专利名称：硬币存储器测量的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以采用硬币验证器的硬币处理设备和自动贩卖机。
背景技术：
GB-A-2190749公开了声信号的测量以确定硬币管(coin tube)中硬币堆栈(stack)的水平。所描述的装置包括发出被定向到此堆栈顶部的声脉冲的源。传感器被装配为检测由此堆栈顶部反射的脉冲。测量发射信号和接收信号之间的时间，并且此时间用于计算此堆栈的高度，从此堆栈的高度中可导出此堆栈中硬币的数量。
GB-A-2357617(其内容包括于此作为参考)公开了使用电火花(electricspark)作为声脉冲的源，然后测量其反射以导出储存的硬币的数量。可以进行许多这样的测量，从中计算平均值。
发明内容
本发明的一个目的是提高这些测量的精确性。在进行这些测量时，许多因素对测量的脉冲起作用。这既包括想要得到的最上面硬币的反射，也包括许多外来因素，诸如相对源的由于管壁和支撑管的歧管(manifold)引起的脉冲的反射。此外，在歧管和管之间截面区域的变化引起脉冲反射，这些脉冲反射可显著地使测量的信号失真。通过忽略可归因于这些现象的测量的作用，能够提高测量的精确性。
根据本发明的第一方面，确定硬币处理设备的特征的方法包括以下步骤生成压力波；测量由此设备引起的压力波的反射；将测量值与基准进行比较；和根据此比较来确定特征。
此特征可以是存储在硬币存储器中的硬币的数量。
本发明的独立方面涉及可重新配置的硬币验证器，其中提供用于识别安装的组件(诸如，硬币管)的类型的装置。
根据本发明的进一步方面，识别硬件处理设备的组件的方法包括以下步骤生成压力波；测量由于此组件引起的压力波的反射；将测量值与基准或基准集合之中的每一个基准进行比较；和基于此比较来进行识别。
此组件可以是硬币管或硬币管的集合。在此方法应用于硬币管时，可以在涉及每个管生成的测量数据和各个类型管的相应存储的基准数据特征之间进行比较。
根据本发明的进一步方面，提供了一个硬币处理设备，其包括装置，用于通过测量容器(优选但不一定使用压力波)并将此测量值与基准数据集进行比较来识别容器的类型，其中每个基准数据集与不同的容器类型相关；和用于通过将测量数据与相应的基准数据集进行比较来检测容器的状态的装置。
容器的状态可以是容器有多满的指示，并且可以特别涉及由容器存储的项目(item)的数量。
在所附的权利要求书中提出本发明的各个方面。
现在将参照附图通过例子说明实施本发明的装置安排，其中图1是根据本发明的一个实施例的硬币处理设备的示意图；图2是图1的设备的硬币管和传感器阵列安排的示意图；图3是图1中的硬币处理设备的信号处理器的示意图；图4是利用图1-3的设备记录的数据点的显示；图5是利用图1-3的设备生成的抽样信号的示意图；图6是利用图1-3的设备生成的基准信号的示意图；和图7是利用图1-3的设备生成的并从图5与6的信号中导出的差信号的示意图。
具体实施例方式
参照图1，一个硬币处理设备10包括一个硬币验证器12。硬币14被插入到验证器12中，并沿着路径16行进，在该行进期间确定硬币的有效性和币值(denomination)。如果硬币14被认为是无效的，则拒绝这些硬币，并沿着路径18从验证器12中排出这些硬币。如果被认为是有效的，这些硬币则沿着路径20被传送到硬币分离器22。
硬币沿着硬币分离器22内的路径24并通过许多门(未显示)，这些门用于依据此硬币的币值将此硬币传送到多个硬币管之一。硬币路径26、28、30、32和34对应于硬币管36、38、40、42和44。各个硬币管36、38、40、42和44包括连接到信号处理器56的传感器阵列46、48、50、52和54。例如，如果相应的硬币管已满，硬币也可沿着路径62被传送到钱箱60。
