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1、学 号：200306040107HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY毕业设计说明书GRADUATE DESIGN 设计题目：一种新型纸币识别系统设计学生姓名： 专业班级：03电技1班 学 院：信息学院指导教师： 2007年06月26日河北理工大学毕业设计目录i目录摘 要1ABSTRACT2第1章 综述31.1研究工作简介31.1.1 假币的现状及反假币的意义31.1.2假币的识别方法51.1.3验钞机的分类61.2纸币识别系统的研究概况71.2.1国内外研究现状71.2.2存在的问题7第2章 人民币真假识别92.1人民币磁迹检测92.1.1人民币相关知识92.1.2集成运算
2、放大器的选择92.1.3磁迹检测电路的设计122.2 人民币水印检测142.3 声光报警电路的设计142.3.1人民币相关知识142.3.2人民币荧光效应的理论分析152.3.3 紫外光源中心波长的选取162.3.4滤色片的选取172.3.5运算放大器芯片的选取182.3.6语音芯片的选取192.3.7荧光检测电路的设计212.4电源部分的设计22第3章 人民币面值识别253.1人民币面值识别的理论研究253.2人民币面值识别方法的选取26第4章 纸币识别系统的PCB制版274.1 protel软件简介274.2 Protel设计流程28第5章 结论30谢 辞31参考文献32附 录34ii河北
3、理工大学毕业设计摘要摘 要人民币的防伪是国民经济发展的重要问题，人民币防伪技术的发展对保证我国改革开放的顺利进行，维护正常的经济秩序和货币的稳定具有十分重要的意义。本文以研究第四、五版人民币的真伪鉴别为目的，采用检测人民币上的安全磁性线、特定部位水印透射及纸面荧光强弱，通过后续电路对前端采集信号进行处理，最后给出声光报警，以达到提醒使用者的目的。在面值识别方面，该系统的面值识别功能仅适用于第五版人民币，因为仅第五版人民币安全线中的磁信号是有规律的，通过分析该信号的占空比，可判别不同面值的人民币。最后，该系统还附有计算器功能，以满足使用者的日常需要。关键词: 真伪鉴别；声光报警；电源设计；面值识
4、别ABSTRACTRMB (RMB) anti-counterfeit is an important issue of the national economy development，the development of anti-counterfeit technology is significant to the progress of opening-up and reform policy of China and to maintain normal economy order and currency stabilization. This paper, aimed at t
5、he recognition and verification of the fourth and fifth version RMB .The system included some detecting techniques such as testing magnetism、infrared transmitting watermark，ultraviolet rays inspiring fluorescence etc. It showed the peculiarity of magnetic safety lines and proposes a method of detect
6、ing the magnetism. But it was just suit to the fifth version RMB. It can not only recognize anti fake properties of but also it can automatically discriminate face s. If the RMB is false, the system will give out a voice and light warning, which can awake the user. In the end, this system also has a
