纸币测量系统及方法与流程

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的纸币测量系统及方法。

背景技术：

目前市面上的纸币测量系统的测长传感器均为独立个体的直插件发射二极管和接收三极管，由手工或机器插件，手工或波峰焊焊接完成，在操作过程中不可避免的存在一些误差，导致器件的间隙增大，影响到测量的精度；

发射二极管和接收三极管的直径为φ3mm，两个器件之间的中心距离为3mm，发射二极管和接收三极管的发射和接收光源面为φ2mm，两个器件之间存在2mm的死角(无光源)，测量精度低；

上述直插件类型的传感器没有进行密封封装，发射二极管和接收三极管直接裸露在外，在实际使用过程中很容易积灰，导致发射二极管的光源穿透力下降，接收三极管压降变化不规则，降低测量精度；

在使用过程中如有个别发射二极管或接收三极管损坏需要更换，对售后维修很不方便，更换器件要拆下整个焊接发射二极管或接收三极管的线路板逐一测量确认后方可更换，如更换的器件与原来的器件参数有明显差别，就算更换了好器件，也明显会影响到测量精度。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的纸币检测精度低的不足，提供了一种检测精度高的纸币测量系统及检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纸币测量系统，包括显示器、第一整形滤波放大电路、第二整形滤波放大电路、第三整形滤波放大电路、第四整形滤波放大电路、电机和2块竖板；2块竖板之间设有计数灯架、主动滚轮、磁传感器架和从动滚轮；计数灯架上设有m个计数发射管，磁传感器架上设有磁传感器、发射光源支架、接收光源支架和分别与各个计数发射管相对应的m个计数接收管；

主动滚轮一端与电机的转轴连接，主动滚轮和从动滚轮之间设有可通过纸币的间隙，发射光源支架上设有发射光源板，接收光源支架上设有接收光源板；

发射光源板上设有单片机、第一ad转换器、2个发射控制电路和2个光发射模块；发射光源板上设有紫外鉴别装置，紫外鉴别装置包括紫光发射灯、硅光电池和3块滤光镜片，发射光源支架上设有用于穿过紫光发射灯的开孔，3块滤光镜片位于发射光源支架上；硅光电池通过第四整形滤波放大电路电机与单片机电连接；接收光源板上设有第二ad转换器、2个接收控制电路和2个光接收模块；所述光发射模块包括m组贴片式红外二极管，所述光接收模块包括m组贴片式光敏三极管；磁传感器与第一整形滤波放大电路电连接，各个计数接收管均与第二整形滤波放大电路电连接，2个光接收模块均与第三整形滤波放大电路电连接。

本发明的发射二极管和接收三极管全部采用0805封装的贴片器件，使用smt贴片焊接，在制造过程中保证产品的一致性和可靠性，发射二极管或接收三极管的间距不会存在误差，保证了测量的精度和准确性；

贴片发射二极管和接收三极管的直径为φ1mm，两个器件之间的中心距离为1mm，发射二极管和接收三极管的发射和接收光源面为φ0.95mm，测长传感器两个器件之间只存在0.1mm的死角(无光源)，大大提高测量精度；

发射二极管和接收三极管smt贴片加工检测合格后，再使用水晶玻璃进行密封封装成整个模块，所以使用过程中不存在积灰现象，不会影响到发射光源的穿透和接收压降的变化，保证了测量的精度；

在使用过程中如有个别发射二极管或接收三极管损坏需要更换，可以直接更换整个模块，有效保证了传感器参数的一致性，测量精度不会受到传感器参数不一致的影响，有效保证测量精度。

本发明可以对纸币进行计数，可以通过测量纸币长度、紫外鉴别和纸币的磁性检测确定纸币的真伪，检测精度高，检测效率高。

作为优选，紫光发射灯底部设有与发射光源板下表面连接的基板，硅光电池位于基板下表面上，3块滤光镜片为由上至下依次排列的紫光镜片、黄光镜片和蓝光镜片。

作为优选，第一ad转换器分别2个发射控制电路和2个光发射模块电连接，第二ad转换器分别与2个接收控制电路和2个光发射模块电连接，单片机分别与长度检测单元、显示器、2个发射控制电路、2个接收控制电路、第一整形滤波放大电路、第二整形滤波放大电路和第三整形滤波放大电路电连接。

作为优选，每组贴片式红外二极管均包括6至8个贴片式红外二极管，每组贴片式红外二极管的各个贴片式红外二极管均按直线方向间隔排列，相邻贴片式红外二极管的中心距离为0.9至1.1mm。