硬币分发器64被连接到硬币管，并在要求找零钱时分发硬币。
图2说明了相应于图1的硬币管36、38、40、42和44之中的任何一个的硬币管70，其中存储有多个硬币14。传感器阵列72(相应于传感器阵列46，48，50，52和54)包括放电器(spark gap)74形式的声脉冲生成器和麦克风76。麦克风76被安置在距硬币管70的基座之上的高度H处。
图3是信号处理器56的示意性描述，该信号处理器包括连接到相应传感器阵列46、48、50、52和54的模数转换器(ADC)80。ADC 80也连接到具有存储器84的微处理器82。传感器阵列46、48、50、52和54也象一个温度计86一样被连接到微处理器82。
在下面的说明中，为了便于参考，将使用图2中所示的硬币管和传感器阵列的元件。但是，应认识到，此说明可同等地应用到图1-3中所示的任何一个相应的组件。
连接到传感器阵列72的微处理器82引起放电器74放电。这导致声脉冲在路径78的方向中行进。由于脉冲撞击到堆栈中最上面硬币和其它表面，它被反射回麦克风76，麦克风为了响应反射的脉冲而生成信号。由麦克风76生成的信号通过ADC 80被转换为数字形式，并且微处理器82(图3)在特定的间隔对ADC的输出进行抽样，以生成多个存储在存储器84中的数据点。在此实施例中，此间隔是5.06μs。
图4显示了以上述方式导出的数据点90。
现在将参照图5-7说明第一测量技术。
图5说明了从数据点90导出的典型的抽样波形92。抽样波形92不仅基于点90，而且还基于另外的使用用于增加波形分辨率的重构算法重构的点。从存储的数据和任何相关的内插中导出波形的方式在信号重构的技术领域中是众所周知的，并且将不在这里进一步进行说明。
为了精确地确定在硬币管70中的硬币堆栈的高度，需要确定波形92的哪一部分可归因于来自最上面硬币的声脉冲的反射。
在初步的校准操作中，当硬币管70没有硬币时，点燃放电器74并且导出能够被重建以形成基准波形100(图6)的数据点。相应于此基准波形的数据点被存储在存储器84中，以便以后调用。由于此基准波形相应于一个空管，与随后在测量操作中生成的抽样波形92的比较将使可归因于来自堆栈的最上面硬币的声脉冲的反射的抽样波形的那些部分变得突出。
以相似的方式对具有不同尺度的其它管70进行校准。
在图1-3中所示类型的硬币处理设备被大量生产。如果以充分小的容差级别(tolerance level)生产这些设备，则在设备校准期间为管导出的数据点可用于其它的同一类型的设备。但是，如果容差级别不够小，将不得不对每个设备进行校准。一旦硬币处理设备被迁移并安装在将要使用它的位置中，则可能需要进一步的校准。这避免了由于机制校准的变化对测量的影响，这些变化是由于迁移或安装以及周围环境条件(诸如湿度)的差异对测量的影响而导致的。
现在将参照图5、6和7说明抽样和基准波形比较的过程，图5、6和7使用相同的数字来表示相同的特性。
我们发现抽样和基准波形的第一个正波峰94可归因于硬币处理设备10而不是硬币管70的部分。因此，所有出现在基准点96(在该点上任何一个波形在波峰94之后第一次穿过基线)之前的点在比较中被忽略。
首先，抽样波形的振幅被标准化，以便执行可靠的比较。抽样波形的第一负波峰98被作为基准，并且将一个适当的因子施加到抽样波形上，以便此波峰98的振幅等于基准波形100的第一负波峰102。
一旦已将抽样波形标准化来计算振幅中的差，则此波形必须被进一步标准化，以补偿温度变化。由于声音的速度随着用于传播声音的媒介的温度变化而发生变化，所以在生成基准波形100和抽样波形80时，周围环境温度中的差将表示为沿着x轴(时间轴)的波形的按比例缩放(scaling)。为了对此进行补偿，根据下列等式，将一个缩放因子施加到抽样波形 在等式(1)中，TC是温度系数并表示施加于波形的因子。T是绝对温度，在该温度上执行特殊的测量。相似的相应于导出基准波形的温度的缩放因子在被存储于存储器84之前被施加到基准波形。