7、 calculator which can be convenience in the dairy life.Key words：recognize false RMB ; voice and light warning ; power supply; discrimination value 35河北理工大学毕业设计综述第1章 综述人民币为了具有防伪能力，设计有各种防伪特征。人民币版本在不断更新，假钞仿造手段也越来越高明。社会对验钞机的要求越来越高，要求能识别所有的假钞。单一功能鉴伪对有些假钞鉴别已无能为力，如验钞机对钞票进行磁性识别，只能对无磁的假钞进行鉴别，对有磁性的假钞，要进行磁分布的
8、检测以及钞票水印真假识别，才能判断是否是假钞。市场要求验钞机要有多种形式的鉴伪能力才能满足需求，如对纸币的紫外荧光反应、磁性位置分布、红外线透射水印等多种特性进行测试，只要有一种特性不符合真钞特性即为假钞。另外，验钞机应根据各种币值的特点进行鉴伪判别，同时还能识别钞票的币值大小等功能。为此，本次毕业设计进行了新型纸币识别系统的设计与研究。自建国以来，中国人民银行共发行了五套人民币，目前正在流通的是第四和第五套人民币。针对现在正流通人民币的物理特征，本文设计的纸币识别系统主要依靠三大检测手段，即磁迹、水印、荧光。三种检测手段是与的逻辑关系，可提高纸币真假的鉴别率。1.1研究工作简介1.1.1 假
9、币的现状及反假币的意义 人民币的防伪是国民经济发展的重要问题，人民币防伪技术的发展对保证我国改革开放的顺利进行，维护正常的经济秩序和货币的稳定具有十分重要的意义。我国自 1987年4月27日开始在全国发行第四套人民币以来，伪造人民币的案件数量也相继出现，案件越来越多，案值越来越大，欺骗性也越来越强。1989年，深圳警方首次发现用电子分色制版的机制假百元人民币。其仿真度极高，完全能以假乱真1。国家领导人在考察打假工作时指出，质检部门要充分利用自己的技术优势，不断推广防伪技术，实行打防结合，尤其对那些采用高科技制作的假钞，质检系统要通过技术手段，辅之以宣传，防假打假2。人民币是中华人民共和国国家规
10、定的唯一合法的本位币，自1948年诞生人民币以来已发行了五套人民币。第一套人民币1948年发行；第二套人民币1955年3月1日发行；第三套人民币1960年4 月20日至1974年1月5日陆续发行；第四套人民币于1987年4月27日起开始发行；第五套人民币于2000年7月1日正式流通3。由于各时期的经济及技术水平的不同，表现在钞票上的防伪特征也不同，人民币的制造质量和防伪性能越来越好。改革开放以来，我国国民经济有了较大幅度的增长。人民币的发行、使用也伴随着有了较大幅度的增加。同时一些不法分子认为有机可乘，大量伪造、变造各种假币。给我国正常的经济秩序造成严重的危害，给人民群众的财产安全造成严重损失
11、。同时，一些不法分子利用高科技手段制造假钞，严重扰乱了金融市场。具不完全统计，在我国 1990年收缴假人民币3000多万元1991年收缴假币2000多万元；在假币流行猖獗时，假币的数量占到流行人民币总数的六千分之一4。我国政府采取了一系列防范假币的措施，一是加大宣传力度；二是加大打击力度；三是提高防伪水平；四是加快研制普及验伪器具。验假工具的质量提高，回大大促进打假效果。有关部门，应根据人民币的特点，研制些高效、便携、小巧的高质量、低价格的鉴伪器材，普及市场5。但犯罪分子也在变换不同的手法随时抛出各种各样的假币，危害社会，所以对人民币防伪、检伪的进一步研究，以及如何提高人民群众的防伪、检伪能力
12、，这将是一场长期艰苦的工作。人民币防伪、检伪研究与其他领域的防伪、检伪相比，有很多不同。有其特殊性。主要表现为，国家造币部门不能将人民币上的所有特征都公布于众，以防被造假犯罪分子所利用。用于制造人民币的各种材料及制作工艺都属于国家机密，我们不可能通过资料查询等手段得到人民币上的固有的物理特征。在国外，发达国家对自己发行的货币如美元、欧元、日元等也都采取了同样的办法，严格保密其材料及制作工艺。针对这些实际情况，国内外各种验钞设备厂商都采用了一种所谓被动防伪方法。即将真币、假币的各种物理参数进行对比，找到它们的相同点与不同点，根据各物理参数的不同来鉴别真币、假币。目前，我国防伪技术门类很多，仅在2