作为优选，每组贴片式光敏三极管均包括6至8个贴片式光敏三极管，每组贴片式光敏三极管的各个贴片式光敏三极管均按直线方向间隔排列，相邻贴片式光敏三极管的中心距离为0.9至1.1mm。

作为优选，2个光发射模块均位于发射光源板下表面上；所述发射光源支架包括条形板，设于条形板上的用于分别与2个光发射模块相配合的2个矩形孔，和分别设于条形板两端的2块限位挡板；2个矩形孔上均设有防尘玻璃片。

作为优选，2个光接收模块均位于接收光源板上表面上，磁传感器架上设有两个分别与2个光接收模块对应的缺口，两个缺口上均设有防尘玻璃片；接收光源支架包括长方形板、设于长方形板上的n个定位柱和设于长方形板上的2组档条，2组档条均包括2个对应设置的矩形条。

一种纸币测量系统的方法，包括如下步骤：

(7-1)输送纸币

电机带动主动滚轮转动，在主动滚轮和从动滚轮带动下，纸币被平稳、平整的送到2个光发射模块和2个光接收模块之间、计数发射管和计数接收管之间，并且纸币经过磁传感器表面的磁芯；

(7-2)纸币长度测试

纸币经过2个光发射模块和2个光接收模块之间时，各个贴片式光敏三极管压降变成高电平，不断变化的负载压降高低电平经过第三整形滤波放大电路进行整形、滤波、放大处理后，送入单片机中，单片机对纸币长度进行做出判断，并将判断结果送到显示器上显示；

(7-3)纸币计数

纸币经过各个计数发射管和各个计数接收管之间时，各个计数接收管负载压降由1v左右上升至≥4.5v，变化的电压信号通过第二整形滤波放大电路整形、滤波、放大后送入单片机，单片机根据计数接收管的压降变化进行计数，并将计数结果显示在显示器上；

(7-4)紫外鉴别

纸币经过由紫光发射灯、硅光电池和滤光镜片组成的紫外传感器组件下方；

通过紫光发射灯的照射，在纸币表面产生不同波长的反射光源，反射光源通过3个滤光镜片滤除除紫外光外其他波长的光源后，硅光电池接收到紫外光，硅光电池将紫外光信号转换成电信号，第四整形滤波放大电路将经过整形、滤波、放大的电信号送入单片机，单片机做出紫外鉴伪的结果；

(7-5)磁性检测

纸币经过磁传感器表面的磁芯，纸币上的磁性油墨或安全线在磁芯上产生微弱的磁电流信号，磁电流信号通过第一整形滤波放大电路整形、滤波、放大后送入单片机，单片机进行真伪判断，并将判断结果显示到显示器中。

作为优选，步骤(7-1)包括如下具体步骤：

2个光发射模块和2个光接收模块的各个贴片式红外二极管与各个贴片式光敏三极管垂直对射，距离为2.5mm至3.5mm；

单片机发出指令给2个发射控制电路，2个发射控制电路收到指令后输出电源给各个贴片式红外二极管，贴片式红外二极管发出850nm-940nm的光源；

同时，单片机发出指令给2个接收控制电路，使各个贴片式光敏三极管工作在高电平的饱和状态；

当被测物接触到2个光接收模块表面时，各个贴片式红外二极管穿透功率会明显减弱，各个贴片式光敏三极管电平会发生相应变化，变化电平送入第三整形滤波放大电路进行整形、滤波、放大处理；

单片机对纸币长度进行做出判断，并将判断结果送到显示器上显示。

作为优选，步骤(7-5)之前还包括磁传感器的故障检测过程：

(9-1)单片机中设有j的初始值为1，i的初始值为1，设有故障阈值e；

(9-2)单片机计算磁传感器的磁电流信号u(t)的局部极大值并通过三次样条插值获得上包络线uup(t)；

(9-3)计算信号u(t)的局部极小值并通过三次样条插值获得下包络线ulow(t)；

(9-4)定义平均包络m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；

(9-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)计算差值hj(t)；

(9-6)若hj(t)不满足imf筛分停止条件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步骤(9-2)对hj(t)继续进行分解；当hj(t)满足imf筛分停止条件，则得到u(t)信号的第1个imf分量c1(t)＝hj(t)；

