《基于电涡流传感器的硬币识别系统的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于电涡流传感器的硬币识别系统的设计.doc（5页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、基于电涡流传感器的硬币识别系统的设计 刘艺柱，郭素娜( 河南工业职业技术学院 电气工程系，河南 南阳 473009)摘要: 在对常见的假硬币特性参数测量和研究的基础上，针对我国硬币大小、厚薄、质量以及材质均不同的现状，提出采用高频反射式和低频透射式电涡流传感器联合使用设计硬币识 别系统的方案. 方案中对电涡流传感器的电路、结构进行了分析，对识别系统的硬件方案、 软件流程进行了设计. 应用该方案通过实验确定了硬币的特征值，证明该方案可以实现硬币 真伪的快速无损鉴别，具有很高的识别率. 基于这种方案设计的硬币识别器性价比高，可应 用于预付费无人值守产品中，具有良好的发展前景.关 键 词:中图分类号
2、:硬币识别; 涡流传感器; 高频反射; 低频透射; 涡流检测文献标识码:文章编号:1673 9787 ( 2010) 02 0229 04TP212. 9ADesign of coin recognition system based on electricity turbulent flow sensorLIU Yi zhu，GUO Su na( Dept. of Electrical Engineering. ，Henan Polytechnic Institude，Nanyang 473009，Henan，China)Abstract: Based on the research of
3、the common false coin characteristic parameter survey and in view of thepresent situation of our countrys different coin sizes，thickness，the weight as well as the material quality，the paper proposes that use the high frequency reflection type and the low frequency transmission type electricity turbu
4、lent flow sensor union to design the coin recognition systems plan. In the plan，the electricity turbulent flow sensors electric circuit and structure are analysed，the recognition systems hardware plan and the software flow are designed. The coin characteristic value has been determined by using the
5、plan through the experi- ment，it proved that the plan can realize the fast lossless distinction of the coin truth and false and has very high recognition rate of accuracy. This kind of project designs coin recognizer performance to price ratio is high，and can apply in pays expenses in advance in the
6、 unattended product，which has very good prospects for development.Key words: coin recognition; turbulent flow current sensor; high frequency reflection; low frequency transmission; turbulent flow current testing0引言硬币在日常生活中扮演着重要角色. 面对庞大的硬币流通量，硬币的高效检测是一项非常有意义的工作. 自动售货机、无人售票公交车、投币电话等需要对硬币进行实时识别1. 随着假币的
7、出现， 硬币真假判别也成为一个亟待解决的问题1. 现阶段对假币进行有效鉴别的方法主要有图像比对法、称质量法和涡流传感器检测法. 图像法处理速度较慢、硬件成本高、不易做到实时性，且对脏污币不能有效检测，称质量法也很少单独使用. 采用涡流传感器检测硬币真伪凭着结构简单、成本低、非接 触实时测量等优点而得到广泛应用. 针对我国第五套硬币大小、厚薄、质量以及材质均不同的现状， 作者基于电涡流传感器原理提出硬币识别系统的软硬件设计方案.1电涡流传感器的工作原理与设计电涡流传感器是整个硬币识别系统的关键部件，直接影响识别结果的准确性.高频反射式电涡流传感器工作原理如图 1 所示. 当在有骨架的空心线圈 L
8、 中1. 1通以交变 电 流 时，线 圈 周 围 产 生 1 个 交 变 的 磁 场 H1 ，将被测金属放入 H1 中，则金属导体中产生涡流. 该涡 流又产生 1 个反向磁场 H2 ，削弱原有磁场 H1 ，导致线 圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化.把线 圈 L 作为电感接在电容三点式改进型振 荡 电 路中，则振荡频率 f 为f= f( ，z) ，( 1)当线圈与金属导体的距离固定 ( 变量 z 不变) ，频率只与磁场中金属导体材料的固有性质有关. 所以通过测量 频率可以获得识别币值的依据. 由于趋肤效应，磁场透 过硬币的厚度有限，其大小与激励频率、硬币表面镀层 和材质的磁导率及电阻率都有关.