13、000年前，已申请国家专利的就有200项6，其中用于纸钞印刷的占大多数，也有防伪技术上的突破，但是，目前，国家专控生产验钞机的公司较少，且大多数是银行使用的高端产品，其验钞理论是依据国家提供的人民币保密物理特征来研制的，其价格不被大多数使用者所接受，而部分适用于老百姓的低端产品质量不过关，有待进一步的开发和研制。中华人民共和国人民币管理条例(以下简称条例)已于2000年2月3日正式颁布，并于五月一日起施行：条例第 35 条中明确规定了中国人民银行授权的国有独资商业银行的业务机构应当无偿提供鉴定人民币真伪的服务；同时还规定了办理存取款业务的金融机构必须配备按照国家标准生产的人民币验钞机，供客户或
14、群众使用。因此，为客户无偿提供鉴别人民币真伪服务是一种不可推卸的责任相义务。当前，金融机构所提供的鉴别服务主要有两个方面：一是提供人民币防假鉴别仪或防伪点钞机等验钞设备供客户在柜台上使用；二是提供手工验钞服务。从目前人民银行的要求和各金融机构实际提供服务的情况看，多数金融机构提供了验钞设备给客户使用。验钞设备特别是防伪点钞机质量的好坏，各种性能是否符合要求直接关系到各金融机构复点现金、鉴别真假钞的效率和对外信誉。然而，目前市场上验钞机生产和销售的不规范给金融机构在选购机型、使用管理等方面增加了很大的难度7。1.1.2假币的识别方法1、人民币的公众识别法我国目前流通的人民币主要是第四套、第五套人
15、民币。第四套人民币在市面上流通的币种较多，防伪技术有十几种，其中主要的有以下几种：1）水印：10 元以上票面部采用固定人像水印，其它为满版古钱币水印。2）专用纸张：人民币采用由专用制造设备、特种原材料制成的印钞专用纸张印制，紫外光下无荧光反应。3）安全线：第四套人民币(1990 版)100 元、50 元都运用了这一防伪技术。4)磁性油墨：各种券别的号码都采用磁性油墨印刷。5)雕刻凹版印刷：各种券别票面的人物、风景均为手工雕刻，花纹、花边由机器雕刻，用手模有凸起的感觉。6)凹印接线印刷：两种色彩变化较为明显，颜色过渡自然。7)胶印接线印刷：一条完整的线，印有不同的颜色，无重叠、缺口的现象。8）对
16、印：1 元、2 元、5 元券正面左下角的小花束和背面的小花束是完全对应的。9）无色荧光图案：第四套人民币(1990 年版)100 元、50 元运用了这一防伪技术。各类假币的共同特征有：在紫外灯下纸张有荧光反映；假水印假安全线浮在币面上：无磁性油墨，无凹凸手感；墨色不正等。识别真假人民币，归纳起来有以下几点：1)从印刷上看。真假人民币钞票相比较，假钞票面平滑。手摸其字、图像、花纹没有凸出感，而真钞票面微涩，有明显的凸出感。如100元票的“中国人民银行”字样右侧面值数和花纹图案、中间领袖像等，手摸都有凸出感。2)从颜色上看。假钞票一般颜色灰暗不匀，图案不清，底纹模糊，而真钞票的颜色清晰，图案鲜明，
17、花纹纹路清楚。3)从纸质上看假钞票纸质绵软或单薄发脆，真钞票质地韧硬。手感厚实，不易折断撕裂。4)面额值较大的人民币，钞票左佣均有水印的图像。逆光透照即可看清。如100元钞票水印图是毛泽东头像。50元是炼钢工人头像，l0元钞票是放光辉的天安门城楼，发行的5元钞票是古钱币图案等。假钞票左侧看起来也有图案，但不是水印的，在逆光的一侧就没有了。5)还有一些变造币，即用多张人民币剪拼而成。这种假钞虽然材料是真的，但尺寸小与真钞不同，一般都略短一些。若在市场上买东西或兑换或私人交易时发现假钞，或已知自己手拿假钞，即说不清它的来源，均应及时到银行或公安机关反映情况以便有关部门采取果断措施处理8。 2、紫外
18、荧光反射测试法防伪标识是用紫外荧光防伪油墨形成的荧光图案，在日光下不可见，在验钞灯紫外光下可见闪烁荧光的印刷图案或文字(颜色可以变化)，由于其具有防扫描伪造、彩色复印伪造等方面的优势，目前仍然应用于钞票、证件、证券、标识的防伪设计中，是高端安全防伪产品中不可缺少的一项技术9。目前我们使用的50元、100元纸币都采用了无色荧光油墨，在紫外线(验钞机)的照射下，显现出“50”、“WUSHI”或“100”、“YIBAI”等荧光字样。目前，市场上出现的一款紫外光真钞笔就是根据紫外荧光反射法测试的，当用此笔照射人民币时，能呈现几条鲜为人知的防伪措施：荧光反映、荧光环、荧光纤维丝10。用此笔照射后，用目测