(9-7)利用公式ri(t)＝u(t)-ci(t)计算剩余分量ri(t)；

(9-8)当ri(t)不满足分解停止条件时，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步骤(9-2)对ri(t)继续分解；当满足筛分停止条件时，设n1＝i，得到n1个imf分量ci(t)和1个剩余分量rn(t)，u(t)则可以表示为抽取ci(t)的n个抽样值ci(k)，k＝1，2，...，n；

(9-9)单片机利用公式计算u(t)的各个分量能量，比较u(t)的各分量能量emax，选取e1，e2，...，en中最大值emax，当emax＞e时，单片机做出磁传感器故障的判断，显示器显示磁传感器故障的信息；单片机控制磁传感器停止工作；

当emax≤e时，转入步骤(7-4)；

其中，(9-6)、(9-8)的筛分停止条件采用仿柯西收敛准则，当sd＜ε时筛分停止，ε通常介于0.2与0.3之间，t为设定的常数；分解停止条件为剩余信号ri(t)变为单调函数。

因此，本发明具有如下有益效果：一致性和可靠性好，检测精度高，便于维修。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的发射控制电路和接收控制电路的一种电路图；

图3是本发明的第一ad转换器的一种电路图；

图4是本发明的第二ad转换器的一种电路图；

图5是本发明的一种分解的结构示意图；

图6是本发明的磁头架的一种结构示意图；

图7是本发明的发射光源支架的一种结构示意图；

图8是本发明的一种流程图；

图9是本发明的紫外鉴别装置的一种结构示意图。

图中：发射光源支架1、发射光源板2、接收光源支架3、接收光源板4、显示器5、单片机6、第一ad转换器7、发射控制电路8、光发射模块9、第二ad转换器10、接收控制电路11、光接收模块13、贴片式光敏三极管131、条形板101、矩形孔102、限位挡板103、导向块104、长方形板31、定位柱32、矩形条33、通孔41、竖板111、计数灯架112、主动滚轮113、磁头架114、从动滚轮115、缺口116、防尘玻璃片117、纸币118、第一整形滤波放大电路201、第二整形滤波放大电路202、第三整形滤波放大电路203、计数发射管204、磁传感器205、计数接收管206、第四整形滤波放大电路301、紫光发射灯302、硅光电池303、基板304、紫光镜片305、黄光镜片306、蓝光镜片307。

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。

实施例1

如图1、图5所示的实施例是一种纸币测量系统，包括显示器5、第一整形滤波放大电路201、第二整形滤波放大电路202、第三整形滤波放大电路203、第四整形滤波放大电路301、电机和2块竖板111，2块竖板之间由上至下依次设有计数灯架112、主动滚轮113、磁传感器架114和从动滚轮115；计数灯架上设有2个计数发射管204，磁传感器架上设有磁传感器205、发射光源支架1、接收光源支架3和分别与各个计数发射管相对应的2个计数接收管206；

主动滚轮一端与电机的转轴连接，主动滚轮和从动滚轮之间设有可通过纸币的间隙，发射光源支架上设有发射光源板2，接收光源支架上设有接收光源板4；

发射光源板上设有单片机6、第一ad转换器7、2个发射控制电路8和2个光发射模块9；发射光源板上设有紫外鉴别装置，如图9所示，紫外鉴别装置包括紫光发射灯302、硅光电池303和3块滤光镜片，发射光源支架上设有用于穿过紫光发射灯的开孔，3块滤光镜片位于发射光源支架上；紫光发射灯底部设有与发射光源板下表面连接的基板304，硅光电池位于基板下表面上，3块滤光镜片为由上至下依次排列的紫光镜片305、黄光镜片306和蓝光镜片307。

硅光电池通过第四整形滤波放大电路电机与单片机电连接；接收光源板上设有第二ad转换器10、2个接收控制电路11和2个光接收模块13；光发射模块包括3组贴片式红外二极管，光接收模块包括3组贴片式光敏三极管131；磁传感器与第一整形滤波放大电路电连接，各个计数接收管均与第二整形滤波放大电路电连接，2个光接收模块均与第三整形滤波放大电路电连接。磁头架上设有两个缺口116，两个缺口上均设有防尘玻璃片117。

