ATM机纸币检测装置及检测方法与流程

本发明涉及纸币检测技术领域，尤其是涉及一种检测精度高、抗干扰能力强的ATM机纸币检测装置及检测方法。

背景技术：

通常的电涡流纸币检测是在纸币经过两根对滚轴时，利用电涡流传感器直接检测滚轴的位移量得到纸币的情况。由于用于检测纸币的测量检测点需要密集排布以达到充分检测，其检测电路相对比较密集且电路的温度变化、电磁干扰等都对检测信号采集有严重影响。单个检测点的独立通道控制，更是造成高成本、印制板面积大、温度影响大、电磁干扰大等缺点。

中国专利授权公开号：CN103177502A，授权公开日2013年6月26日，公开了一种纸币清分机中的纸币厚度测量装置，包括底座，厚度感知金属片，若干PCB螺旋线圈，滑块，主动轮，从动轮，传动轴和信号处理电路，其中，所述底座上部设置有空腔，下部设置有所述滑块，且所述滑块的凸起部伸出所述底座上表面；所述厚度感知金属片一端固定在所述底座上部，另一端紧贴在所述滑块的凸起部；所述若干PCB螺旋线圈设置在PCB板的底层，与所述厚度感知金属片相对设置，并与所述底座中的空腔和所述厚度感知金属片构成谐振腔；所述从动轮设置在所述滑块下部，所述主动轮套设在所述传动轴上，且相对所述从动轮设置，所述信号处理电路设置在所述PCB板上。该发明的不足之处是，传感线圈数量较少，而且没有考虑环境温度等因素的影响，信号采集值不稳定，易造成胶带币或残缺币的漏辨和误辨。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了克服现有技术中纸币检测方法成本高、误差大的不足，提供了一种检测精度高、抗干扰能力强的ATM机纸币检测装置及检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种ATM机纸币检测装置，包括上位机、FPGA芯片、信号采集电路、固定轮，位于固定轮上部并与固定轮紧密贴合的浮动轮，分别设于固定轮和浮动轮上的2条滚轴，设于浮动轮上方的PCB板，设于PCB板下表面上与浮动轮相对应的基准传感器组和信号采集传感器组；基准传感器组包括m个传感线圈，信号采集传感器组包括n个传感线圈，n＝5m，m≥3，基准传感器组的m个传感线圈和信号采集传感器组的n个传感线圈依次排列成与纸币的出币方向垂直的一列；每个传感线圈均与1个RC振荡电路连接，信号采集电路的输入端分别与各个RC振荡电路的输出端电连接，信号采集电路的输出端、FPGA芯片和上位机依次电连接。

本发明引入基准传感器组，可有效剔除检测结果中环境因素的影响。

理想情况下，各个传感线圈的检测结果即为实际待测纸币的厚度值。但实际的情况是数据采集器件、数据传输电路均会受到外界温度、电磁干扰等影响，实际检测结果的数值准确性和稳定性会出现偏差。

例如：

X+Y＝a，X为待测厚度值，a为实际检测值，Y为环境影响因素；

h+Y＝b，h为已知基准厚度值，b为实际基准厚度的检测值；

通过基准厚度值h的检测值b，可以得到环境影响因素值Y＝b-h；再将检测结果数值中的环境影响因素值剔除，即可得到实际厚度值X＝a-Y。

本发明的PCB板下表面上设有与浮动轮相对应的基准传感器组和信号采集传感器组，基准传感器组的m个传感线圈和信号采集传感器组的n个传感线圈依次排列成与纸币的出币方向垂直的一列，通过传感线圈的分组排列及采样顺序的控制，可有效减少相邻传感线圈之间电磁干扰的影响。

本发明通过差异化工作频率控制多个传感线圈同时采集，防止信号串扰并提高检测效率及检测精度。

因此，本发明具有检测精度高、抗干扰能力强和检测效率高的特点。

作为优选，每个RC振荡电路均包括电容C、电阻Rs和电阻RL；电阻RL一端接电容C一端并接地，电阻RL另一端接对应的采集传感线圈或基准传感线圈，电阻Rs一端接VCC，电阻Rs另一端分别接电容C另一端、采集传感线圈或基准传感线圈另一端。