可通过连接到微处理器82上的温度计86(图3)确定相应于抽样波形的温度。
一旦已经标准化波形以补偿温度和振幅之差，通过从抽样波形上相应点的值中减去基准波形上每个点的值来计算抽样波形和基准波形之间的差。
尽管已经以上述的方式对抽样波形进行缩放以补偿温差，但发现，在计算差别时，即使在基准和抽样波形之间沿着x-轴的按比例缩放(scale)上的微小差异也会导致显著的错误。为了最小化这个错误，并保证在基准和抽样波形上的相应点被用于差的计算中，抽样波形上的每个点都与在时间上最靠近那个点的基准波形上的五个点进行比较。然后，基准波形上其差值是最小的点被用于通过从抽样波形上相应点的值中减去基准波形上选择点的值来导出差分波形(difference waveform)的点。
图7表示以此方式从图5和6的波形中生成的差分波形110。为了计算硬币堆栈的高度，识别差分波形110上最大的负波峰112。门限值114被设置为波峰112的振幅的40％，并且在箭头116的方向对于相应于200μs的距离对此差分波形进行扫描。第一个遇到的超过门限值114的负波峰被作为由于来自堆栈中最上面硬币的声脉冲反射而生成的波形的那个部分。如果没有遇到这样的波峰，则在计算中使用最大的负波峰112。但是应当认识到，上面引用的数量40％和200μs对描述的实施例是特定的，并且预计这些数量可能会为了适应不同的条件而改变。
然后，根据下列公式计算堆栈高度S=H-Vt2----(2)]]>在等式(2)中，S是堆栈高度，H是麦克风76距硬币管70的基座之上的高度(图2)，以及t是在对应于最上面硬币的波峰的放电启动之后的时间。V是在293°K时的声速，其为331.29m/s。
使用此设备测量高度H，包括生成用于包含单个硬币的管的抽样波形以及根据等式(3)计算H′H′=V′t2----(3)]]>V与前面定义的一样，而t′是为单个硬币生成的抽样波形的识别波峰的时间。
一旦计算出H′，通过从H′中减去已知的单个硬币的厚度来导出H。
空的硬币管不用于计算H′，这是因为此管的底部的半开放特性能够引起相位改变，导致定时错误，其能转化为结果中的显著错误。
当计算具有相对较少的硬币的硬币堆栈的高度时，将抽样波形用作差分波形来计算H，这是因为基准和抽样波形对于这两者之间将进行的可靠比较来说太相似了。在该实施例中，当在此堆栈中有五个或更少的硬币时，使用该技术。
也可以通过第二测量技术来确定硬币堆栈的高度。
以此方式生成图5中所示类型的第一抽样波形。当微处理器检测到硬币已被相应的硬币管70接收到或从相应的硬币管70中被分发时，以与第一抽样波形相同的方式生成第二抽样波形，其也具有图5中所示的类型。
然后从对应于较高硬币堆栈高度的抽样波形中减去对应于较低硬币堆栈高度的抽样波形。从第二波形中减去第一波形还是从第一波形中减去第二波形将因此取决于是已执行了分发还是已执行了接收操作。
所得到的差分波形将具有对应于两个测量的硬币堆栈中较高的一个堆栈的波峰。然后，参照等式(2)和(3)以上面描述的方式计算此堆栈的高度。
在第二技术中，振幅和/或轴的标准化可在相减之前应用于这两个波形或之一。但是，在优选实施例中，不执行时间轴标准化(即，温度补偿)。如果在导出第二波形之前在生成第一抽样波形之后存在显著的时间延迟，则放弃第一测量并重新开始此过程。这保证在第一抽样波形和第二波形之间不存在显著的温差，并因此不必标准化任何一个波形以补偿温差。但是，由于没有对抽样波形应用温度补偿，所以在推断堆栈高度时根据进行测量时的温度来调整在这些等式中的V(声音的速度)。通过温度计86来确定此温度。利用等式(4)给出在特定温度上V的较好的近似值。