19、来确定真假。本文研究基于紫外荧光反射信号的人民币真伪鉴别装置，用紫外光源照射人民币后，靠机读的方法来鉴别真伪。3、红外光透射测试法在人民币中使用红外防伪油墨。即将吸收红外线的物质加入到油墨中制成。由于红外油墨吸收红外线，如在印品的某一局部用这种油墨，在日光下无任何反应，但在红外线照射下、可观察到相应的信号或暗的图文10。当然，还有磁信号测试方法、热敏测试法、压敏测试法等十多种测试方法。在高端产品中，运用高科技的手段验钞，方法云集。1.1.3验钞机的分类验钞机：利用各种方法制造的验钞机，只具备检验真伪功能。点钞机：在验钞机的基础上，添加机械运动机构，具备点钞和验钞的双重作用，目前银行系统普遍使用
20、的是点钞机。清分机：现金清分机，是一种能自动、高效地完成现钞的真伪鉴别、整点、清分处理工作，并能提高验钞质量，保证 ATM 用钞、流通钞标准的高端金融现金处理设备。现金清分机的处理速度、相对成本、防伪识别率远胜于老式的人工劳作，清分机实现了现金清分的自动化处理，从而能够最大限度地提升银行内部的管理水平，这一点也正在被越来越多的专业银行所认知。根据规模的不同，现金清分机可分为大、中、小三种类型，其中大型清分机主要用于银行行清分中心；中型机适用于省级、总行级专业银行；而小型机则适用于分布于广大中小城市的二级以下专业银行11。1.2纸币识别系统的研究概况1.2.1国内外研究现状在国内有多种检伪的方法
21、。例如：依据人民币上的磁信号检伪；依据红外线照射人民币，真假人民币其反射信号不同、穿透信号不同去检伪；依据人民币其它特征信号去检伪；依据紫外荧光信号去检伪等。目前，人民币上的紫外荧光的检测均采用紫外灯或紫外 LED 照射，然后，用人眼直接观察反射光颜色的方法来鉴别人民币的真伪，此方法的使用较为简单，成本也比较低。但存在两个问题：一是验钞者直接观察紫外线时会对人眼造成伤害。二是随着制作技术，印刷技术的提高，假币上的标记与真币相比相差不太显著，所以，单凭人的经验去鉴别人民币的真伪，可靠性较低，本文就人民币上的紫外荧光反射信号的自动检测及自动鉴别真伪做进一步的分析研究。在国内生产验钞机的厂家很多，其
22、规模和所使用的验钞原理各不相同。纸币的防伪，在国外，专家学者也在不断的研究和探索。例如：利用小型的神经网络系统去分析、识别纸币的特征信号；利用遗传算法分析、识别纸币的特征信号；利用在纸币上安装超小型芯片的方法去分析、识别纸币的特征；利用神经网络进行高速识别纸币特征的研究（点钞机系列）；利用神经网络去区分纸币新旧的研究。总之，国外专家对此也有较深的研究，也有非常先进的技术，为人民币检伪的高端产品进一步研究提供了很好的素材 12 。1.2.2存在的问题在国内生产验钞机的厂家很多，其规模和所使用的验钞原理各不相同，其中，有国家专控的生产厂家，他们一般使用国家对人民币保密的一些特征信号，生产的成本较高
23、；从性能上看，较大规模厂商生产的产品可靠性较高；从使用群体上看，其产品一般供较有规模的银行使用。目前市场上对中低档的验钞机需求量较大，尤其是中小规模的私营企业及各种商场、超市收银台等地方急需价格廉、性能可靠的验钞机。由于行业特点，国外对人民币的检伪手段并没有研究，只有少部分国家生产点钞机，性能可靠，价格一般是国内的两倍以上。河北理工大学毕业设计本论第2章 人民币真假识别人民币识别系统是针对在人民币制造过程中采用特殊工艺而使之具有的纸质及防伪特性（如纸币宽度、磁信息、红外透射、荧光效应、水印等），通过电子识别手段，把伪币挑捡出来的检测系统。它由传感器，处理电路，语音输出，LED等硬件组成。语音报
24、警的验钞机用于识别假币，这种机器以其独特的“请注意，这张是假币”的报警语音使人猛醒，其内部结构如附图所示。它由磁迹检测、水印检测、荧光指示和语音报警电源等部分电路组成。其功能结构示意图如图2-1：磁迹检测水印检测荧光检测信号处理电路语音报警光电报警图2-1 假币识别功能结构示意图本系统主要采用模拟电路对信号进行采集和处理。系统检测部分包括磁性检测、紫光检测和水印部位红外透射检测等；系统输出为声光报警。将人民币依次进行三种检测，只要其中有一项不符合要求，即可判明这张人民币是假币。对第五套人民币，利用其币面机读特性好的特点，可通过磁性检测来识别面额、判定真伪13，其他检测方式主要是针对第四套人民币