作为优选，信号采集传感器组的n个传感线圈分为p＝n/m组信号采集传感器，基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器依次排列，并且各组传感线圈的频率依次增加；

基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器中的各个传感线圈的RC振荡电路的电容值依次减小。

作为优选，m为4，所述基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器中的前两个传感线圈相接触，后两个传感线圈相接触，第2和第3个传感线圈之间设有间隙。

作为优选，没有纸币通过时，浮动轮与基准传感线圈、浮动轮与信号采集传感线圈之间的间距均为0.9至1.2mm。

一种ATM机纸币检测装置的检测方法，包括如下步骤：

(6-1)信号采集传感器组的n个传感线圈分为p＝n/m组信号采集传感器，基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器依次排列，并且各组传感线圈的频率依次增加；

基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器中的各个传感线圈均依次编号为S1，S2，…，Sm；

当纸币横向滑进固定轮和浮动轮之间时，浮动轮向上浮动，引起各个传感线圈的电感量变化；

(6-2)

(6-2-1)信号采集电路按照基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器的传感线圈Si的顺序依次采集各个传感线圈的RC振荡电路输出的信号；其中，i的初始值为1；

(6-2-2)FPGA芯片获得基准传感器的采样值Ref，各组信号采集传感器的采样值Smp₁，Smp₂，...，Smp_p；

利用公式Opp_j＝Smp_j-Ref计算并得到检测值Opp₁，Opp₂，...，Opp_p；其中，j为1，...，p；

(6-2-3)当i＜m时，使i值增加1，返回步骤(6-2-1)；

(6-3)将Opp_j输入校准曲线模型中，计算得到经过校准后的检测值W₁，W₂，...，W_p，将W₁，W₂，...，W_p输送给上位机；

(6-4)上位机得到m组W₁，W₂，...，W_p，上位机中设有与m组W₁，W₂，...W_p相关的数据库，上位机根据检测的m组W₁，W₂，...W_p查询数据库，从而做出纸币是否为胶带币或残缺币的判断。

作为优选，所述校准曲线模型利用如下步骤获得：

(7-1)选取厚度依次增加的f个校准片依次横向滑进固定轮和浮动轮之间，利用步骤(6-1)至(6-2-3)得到每个校准片的m组检测值Opp₁，Opp₂，...，Opp_p；

(7-2)计算每个校准片的m组Opp1，Opp2，…，Oppp的平均值Opp_平均，将每个校准片的厚度q和Opp_平均组成一个点(q，Opp_平均)，得到f个点(q，Opp_平均)，在二维坐标系中将相邻点连接起来，得到校准曲线模型。

作为优选，f为16至20。

因此，本发明具有如下有益效果：检测精度高、抗干扰能力强和检测效率高。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的基准传感器组和信号采集传感器组的一种结构示意图；

图3是本发明的RC振荡电路和传感线圈的一种电路图；

图4是本发明的信号采集传感器组的一种分组示意图；

图5是本发明的一种原理框图；

图6是本发明的实施例的一种流程图；

图7是本发明的一种校准曲线模型图。

图中：上位机1、FPGA芯片2、信号采集电路3、固定轮4、浮动轮5、滚轴6、PCB板7、基准传感器组8、信号采集传感器组9、纸币10、RC振荡电路11、传感线圈81。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2、图5所示的实施例是一种ATM机纸币检测装置，包括上位机1、FPGA芯片2、信号采集电路3、固定轮4，位于固定轮上部并与固定轮之间设有纸币10通过间隙的浮动轮5，分别设于固定轮和浮动轮上的2条滚轴6，设于浮动轮上方的PCB板7，设于PCB板下表面上与浮动轮相对应的基准传感器组8和信号采集传感器组9；基准传感器组包括4个传感线圈81，信号采集传感器组包括20个传感线圈，基准传感器组的4个传感线圈和信号采集传感器组的20个传感线圈依次排列成与纸币的出币方向垂直的一列；每个传感线圈均与如图2所示的1个RC振荡电路11连接，信号采集电路的输入端分别与各个RC振荡电路的输出端电连接，信号采集电路的输出端、FPGA芯片和上位机依次电连接。