VT=(401)T----(4)]]>这里T是进行测量时的绝对温度(以开氏绝对温度Kelvin为单位)，而VT是以米每秒为单位的速度。
在优选实施例中，使用第一和第二测量技术来验证测量是正确的。
这样，均使用第一测量技术来分析第一和第二抽样波形以及比较各个硬币堆栈高度，以验证它们相差一个硬币。然后，检查利用第二测量技术确定的硬币堆栈的高度，以查看它是否与使用第一技术导出的测量值一致。因此，存在两个检查来验证当前的测量是正确的。
尽管任何数量的测量都是可能的，但执行测量所花费的时间可导致对硬币堆栈的连续测量是不切实际的，由于它能够干扰除了硬币堆栈高度计算之外的许多处理中所牵涉的微处理器82的操作。因此，当接通设备10时，进行硬币堆栈高度的测量，并重复此过程，直到当前的测量被验证。此后，通过从测量计算的硬币数量中减少或加上接收到的和分发的硬币的数量，保持堆栈中硬币数量的连续记录(running tally)。如果希望的话，系统可以被安排为防止堆栈中硬币的高度水平高于和/或低于相应的极限，直到完成验证，以防止不正确的操作。
硬币的厚度变化会导致在从堆栈的高度中确定堆栈中硬币的数量时的差错。这样的差错是累积性的，并因此在大的硬币堆栈中可能特别明显。由于这个原因，如果连续记录确定堆栈已经下落到预定门限值以下，则重新开始堆栈的测量，直到再次完成验证。在该实施例中，该门限值是十个硬币。
也已发现，基准波形100是硬币管的特征。通过存储多个基准波形，微处理器82能够区分不同的硬币管，在如图1的实施例中所示硬币验证器被配置为以使不同的硬币管可以连接到验证器以容纳不同币值或不同货币的组合时，这特别有用。
当新的硬币管被连接到验证器时，生成相应于空的硬币管的抽样波形，并将其与多个存储的基准波形进行比较，每个基准波形对应于不同的硬币管。抽样波形被标准化，并且以上述方式应用对温差的补偿。然后，通过从每个存储的基准波形中减去抽样波形，并注意导致最小差的基准波形，能够识别正确的硬币管。
在进一步的实施例中，硬币管形成了一个集合，并且通过用一个集合代替另一个来改变硬币管。随后，对一个特定集合之中的每个管，可根据上述程序来识别此特定集合。将此集合中的每个管的抽样波形与存储的基准波形相比较。通过组合各个管的结果，能够识别此集合。在处理硬币管的集合时，在组合整个集合的结果时，可补偿一个管的错误识别或不识别。
以此方式识别硬币管和硬币管集合不需要利用复杂详细的识别例行程序(诸如识别机器可读代码)对微处理器进行编程或在硬币管或硬币管集合改变时人工改变相关设置。
在上面的安排中，使用温度传感器来调整抽样波形的时间轴，以匹配基准波形的时间轴。显然，可以代替地或另外地调整基准波形轴。不在存储之前标准化基准波形，而是根据生成它的温度，当设备在特定温度上处于受控制的环境中时，可生成此波形。进一步的可选办法是存储生成基准波形时的温度，因此只需要单个时间轴标准化过程(根据此温度和导出抽样波形时的温度之间的差异)。
同样地，对于一对波形的时间轴标准化，不使用温度传感器，也能够使用其它技术来匹配时间轴。例如，使用特性匹配程序来分析波形，以标准化这些波形。这样的特性匹配在信号分析和比较的技术领域中是众所周知的，并且在这里不再进一步描述。作为选择，这些波形可以进行相关，以确定时间轴的相对缩放比例。
振幅标准化也可应用于被比较的波形之一或全部，并且在这些波形之一是基准波形时，可以在存储之前进行振幅标准化。
在测量反射压力波的情况下，可应用所描述的方法和相关设备。例如，GB-A-2357617公开了测量在声脉冲的发射和反射之间的时间，以确定硬币验证器的配置(例如，是否存在硬币存储器(store))、检测硬币存储器的尺寸、检测是否存在被卡住的硬币、或检测在自动贩卖机中的产品数量。当前的方法和设备可用于获得这些测量之中任何一个测量的更高的精确度。
