智能鑒偽點鈔機的設計

智能紙幣識別是一種識別假收據的機器，通過驗貨、識別真紙幣。這是一種通用的銀行工具。本機在AT89C2051單片機的擴展系統支持下,實現了點鈔、鑒偽的智能化。1.面向工業的面向AT89C2051是一種帶2k字節閃速可編程可擦除只讀存儲器的低電平、高性能CMOS8位微處理器,與工業標準的MCS-51系列指令集和輸出管腳相兼容。它還具備以下特性:128×8位的內部RAM,15條可編程I/O線,兩個16位定時器/計數器,5個兩級中斷源,一個全雙工串行口,一個精確的片內模擬比較器,直接LED驅動輸出,低功耗的閑置和掉電模式。2.系統的工作原則和組成智能鑒偽點鈔機是一個集熒光、磁性、點鈔計數、聲光報警及停機控制于一體的智能化系統。2.1系統的偽造原理(1)熒光效應信號不同點鈔時票幣面經紫外光源掃描照射,真幣一般沒有紙質熒光效應信號或者熒光效應信號很弱,而假幣受紫外光激發產生較強的熒光效應信號。由熒光效應傳感器把檢測到的有無或強弱的熒光效應信號轉化成相應的電信號,該信號經信號處理電路后送單片機進行真偽鈔的判別。(2)磁阻型傳感器接頭基于人民幣磁性油墨的防偽措施,真幣用磁性油墨印刷。用智能鑒偽點鈔機點鈔,當票面經過由INSB構成的磁阻型傳感器探頭時,產生相應的磁通量的變化,致使磁敏電阻值隨之變化。該變化的電阻值轉變成電壓信號后經后級電路進行信號的處理,再送給單片機進行真偽的判別。2.2系統組成該智能鑒偽點鈔系統從電路結構上看,可分為信號處理電路和單片機擴展系統兩個部分。其整體電路框圖如圖1所示。2.2.1階帶通濾波器信號處理電路由磁信號處理通道和光信號處理通道組成,如圖2所示。圖3給出了基于INSB磁敏傳感器輸出信號的低噪聲信號處理電路的磁信號處理通道原理框圖,該電路是基于脈沖計數方式獲取磁性油墨信號的。整個電路由傳感器工作電壓恒壓源、磁敏傳感器電橋差動輸入低噪聲放大器、二階帶通濾波器、信號倍率電路、比較器和自適應比較電平及單片機接口組成。其中,磁敏傳感器電橋差動輸入低噪聲放大器用來濾除由電源來的紋波和高頻噪聲,提高電路的信噪比。二階帶通濾波器的通頻帶是根據點鈔機輸送鈔票的速度及鈔票上磁性油墨圖文的密度決定的。磁信號倍率電路即為小信號整流電路,用于濾除濾波器通頻帶內無法靠濾波器解決的電機電源來的干擾。自適應比較電平是一種根據噪聲電平來確定比較電平的方法。本文只對二階帶通濾波器的帶寬及電路選取作一介紹。有源帶通濾波器的通頻帶是根據點鈔機輸送鈔票的速度及鈔票上磁性油墨圖文的密度決定的。首先根據工頻干擾電源紋波的要求確定濾波器的低端截止頻率為:fLC>2fAC=100Hz,取fL=120Hz,則fH=2V·NM其中:V——點鈔機的點鈔速度(張/秒);NM——每張鈔票上產生的磁脈沖個數。對臥式點鈔,若V=20張/秒,NM在10～40之間,則:fH=2V·NM=2×20×40=1.6k(Hz)圖4給出了適用于日本村田株式會社產品——磁阻傳感器的二階有源帶通濾波器的電原理圖。電路參數可根據不同型號的傳感器作調整,以達到滿意的濾波效果。光信號處理通道由熒光傳感器(硅藍光電池和濾色片組合而成)、微電流放大器、比較器和自適應比較電平組成。其中,熒光效應傳感器用于檢測、接收有無或強弱的熒光效應信號并轉換成相應的微電流。自適應比較電平的設定同磁信號處理通道。2.2.2擴展羽毛系統(1)磁比較器的使用本系統中,單片機外部中斷INT1ˉˉˉˉˉˉˉˉΙΝΤ1ˉ用作點鈔計數。當INT1ˉˉˉˉˉˉˉˉΙΝΤ1ˉ接收到計數脈沖時,發生中斷,同時鈔票計數值加1。