25、鉴伪的，但对第五套人民币也有辅助鉴伪的作用。2.1人民币磁迹检测2.1.1人民币相关知识人民币的各种券别在设计上既保留了中国传统钞票的设计特点，又充分体现了时代特征。其纸币在设计上将国际先进的计算机辅助钞票设计技术与我国传统手工绘制有机结合，不仅体现了丰富的艺术性，而且增强了防伪功能。有关磁迹物理特征的信息有以下几点：磁性微文字安全线:迎光透视，钞票正面偏左可见一条具有面额数字、用仪器检测有磁性的安全线。(壹佰元、伍拾元、贰拾元券采用此项技术)全息磁性开窗安全线:(是指局部埋人纸张中、局部裸露在纸面上的安全线)迎光透视，钞票正面偏左可见一条开窗安全线，开窗部分看到由缩微面额数字字符组成的全息图
26、案，仪器检测有磁性。假币的安全线主要有三种形式。两种形式与假“水印”制作类似，一是中间夹层。这种假“安全线”可以从假币中抽出，并且假“安全线”两端与假币边缘参差不齐;二是利用淡油墨进行绘制，仔细观察可以看到明显的油墨痕迹;三是利用彩色复印机进行复印，“安全线”呈黑色 14 。2.1.2集成运算放大器的选择1、集成电路相关知识 在半导体工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。它的体积小，而性能确很好。集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放大器、过滤放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数
27、模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。在模拟集成电路中，集成运算放大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。 模拟集成电路一般是由一块厚约0.2-0.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。外形一般用金属圆壳和双列直插式结构，和分立原件相比，模拟集成电路有以下几方面的特点 15 ：1）电路结构和原件参数具有对称性电路中各元件是在同一硅片上，又是通过相同的工艺过程制造出来的，同一片内的元件绝对值有同向的偏差，温度均一性好，容易制成两个特性相同的管子或两个阻值相同的电阻。2）用有源器件代替无源器件电
28、路中的电阻元件是由硅半导体的体电阻构成的，电阻值的范围一般为几十欧到20k欧左右，阻值范围不大。此外，电阻值的精度不易控制，误差可达10%-20%左右，所以在集成电路中，高阻值的电阻多用BJT或FET等有源器件组成的恒流源电路来替代。3）采用复合结构的电路由于复合结构电路的性能较佳，而制作又不增加多少困难，因而在集成电路中多采用复合管、共射-共基、共集-共基等组合电路。4）级间采用直接耦合方式电路中的电容量不大，约在几十皮法以下，常用PN结结电容构成，误差也较大。至于电感的制作就更困难了，所以在集成电路中，级间都采用直接耦合方式。5)电路中使用的二极管，多用作温度补偿元件或电位移动电路，大都采
29、用BJT的发射结构成。电压放大级输出级偏置电路差分输入级图2-2 集成电路运算放大器内部组成原理框图集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，图2-2表示集成运放的内部电路组成原理框图。图中输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可有一级或多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力
30、。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。2、集成运放芯片LM324集成运放芯片的选择应考虑以下因素： 1）工作电压。 2）芯片功耗。 3）稳定性。综合考虑以上因素，我选取的是Phillips公司生产的LM324集成运放芯片。现将该芯片的各种参数介绍如下： 1）LM324的管脚图如图2-3，其内部管脚图如图2-4图2-3 LM324的外形2）LM324参数介绍LM324由单一电源提供工作电压，能实现四组相互独立的运放电路。该芯片的工作电压范围大，功耗低。该芯片采用温差互补技术来克服失真。其特点有：（1）采用内部频率补偿以提高运放