如图3所示，每个RC振荡电路均包括电容C、电阻Rs和电阻RL；电阻RL一端接电容C一端并接地，电阻RL另一端接对应的采集传感线圈或基准传感线圈，电阻Rs一端接VCC，电阻Rs另一端分别接电容C另一端、采集传感线圈或基准传感线圈另一端。

如图4所示，信号采集传感器组的20个传感线圈分为5组信号采集传感器，基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第5组信号采集传感器依次排列，并且各组传感线圈的频率依次增加；

基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第5组信号采集传感器中的各个传感线圈的RC振荡电路的电容C分别为68pF，100pF，120pF，150pF，200pF，240pF依次减小。

基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第5组信号采集传感器中的前两个传感线圈相接触，后两个传感线圈相接触，第2和第3个传感线圈之间设有间隙。

没有纸币通过时，浮动轮与基准传感线圈、浮动轮与信号采集传感线圈之间的间距均为1mm。

如图6所示，一种ATM机纸币检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤100，纸币横向滑进固定轮和浮动轮之间

信号采集传感器组的20个传感线圈分为p＝5组信号采集传感器，基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第5组信号采集传感器依次排列，并且各组传感线圈的频率依次增加；

基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器中的各个传感线圈均依次编号为S₁，S₂，…，S₄；

当纸币横向滑进固定轮和浮动轮之间时，浮动轮向上浮动，引起各个传感线圈的电感量变化；

步骤200，得到检测值

步骤210，信号采集电路按照基准传感器组、第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，…，第p组信号采集传感器的传感线圈S_i的顺序依次采集各个传感线圈的RC振荡电路输出的信号；其中，i的初始值为1；

步骤220，FPGA芯片获得基准传感器的采样值Ref，各组信号采集传感器的采样值Smp₁，Smp₂，...，Smp_p；

利用公式Opp_j＝Smp_j-Ref计算并得到检测值Opp₁，Opp₂，...，Opp_p；其中，j为1，...，5；

步骤230，当i＜4时，使i值增加1，返回步骤210；

步骤300，对检测值进行校准

将Opp_j输入校准曲线模型中，计算得到经过校准后的检测值W₁，W₂，...，W_p，将W₁，W₂，...，W_p输送给上位机；

步骤400，上位机判断纸币是否是残币

上位机得到4组W₁，W₂，...，W_p，上位机中设有与4组W₁，W₂，...W_p相关的数据库，上位机根据检测的m组W₁，W₂，...W_p查询数据库，从而做出纸币是否为胶带币或残缺币的判断。

校准曲线模型利用如下步骤获得：

(7-1)选取厚度依次增加的16个校准片依次横向滑进固定轮和浮动轮之间，利用步骤100至230得到每个校准片的4组检测值Opp₁，Opp₂，...，Opp₅；

(7-2)计算每个校准片的4组Opp1，Opp2，…，Opp₅的平均值Opp_平均，将每个校准片的厚度q和Opp_平均组成一个点(q，Opp_平均)，得到f个点(q，0pp_平均)，在二维坐标系中将相邻点连接起来，如图7所示的得到校准曲线模型。

如图7所示，图中有不同温度的三条曲线，本发明是在T＝25℃检测的，采用T＝25℃的曲线；由图7可以看出，对于每个Opp_j均会得到其相对应的W_j。

16个校准片的厚度依次为5丝、6.25丝、7.5丝、8.75丝、10丝、11.25丝、12.5丝、13.75丝、15丝、16.25丝、17.5丝、18.75丝、20丝、21.25丝、22.5丝、23.75丝。

本发明引入了基准传感器组，并使用信号采集传感器组和基准传感器组的相对值Opp作为采样结果(Opp＝Smp-Ref)，由于基准传感器组与基准传感器组随温度同步变化，而且由于每次采样的时间很短，在这个时间内可以认为温度没有发生变化，因此采样结果就基本消除了温度的影响。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。