权利要求
1.一种用于确定在硬币存储器中的硬币数量的方法，包括以下步骤生成声脉冲；根据所述存储器对所述脉冲的反射来生成第一波形；将第一波形与第二波形进行比较；和根据所述比较来计算所述数量。
2.根据权利要求1的方法，其中第二波形是在校准操作中导出的基准波形。
3.根据权利要求1的方法，其中当不同数量的硬币位于所述硬币存储器中时，从声脉冲的反射中导出第二波形。
4.根据权利要求3的方法，包括以下步骤在硬币存储器执行硬币分发或硬币接收操作之一之前，生成第一波形；和在硬币存储器执行硬币分发或硬币接收操作之一之后，生成第二波形。
5.根据权利要求4的方法，包括以下步骤如果硬币存储器在预定间隔内未执行所述操作，则忽略第一波形，并生成另一波形。
6.根据前述任何一项权利要求的方法，其中所述比较包括识别第一或第二波形之中的一部分的步骤，所述部分可归因于所述硬币存储器中的最上面硬币对所述脉冲的反射。
7.根据前述任何一项权利要求的方法，其中所述数量表示硬币堆栈的高度。
8.根据前述任何一项权利要求的方法，包括在所述比较之前在标准化时间轴上按比例缩放这两个波形或其中一个波形的步骤。
9.根据权利要求8的方法，其中按比例缩放基于生成第一波形时的测量温度。
10.根据权利要求8的方法，包括以下步骤将第一波形的至少一个特性与第二波形的相应特性进行匹配；和参照该特性对这两个波形或其中一个波形按比例缩放。
11.根据权利要求8的方法，其中将第一和第二波形相关，以确定按比例缩放因子。
12.根据前述任何一项权利要求的方法，包括在所述比较之前将第一和第二波形之一或这两个波形的振幅标准化的步骤。
13.根据前述任何一项权利要求的方法，其中所述比较是从第一和第二波形之一中减去另一个波形。
14.一种用于识别硬币存储器的方法，包括以下步骤通过检测由所述硬币存储器反射的声脉冲来生成抽样波形；和将所述抽样波形与多个基准波形进行比较，其中每个基准波形对应于一个已知的硬币存储器。
15.根据权利要求14的方法，包括以下步骤生成基准波形；和在校准期间存储这些基准波形。
16.根据前述任何一项权利要求的方法，其中通过放电来生成所述脉冲。
17.一种硬币处理设备，包括用于执行根据前述任何一项权利要求的方法的装置。
18.一种硬币处理设备，包括具有至少一个硬币容器的硬币存储器；用于存储基准数据集的装置，每一个数据集对应于相应的硬币存储器类型；用于通过从硬币存储器中导出测量数据并将所述测量数据与多个基准数据集进行比较来识别硬币存储器类型的装置；和用于通过导出测量数据并将所述测量数据与可应用于所述容器的基准数据相比较来测量所述容器中的硬币水平的装置。
19.根据权利要求18的硬币处理设备，其中所述硬币存储器包括多个容器，并且识别装置从每个容器中导出测量数据。
20.根据权利要求18或19的硬币处理设备，包括温度计。
21.根据权利要求18-20之中任何一项权利要求的硬币处理设备，其中测量装置适用于执行根据权利要求1-16之中任何一项权利要求的方法。
全文摘要
一种测量在硬币处理设备中的容器特征的方法，包括从由此容器反射的声脉冲中生成数据集和分析此数据集。该分析包括将此数据集与一个或多个存储的数据集相比较，这被用于确定在硬币管中硬币堆栈的高度和/或用于识别硬币管。
文档编号G01S15/88GK1501094SQ20031012033
公开日2004年6月2日 申请日期2003年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者D·M·弗尔诺, D M 弗尔诺 申请人:马尔斯公司