31、增益;（2）大的直流电压增益: 100分贝; （3）增益带宽较宽：1MHZ; （4）单个驱动电压的电压范围较大：3 VDC 到 30 VDC；双电压的电压范围是： 15 VDC 的 1.5 VDC； （5）在温度补偿下，可以使用较小的输入电流：45nA; （6）较大的输出电压：0-1.5DC；图2-4 LM324的内部电路图河北理工大学毕业设计本论2.1.3磁迹检测电路的设计大面额的真钞在印刷有些图案和文字时，油墨中加有氧化铁、钴等磁性物质。新版纸币的金属安全线具有磁性物质。在这些图案和文字以及金属安全线经过验钞机磁头时，可以检测到磁信号。每种真钞的磁性位置是固定的，因此，检测纸币的磁性分布可
32、以识别纸币的真伪。纸币的安全线在磁头H上摩擦，磁性线经过与磁头相对运动产生的交流信号经LM324三级运放放大后送到末级跟随器，驱动LED1光，如无磁性安全线则不会发光，当然在检测时用铁磁性材料摩擦磁头时也能使LED1发光。电路的分析如下：1、首先，集成运放接成负反馈电路。负反馈虽然使放大电路的增益下降，但它从多方面改善放大电路的性能，现分述如下：1）提高增益的恒定性由于多种原因，例如环境温度的变化，器件的老化和更换以及负载的变化，都能使电路元件参数和放大器件的特性参数发生变化，因而导致放大电路增益的改变。引入负反馈后，电压负反馈能使输出电压基本维持恒定，电流负反馈能使输出电流基本维持恒定，总的
33、来说，就是能维持增益恒定。引入深度负反馈后，发的电路增益只决定于反馈网络，而与基本放大电路几乎无关。反馈网络一般是由一些性能比较稳定的无源线性元件（如R、C等）组成，因而引入负反馈后增益是比较恒定的。 2）减少非线性失真 在多级放大电路的最后几级，包括功率输出级及驱动级，输入信号的幅度较大，在动态过程中，放大器件可能工作到它的传输特性的非线性部分，因而使输出的波形产生非线性失真，引入负反馈后，可使这种非线性失真减少。应当注意的是，负反馈减少非线性失真所指的是反馈环内的失真，如果输入波形本身就是失真的，这时，即使引入负反馈，也是无济于事的。 3）抑制反馈环内噪音 对放大电路来说，噪声或干扰是有害
34、的。引入负反馈，可有效的抑制反馈环内噪音，如抑制电源的50HZ噪音干扰。 4）扩展频带频率响应是放大电路的重要特性之一，而频带宽度是它的重要技术指标。在某些场合下，往往要求有较宽的频带。引入负反馈是展宽频带的有效措施之一。引入负反馈后，放大电路的上限频率增加了，增加的程度与反馈深度有关。负反馈之所以能够改善放大电路的多方面的性能，归根到底是由于将电路的输出量引回到输入端与输入量进行比较，从而随时对输出量进程调整。2、放大倍数的计算集成运放工作在深度负反馈下，虚短、虚断成立。第一级的放大倍数A1=(R3+R4)/R3=(10+0.5)/0.5=20，C2和R5组成的网络其高通滤波的作用。当第一级
35、输出的频率较高时，电容可看作短路；当第一级输出的频率低于下限频率时，电容可看作断路，但R5和R7的阻值相比，R5的阻值要大的多，故此时信号几乎不能传到第二级。第二级的放大倍数：A2=(R8+R6)/R6=（1000+10）/10=100，C3和R10同样组成高通滤波电路。第三级的放大倍数：A3=(R11+R9)/R6=（1000+10）/10=100整个磁迹检测电路的放大倍数A=A1*A2*A3=20*100*100=200000R12和C4组成低通电路，最后一个运放接成了电压跟随器。如果在一级RC低通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好的隔离开来，就构成了一个简单的一阶有源低通滤