外部中斷INT0ˉˉˉˉˉˉˉˉΙΝΤ0ˉ用作熒光鑒偽中斷。票面經過熒光效應傳感器探頭時,傳感器探頭采集到的熒光反射信號經處理電路后送給INT0ˉˉˉˉˉˉˉˉΙΝΤ0ˉ,若有中斷發生,則表明該票面經熒光鑒偽為偽鈔。定時器/計時器T0用作磁脈沖計數溢出中斷。有磁跡信號的票面經磁傳感器采集到的磁信號脈沖經比較器的真偽標準電平比較后,送入已預先設置初值的T0。若發生溢出中斷,則表明該票面的磁脈沖個數足夠,判定為真鈔,否則視為磁信號太弱或基本無磁信號而判定為偽鈔。串行通訊口經過74LS164進行串/并轉換后,驅動三位LED段碼顯示器,顯示鈔票計數值、偽鈔跟蹤定位及工作模式等。利用單片機的I/O口控制“功能鍵”、“清零鍵”、“啟動鍵”、聲光報警及指示燈。另外,本系統利用AT89C2051的PWM產生的調寬脈沖經均值檢波后分別作光、磁比較電平的自適應設置,保證可靠鑒偽。該系統的單片機接口連線圖略。(2)eprom中的常用本系統控制及處理軟件皆固化在單片機內部的2kEPROM中。整個軟件采用模塊化形式,分為計數、顯示、光磁鑒偽、自檢、報警等幾大模塊,各模塊間靠主程序鏈接。主程序簡易流程圖如圖5所示。3.磁界識別錯誤的跟蹤和誤報現象的分析與對策3.1跟蹤誤報率的計算跟蹤誤報即鑒偽報警停機、復位啟動后出現的非偽鈔跟蹤性的報警停機。跟蹤誤報導致鑒偽點鈔機誤報率增加,從而使整機性能指標下降,分析原因如下:鑒偽停機時,根據電機剎車機理,偽鈔后的鈔票相對磁敏傳感器的位置是隨機的。若無磁性油墨的鈔票后邊沿恰好停于磁敏傳感器和計數對管位置上,點鈔機再啟動時,磁敏傳感器無法檢測到磁性油墨信號即會出現誤報。可見,跟蹤誤報屬于機理性誤報。跟蹤誤報率與偽鈔張數和鈔票類型有關。根據行業標準中推薦的指標檢驗方法,即100張流通鈔中放入兩張偽鈔進行點驗,其跟蹤誤報率可用下式算出:ηW=NW/NC×100%×LW/LC其中:ηW——跟蹤誤報率;NC——點驗的鈔票總數;NW——點驗的偽鈔數;LC——被點驗的鈔票寬度;LW——無磁性油墨的邊沿寬度。例如:若點驗50元人民幣,每次在100張中有兩張偽鈔。50元人民幣寬度為77mm,無磁跡的邊沿寬度為9mm,則:ηW=2/102×100%×9/77=0.23%因此,機理性跟蹤誤報的存在是普通磁性鑒偽點鈔機誤報率指標難以提高的重要因素。3.2.判斷計數是否有票針對上述磁性鑒偽跟蹤誤報現象的產生機理,本系統采用如下方法降低誤報率:有偽鈔報警停機后,判斷計數對管下有無鈔票,若有鈔票,則在再啟動時該鈔票不報警。該方法是在AT89C2051單片機控制、管理的智能鑒偽點鈔機上實施,可在不改變點鈔機硬件結構的情況下,通過軟件的簡單調整來徹底解決跟蹤誤報的“老大難”問題。本系統采用軟件判別的方法來降低誤報率,效果顯著。4.計算機機械系統的軟件特點(1)采用磁信號倍率技術,將信號能量增強一倍,從而使誤報(將真鈔誤判為偽鈔)率和漏報(將偽鈔誤判為真鈔)率均為常規檢測方法的1/2。(2)采用磁脈沖計數溢出信噪分離技術,偽鈔鑒出率較常規的直接電平比較判別法高得多,并可以有效鑒別出“弱磁”和“全磁”偽鈔。(3)采用了軟件鈔票位置識別技術,克服了臥式機普遍存在的機理性跟蹤誤報現象,將誤報率從0.23%降至0.04%以下。(4)采用軟件定時單雙張判別技術,較常規的RC定時電路可靠,以保證計數精度。(5)采用繼電器勵磁停機方式,降低了整機的功耗,縮短了停機過渡時間,延長機電元件壽命,從而降低電源系統的故障率。(6)具有開機自檢功能,可實現檢測系統對背景環境的完全自適應。(