9、 通过对各种硬币大量 试验发现，当激励频率在 220 kHz 附近时，传感器分辨 率最大.1. 2 低频透射式电涡流传感器工作原理如图 2 所示. 传感器由 2 个线圈组成，其 中 L1 为发射线圈，L2 为接收线圈. 线圈 L1 中加低频电 压 u1 ，线圈 L2 中 感 应 出 电 势 u2 . 2 个 线 圈 间 的 金 属 材 料在交变磁场中将产生电涡流消耗能量. 材料越厚能量 消耗越多，u2 值越小，因此可以从 u2 值来得到板的厚 度.实验中信号源输出信号加到线圈 L1 上作为激励信号，线圈 L2 上感应出与 L1 同频的信号，经带通滤波后 送入单限电压比较器，通过设定适当的参考电
10、压将信号 幅值提取出 来 转 换 成 TTL 电 平，然后将该电平信号送 入 A / D 转换电路中进行处理.实践证明: 信号源输出信号的频率和幅度稳定与否 直接影响识别结果. 所以在设计中选用文献 2 介绍 的稳频稳幅振荡电路.通过大量实验得到当 L1 线圈的激励频率在 14 kHz左右时，传感器分辨率最大.1. 3 电涡流传感器结构设计金属材料会对涡流传感器的精度造成影响，所以固 定传感器线圈的币道材料应选用轻巧、强度高、耐磨的非金属材料制造.30% 玻璃纤维以增加韧性.设计采用聚碳酸酯，并加装配中高频线圈 L4 测量硬币直径，线圈下沿与币道平齐; 高频线圈 L3 测量硬币表面镀层的厚度和
11、材质，线圈下沿距币道 4 mm，尽量接近硬币中心; 低频线圈 L1 、L2 测量硬币的厚度和材质，线圈下沿距币道 5 mm，排除各种硬币直径对测量结果的影响. 另外线圈 L1 与 L2 应保证对心安装，提高 信噪比.电涡流传感器灵敏度高，尤其使用高频反射式电路测量时要重视传感器输出线分布电容的影响. 分布电容使振荡器振荡频率变化直接影响测量结果. 实际应用中要缩短传感器与测量电路之间的距离 减少分布电容. 另外采用屏蔽信号线传输信号减小外界的干扰.2硬币识别系统的硬件设计由于篇幅关系，仅介绍微处理器和 A / D 转换器的选用. 作为整个硬币识别系统的控制部分，控通过对各种微处理器的研究，考虑
12、到开制器必须由功能相对较强的嵌入式微处理器及外围器件构成.发成 本， 最终选用了兼容标准 MCS 51 指 令 系 统 的 AT89C2051 单片机. 它是一个低电压，高性 能 CMOS 8 位单片机，片内含 2k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程 序 存 储 器 和128 bytes的 随 机 存 取 数 据 存 储 器( RAM) .由于数据存 储 器 容 量 小，不能满足数据采集 和参数存储的需要，扩展一片存储器 AT24C256.选择 A / D 转换器时主要考虑转换位数和转换速率. 转换位数和速率直接影响整个硬币识别系统的精度. 在 应用中宜 采 用 低 功 耗、外
13、围 电 路 简 单、转 换 速 度 快 的 A / D 转换器; 但 A / D 转换器的转换速度直接决定 器 件 价格. 鉴于成本及实际应用情况，设计采用转换速度小 于 1MHz 的 A / D 转换器. 最后综合精度、功耗、速度、 价格等几方面的因素，决定选用 ADS7816.硬币识别系统的软件设计硬币的具体识别过程是: 当硬币通过时，单片机进 入识币流程，连续采集振幅和频率的数值，按照一定算 法对数值处理后与存储器中的预设置值比较. 如果处理 后的数值落在预设值的范围内判为真币，反之为假币. 软件流程如图 4 所示.3实验结果及分析基于上述原理设计了硬币识别器并对 1 元、5 角、1 角