36、波电路。由于电压跟随器的输入阻抗很高、输入阻抗很低，因此，其带负载的能力很强。最后，采用发光二极管报警。发光二极管通常用周期表中三、五族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等制成的。当这种管子通以电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而发出能量的结果。光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。磁信号检测是本系统设计的一个重点，因为这是所有第五套人民币检测的主要依据。第一要选灵敏度高的磁头，获取正确的信号是信号分析的基础也是关键。第二，除了看磁脉冲信号的占空比，还要考虑磁信号的分布规律磁迹检测电路图如图2-5图2-5 磁迹检测电路2.2 人民币水印检测纸币的透射光强的变化可反应纸币的纸张
37、以及币面颜色的特性，通过检测透过纸币光通量的变化来鉴定钞票的真伪是可行的，特别是对钞票水印位置的光透射率特征的提取。经过实验证明，在白色荧光灯的照射下，透过真钞、假钞的水印部位时，真钞的透过率比假钞的透过率高出许多，所以真钞可明显观测到水印图案（如毛主席头像、荷花等）。通过对钞票水印位置的光透射率特征提取，可实现对钞票的鉴定。将纸币放在乳白色有机玻璃平台上，按下开关将高压电源送人8W白色荧光灯管VG1，由于VG1安装在白色有机玻璃板底下，故能清晰观察到水印。第四、五版人民币均应用了水印防伪技术，从目前收缴的第五套人民币的假币中，经过分析，发现其“水印”的制作主要有两种形式:一是中间夹层。这种假
38、币是用正面和背面假币粘贴而成，作出“水印”图案夹在两层之间，迎光观察时，正面和背面都能看到“水印”图案，但用手触摸有明显的不平感，并且其纸质较厚。二是利用淡油墨在假币的正面绘画“水印”图案。这种假币的“水印”，虽然没有不平展的手感，但仔细观察其“水印”图案能够发现绘画痕迹，并且没有立体感，将其水平放置观察会有反光现象。根据以上分析可发现，人民币的水印检测虽然简单易行，但对某些假币（如夹心水印）也是无能为力的，所以单用这种方法鉴别人民币的真假，可靠性较差，需结合其它多种检测手段，以提高系统的鉴别率。2.3 声光报警电路的设计2.3.1人民币相关知识 人民币具有几十种防伪物理特征，其中最常用的有：
39、纸面荧光处理和荧光标记。在实际生活中，人民群众也喜欢通过鉴别这两大物理特征来鉴别人民币的真伪。人民币采用专用纸张制造（含85以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420460nm的蓝光），真钞则没有荧光反应。紫外荧光标记是人民币固定位置上的特殊标记，是在制作人民币时在特定位置上加入特殊油墨而产生的。紫外荧光信号即指紫外线照射到人民币上的紫外荧光标记上时，激发出可见光，再将可见光的中心波长大小转化成电信号，则此电信号称为紫外荧光信号 16 。2.3.2人民币荧光效应的理论
40、分析1、纸面荧光效应 当紫外线照射到某些物质时，这些物质会选择性地吸收、发射出不同的波长和不同强度的可见光。一般纸张的荧光效应是相当普遍的。真币的纸质由特殊纤维组成，具有吸收（无反射）紫外线的特性。所以我们可以用紫外线照射纸币，纸币被激发出荧光，通过测量荧光光量的大小来区分真伪。紫外光源为发射峰值波长365 nm 的紫外汞灯。真钞在紫外灯的照射下产生的光谱由两部分组成：一部分和紫外灯的发射光谱基本一致，包括紫光和蓝光；另一部分就是被激发出的荧光光谱，可以测到的荧光光谱的中心波长是440 480 nm、550 nm（其中550 nm是新版100元和旧版100元正面荧光光谱的中心波长）。在相同条件
41、下，伪钞的荧光光谱在440 480nm 区间强度相对要大许多。设定要检测的荧光光谱范围为440 480 nm，峰值在470 nm 左右。2、荧光防伪标记大面值钞票上的荧光防伪标记(荧光面值)是由一种特殊的物质做成。根据玻尔理论，它吸收光子的能量后，使原子核外的电子跃迁到较高的能级，而较高的能级极不稳定，又要向较低的能级跃迁，在向低能级跃迁的过程中，多余的能量就会以光子的形式向外释放。并且在向不同能级跃迁时，会相应辐射出不同频率的光。由于向低能级跃迁过程中，释放的能量不会比向高能级跃迁时吸收的能量多，所以辐射光的频率不会比入射光的频率大(至多等于)。因此当用紫外线照射荧光防伪标志时，所发出的荧光
