )( 。 因此只要检测出硬币电导率、 磁导率、 厚度、 直径等 因 素 对 磁 场 的 综 合 影 响 就 可 以 达 到 鉴 别 的 目 的 。 这里采 用谐振法，把线圈作为电感接入电容三点式的振荡电路 中 。由 于 本 设 计 采 用 互 补 型 算 法 ， 所以只 需 测 量 振 荡 频 率 就可以精确鉴别不同币值的硬币， 从而识 别 伪 币 。 可 以 求 得 当 没 有 硬 币 通 过 时 的振 荡 频 率 $ ( 及有 硬 币 影响时的振荡频率 $， % 为振荡回路中的电容。
基于二级互补算法的硬币鉴别系统
上 海 交 通 大 学 电 子 信 息 与 电 力 工 程 学 院 !"###$#%
摘 要： 电涡流式传感器在硬币识别中的应用， 提 出 了 一 种基于单片机控制的 互 补 型 鉴 别 、 识 互补算法 硬币鉴别
伪 新算 法 。 关键词： 电涡流式传感器
硬币鉴别技术在自动售货机、 投币电话机、 游戏机、 公交车、 地 铁 售 票 等 方 面 有 着 广 泛 的 应 用 。目 前 国 内 外 硬 币鉴别装置， 或者设计原 理 简 单 、 检测手段单一， 抗振动、 抗电 磁 干 扰 能 力 不 高 ，识 别 伪 币 能 力 差 ；要 么 制 造 复 杂 、 价格昂贵、 缺少实用价值。 鉴于此， 本文介绍一种采 用 电 涡 流 式 传 感 器 、应 用 互 补 型 算 法 研 制 的硬 币 鉴 别 、 分 检 系 统 。它能 动 态 、 快速、 精 确地 鉴 别 当前流 通 的 硬 币 ； 其识 别 伪 币 能 力 强 、具 有 学 习 功 能 ，可 以 适 应 新 发 行 的 硬 币 品 种， 具备较高的推广应用价值。
!"# 硬 币 鉴 别 系 统 结 构
计 和币 道 结 构 设 计 。振 荡 线 圈 结 构 如 图 ) 所 示 ， 币道结构 图如图 * 所示。 本 文采 用 的 动 态 检 测 法 的检 测 速 度 快 、 适 应 范 围 广 。 如图 * 所示， 硬币从币道投入后， 经过防震片的缓冲， 依 次 进 入 二级 振 荡 线 圈 =# 、 振荡线圈的轴线上各装有一 =! 。 用以检测是否有硬币通过， 并以中断方 对 光 电 管 ># 、 >! ， 式通知单片机测量频率、 识 别 硬 币 。 光 电 管 安装 在 轴 线 的 单 片 机 模 块 框 图 如 图 B 所 示 ， 采 用 CD8E= FG@# 为
!
电 涡 流 式 传 感 器 原 理 "!#
通常可 以 通过传 感 器 对 硬 币 的 材 质 、 厚 度 、 直 径 、 质
量、 图形图案等特征进行检测， 从而识别硬币的真伪。电 涡 流式传感器是建立在电磁场理论基础上工作的， 其原理 如 图 ! 所示。 为 了 分 析 方 便 ， 可将 硬 币 中 形 成 的 电 涡 流 等 效 为 一 个短路环中的电流，这样线圈与硬币可以等效为相互耦 合的 " 个线圈， 如图 " 所示。
对空 心 线 圈， !! 为 线 圈 的 电 阻 ， "! 为 线 圈 电 感 ， !" 为 短路环的电阻， "" 为 短 路 环 电 感 ， # 为线圈与短路环间的 互 感 。# 与 它 们 之 间 的 距 离 、 硬币运动速度有关， 也与硬 币的电导率、 磁导率、 厚度、 直径等因素有关。 由等效电路及基尔霍夫定律可以求得受硬币的影响 后， 线圈的等效电感为：
,-./+
硬币进入初级线圈， 测 得 振 荡 频 率 0；
下方，保证单片机从开始测量频率到结束测量这段时间 内， 硬币基本处于振荡线圈的中心， 减少动态测量误差。 低功 耗 的快 速 电 磁 铁 。当 单 片 机 识 别 ? 为高灵敏度、 出硬币为伪币时， 打 开 对 应 的 电 磁 铁 ?$； 当识别出为真币 时， 打 开 相 应 币 值 + 对 应 的 电 磁 铁 ?+。
012’/3# ； /43+ ； /55( 6 /0’0+7 ! 0 / ! 0! 08 / 5 ! 0 / ( 6
硬币进入次级线圈， 测 得 振 荡 频 率 0" ；
!"$ 系 统 电 路