14、硬币进行了测量.线圈参数: 线圈 L1 ，L2 空载感量 400 H ( 外径 10 mm 罐形铁氧体磁芯，0. 2 mm 漆包线平绕) ， 工作在谐振状态，检波幅值为 5 V; 线圈 L3 空载感量 150 H ( 5 mm 骨架，0. 15 mm 漆包线平绕) ， 工作在振荡频率 220 kHz; 线圈 L4 空载感量 100 H，( 10 mm 骨架，由 0. 2 mm 漆包线) ，工作在振荡 频率 220 kHz.4测量条件:测量方法: 数据处理:线圈与被测硬币 1 mm 间距.每种硬币选出 10 枚 ( 不同年份) ，每枚硬币随机测量 20 次.每种硬币测量得到 200 个原始数据，
15、把数据进行统计分析后可知数据在分布上很集中，剔除一些离散点，数据重叠在一个很小的范围内. 取这个范围的中心值做为特征值，统计得到表1 的数值.数据分析: 3 种线圈组合检测方式能准确地区分各种币值.实验结论: 测量原理正确，易于电路实现，电路设计合理可行，具有实用价值.表 1 典型硬币各参数中心特征值Center characteristic value of various parameters of typical coinsTab. 1线圈 L2 的幅值特征值 / V线圈 L3 的频率特征值 / kHz线圈 L4 的频率特征值 / kHz直径 /mm厚度 /mm硬币种类材质1 角( 19
16、92 年版)1 角( 2002 年版)1 角( 2005 年版)5 角( 2002 年版)1 元( 1992 年版)1 元( 2002 年版)22. 52. 40铝镁合金铝镁合金 不锈钢 钢芯镀铜 钢芯镀镍 钢芯镀镍3. 52260. 5255. 819. 019. 020. 525. 025. 01. 721. 721. 662. 881. 853. 202. 612. 321. 902. 08248. 2181. 4140. 0267. 8267. 8257. 1203. 7155. 3280. 9280. 25结语本文设计的硬币识别系统精度高，可靠性强，判断准确，不但可以用于硬币的快速统
17、计和识别，而且还可以区分市场上出现的绝大多数较难识别的假币、游戏币. 该系统批量应用于 HT998T 投币电话机中，识币准确率可达 97% .( 4) P /参考文献:12刘洋，杨 浩. 单片机在硬币辨识及智能投币箱系统中的应用 J. 交通与计算机，2003，21 ( 1) : 52 54.肖圣兵. 电涡流传感器在人民币硬币识别系统中的应用 J. 苏州大学学报: 自然科学版，199663.( 1) : 60 34567武斌，龙在云，张一哲. 用于硬币鉴伪的固频涡流传感方法 J. 无损检测，2008 ( 8) : 491 493.白建华，徐志江，一种实用的微机硬币鉴别装置 J. 电子技术，199
18、7 ( 8) :12 14.胡朝晖，张秀彬. 基于二级互补算法的硬币鉴别系统 J. 微机与应用，2002 ( 11) :祝诗平. 传感器与检测技术 M. 北京: 北京大学出版社，2006.沈孝芹，于复生，张蔚波，等. 基于单片机的公交车智能投币监测系统的研制 J. 机电产品开发与创新，2007 ( 9) : 153 154.38 40.8张弛，张永立，李红彦，等. 图像识别技术在硬币清分计数器中的应用 J. 机床与液压，2006162.( 5) : 160 ( 责任编辑 李文清)file:/D|/我的资料/Desktop/新建文本文档.txtAppliance Error (configuration_error)Your request could not be processed because of a configuration error: Could not connect to LDAP server.For assistance, contact your network support team.file:/D|/我的资料/Desktop/新建文本文档.txt2012-07-12 20:42:52