42、频率恰好在可见光频率范围内，此时人眼可看到防伪标志 16 。 当紫外光照射到真币上的紫外荧光标记时，反射光呈金黄色的光线。而假币上也有与真币类似的紫外荧光标记，当紫外光源照射时，反射光是黄色的，其中心波长值比真币的中心波长值要小。 根据以上分析，当紫外光照射到人民币纸面上时，能够产生两种现象：一种是，由于真币是由特殊材料构成，纸面不会产生强烈的荧光，而假币则会。另一种是，荧光标记处会反射出金黄色的光线，虽然假币的荧光标记与真币的相似，但其中心波长要比真币的小。所以针对以上两种现象，可以有两种检测方法：1）检测纸面荧光强弱。2）检测紫外荧光标记反射光中，特定波长反射光的强弱。 两种检测方法在理论
43、上都是可行的，但需同时考虑实际因素。在人民币中，紫外荧光标记位置固定而且面积较小，考虑到第四版和第五版人民币的紫外荧光标记位置不同，如果设计的纸币识别系统要满足现行要求（即同时适用第四版和第五版人民币），那么需要安装多处光敏探测器且必须和人民币的紫外荧光标记位置相对，该方法的实际可操作性较差。相比之下，检测纸面的荧光强弱显得方便易行。2.3.3 紫外光源中心波长的选取专用紫光源一般用真空管制做，（真空管内充惰性气体），它所发出光的光带较窄，如图2-7所示，（0 是中心波长），从检伪的角度看，光带窄，所激发的反射光要窄，更容易检测出中心波长信号。其缺点是：电源消耗大，工作电压一般70V以上，造价
44、高，体积大。图2-7 真空管的光谱特性图2-8 紫外LED光谱特性而紫外 LED 所发出的光带较宽，如图 2-8 所示，但工作电压仅在 5V 左右，体积小，造价低，所以本装置选用了紫外 LED 作为照射光源。实验表明选择不同中心波长的紫外 LED，照射到真假币币面时，其反射光波长都有一定的差别，一般选择紫外光源中心波长0在 300nm 到 400nm 之间时，真假币的反射光波长相差较多，信号更容易分辨。从价格上看，波长越小，价格越高；从性能上看，选用LED中心波长越小，信号越容易检测，真假币的反射光相差越大。本装置选择了中心波长为365nm的紫外 LED【16】。真假币反射光的鉴别原理：如图2
45、-9所示，其中0表示紫外光源的中心波长，当它照射到真假币的纸面上时，其反射光的中心波长分别为1、2，由于真假币在440-480nm范围内反射光光强相差较大，只要判别出在这一范围内反射光光强是否超过一定阈值即可得到真假信息。图2-9 真假币反射光谱图2.3.4滤色片的选取用紫外光源对人民币纸面进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。为排除环境光对辨伪的干扰，必须在硅光电池的表面安装一套透过波长与假钞荧光反应波长一致的滤色片。现将滤光片的基本知识和厂家型号介绍如下：带通滤光玻璃简称带通玻璃是一种带宽比较窄,短波和长波有明显截止的玻璃，其光谱特性如图2-10所示。它们的光谱特性由
46、透射比的最大值(TM)及其波长(M)位置，短波截止波长，长波截止波长和半宽度来表示。图2-10 带通玻璃的光谱特性图带通玻璃最大透射比的一半所对应的波长1和2之差值(21)nm 称为半宽度。短波截止波长是在峰值短波侧，透射比等于零的波长。长波截止波长是在峰值长波侧，透射比等于零的波长，有些品种在长波侧玻璃透射比达不到零，则以某一波长的透射比表示。图2-11与表1是某厂滤光玻璃产品性能介绍。根据我们前面的分析，需限定波长在440-480nm，选型号为DBT400和DBT435两块滤光玻璃片叠加使用较合适。图2-11 具有不同中心波长的滤光玻璃表1 不同型号滤光玻璃技术指标2.3.5运算放大器芯片
47、的选取所用芯片为Philips的LM339集成运放芯片。LM339有四组相互独立的电压比较器，有单一电源驱动其工作，其工作电压为5V。图2-12为LM339的外部管脚图。LM339的特点有：1）单电源驱动时，电压范围是2V-32V,双电源驱动时，电压范围是+-16V到+ -1V；2）芯片的工作电流较小（0.8mA）且和驱动电压无关；3）输入电流较小，仅5nA；4）输入电压最大可达到驱动电压； 5）该芯片的输出可匹配TTL, DTL, ECL, MOS和CMOS等逻辑单元；图2-12 LM339的管脚图图2-13是LM339的内部结构图。图2-13 LM339的内部结构图2.3.6语音芯片的选取该纸币识别系统有语音报警功能，即：如果所检测的人民币是假币，会提示使用者“请注意，这张是假币”，这就需要语音电路。该语音电路选用的芯片是APLUS公司的API8108A语音芯片