系统的硬件电路分为振荡电路模块与单片机控制模 块。振荡电路模块包括 ! 个独立的振荡电路， 图 @ 为其 中 一个振荡电路的原理图。 电路中的 = 为振荡线圈， 8# 、 8! 、
" 铁 氧 体 磁 芯 时 线 圈 的 电 阻 为 "# ， 线 圈 电 感 为 !" 线圈与短 #， " 路 环 间 的 互 感 为 #" ， 振荡频率为 $ $ 。有 硬 币 通 过 时 ， 线圈
电 感 的 变 化 为 !! " ， 振 荡 频 率 为 $ " 。 则 有 ! "%% ! ， # &%% #。 在 没 有 铁 氧 体 磁 芯 的情况下， 考 察 所 有 币 种 。 由 式 ’!(
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硬币鉴别系统的原理与算法
硬 币制造时，不同币值的硬币含有不同的特殊合金
材 料 。 通过对 现 在 国 内 广 泛 流 通 的 硬 币 作 的大 量 试 验 发 现 ，对 于 每 一 种 币 值 的 硬 币 都 有 一 特 征 振 荡 频 率 $ &, 与 之 对应， 各个特征频率由硬币的电导率、 磁导率、 厚度、 直径 等因素综合决定。 通 过 实现学 习功能的 中 断 服 务 程 序 决 定 每 一 币 值 硬 币 的 $ &,， 并 且 将 它 们 存 入 单 片 机 的 -./01 中 。在 鉴 别 过
/0’0 "8+7 ! 0 "+! 0"! 0 "8+5 ! 0 "+ (
待测硬币为真币wenku.baidu.com 币 值 为 /；
8) 的 型 号 为 )>A#)$ ； 8# 组 成 基 本 的 振 荡 电 路 ， 通 过 8!
的射极跟随传输， 由 8) 组 成 的 放 大 电 路 调 节 输 出 电 压 波 形 的 幅 值 ；周 期 信 号 输 出 到 单 片 机 模 块 的 施 密 特 触 发 电 路， 产生方波， 通过单片机计数器计数， 得到振荡频率。
能， 可以方便灵活地升级其它功能。 主 要 模 块 中 ， 定 时 器 ! 作为 计 数 器 用 来 计 算 脉 冲 频 率 。 "#$! 中 断 用 于 判 别 是 否 有 硬 币 投 入 ， 然 后 调 用 终 端 服务程序， 测量振荡频率。 "#$% 用 于 判 断 是 否 有 学 习 功 能 配合 键按下， 进 入 学 习 子 程 序 。 &% 口 用 作 与 键 盘 的 接 口 ， 学 习 功 能 中 的 输 入 操 作 。 &! 端 口 的 低 四 位 用 于 控 制 电 磁 铁， 选择硬币的处理通道。 & ’% 用 于 控 制 语 音 提 示 电 路 。 & ’! 用 于 控 制 工 作 状 态 指 示 灯 。 (&) 通 过 *+, 、 $+, 带 动 只 数 码 管 ./, ， 显示硬币金额。 控 制系统在进行工作前， 需要预先学习， 即预先存 储 不 同 币 种 的 硬 币 在 振 荡 线 圈 中 的 特 征 振 荡 频 率 。实 际 存 储 在 /&*01 中 的 特 征 频 率 是以 一 定 时 间 里 的 计 数 脉 冲 数 来 表 示的 。 通 过 大 量 实 验得知 ， 各种币值的特征频率在 二级 线 圈 的 频率范 围 是 !23456!’%345 ； 单片机的晶振频 率 选 取 !’145 ， 在硬币滚下通过线圈的过程中， 单片机的 处理速度完全满足要求， 可以实现快速识别。 当硬币进入初级振荡线圈后， 光电管被硬币遮挡， 产 生有效信号， 通过与门， 初 级 线 圈 的 中 断 信 号 "#$! 生效 ，
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待测硬币为伪币 ; ；
待测硬币为伪币
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在实际的单片机处理程序中， 为了进行温度补偿， 将 测 得 的 振 荡 频 率 减 去 没 有 硬 币 通 过 时 的空 载 振 荡 频 率 $ $ ， 对差值进行处理， 消除误差。
!
硬币鉴别系统结构、 电路、 程序设计
硬币鉴别系统的结构设计主要包括振荡线圈结构设