如图2所示，发射控制电路包括6个三极管和6个电阻，各个三极管的基极分别通过各个电阻与第一ad转换器电连接连接。

接收控制电路包括2个电阻组，2个电阻组中的各个电阻分别与1个光接收模块的各个贴片式光敏三极管电连接。

如图3所示，第一ad转换器依次通过译码器和驱动芯片与各组贴片式红外二极管电连接。

如图4所示，第二ad转换器依次通过译码器和驱动芯片与各组贴片式光敏三极管电连接。

第一ad转换器分别2个发射控制电路和2个光发射模块电连接，第二ad转换器分别与2个接收控制电路和2个光发射模块电连接，单片机分别与长度检测单元、显示器、2个发射控制电路、2个接收控制电路、第一整形滤波放大电路、第二整形滤波放大电路和第三整形滤波放大电路电连接。

每组贴片式红外二极管均包括6至8个贴片式红外二极管，每组贴片式红外二极管的各个贴片式红外二极管均按直线方向间隔排列，相邻贴片式红外二极管的中心距离为0.9至1.1mm。

每组贴片式光敏三极管均包括6至8个贴片式光敏三极管，每组贴片式光敏三极管的各个贴片式光敏三极管均按直线方向间隔排列，相邻贴片式光敏三极管的中心距离为0.9至1.1mm。

如图5、图7所示，2个光发射模块均位于发射光源板下表面上；发射光源支架包括条形板101，设于条形板上的用于分别与2个光发射模块相配合的2个矩形孔102，和分别设于条形板两端的2块限位挡板103；2个矩形孔上均设有防尘玻璃片117。

如图6所示，2个光接收模块均位于接收光源板上表面上，磁传感器架上设有两个分别与2个光接收模块对应的缺口116，两个缺口上均设有防尘玻璃片117；接收光源支架包括长方形板31、设于长方形板上的n个定位柱32和设于长方形板上的2组档条，2组档条均包括2个对应设置的矩形条33。

2个光接收模块分别位于接收光源板上表面左部和右部，接收光源板上还设有4个分别与各个定位柱配合的通孔41。

如图8所示，一种纸币测量系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤100，输送纸币

电机带动主动滚轮转动，在主动滚轮和从动滚轮带动下，如图5所示的纸币118被平稳、平整的送到2个光发射模块和2个光接收模块之间、计数发射管和计数接收管之间，并且纸币经过磁传感器表面的磁芯；

步骤200，纸币长度测试

纸币经过2个光发射模块和2个光接收模块之间时，各个贴片式光敏三极管压降变成高电平，不断变化的负载压降高低电平经过第三整形滤波放大电路进行整形、滤波、放大处理后，送入单片机中，单片机对纸币长度进行做出判断，并将判断结果送到显示器上显示；

2个光发射模块和2个光接收模块的各个贴片式红外二极管与各个贴片式光敏三极管垂直对射，距离为3mm；

单片机发出指令给2个发射控制电路，2个发射控制电路收到指令后输出电源给各个贴片式红外二极管，贴片式红外二极管发出850nm-940nm的光源；

同时，单片机发出指令给2个接收控制电路，使各个贴片式光敏三极管工作在高电平的饱和状态；

当被测物接触到2个光接收模块表面时，各个贴片式红外二极管穿透功率会明显减弱，各个贴片式光敏三极管电平会发生相应变化，变化电平送入第三整形滤波放大电路进行整形、滤波、放大处理；

单片机对纸币长度进行做出判断，并将判断结果送到显示器上显示。

步骤300，纸币计数

纸币经过各个计数发射管和各个计数接收管之间时，各个计数接收管负载压降由1v左右上升至≥4.5v，变化的电压信号通过第二整形滤波放大电路整形、滤波、放大后送入单片机，单片机根据计数接收管的压降变化进行计数，并将计数结果显示在显示器上；

步骤400，紫外鉴别

纸币经过由紫光发射灯、硅光电池和滤光镜片组成的紫外传感器组件下方；

通过紫光发射灯的照射，在纸币表面产生不同波长的反射光源，反射光源通过3个滤光镜片滤除除紫外光外其他波长的光源后，硅光电池接收到紫外光，硅光电池将紫外光信号转换成电信号，第四整形滤波放大电路将经过整形、滤波、放大的电信号送入单片机，单片机做出紫外鉴伪的结果；

步骤500，磁性检测

纸币经过磁传感器表面的磁芯，纸币上的磁性油墨或安全线在磁芯上产生微弱的磁电流信号，磁电流信号通过第一整形滤波放大电路整形、滤波、放大后送入单片机，单片机进行真伪判断，并将判断结果显示到显示器中。

实施例2

实施例2包括实施例1的所有结构和方法部分，在实施例1的步骤400之前还包括磁传感器的故障检测过程：

(9-1)单片机中设有j的初始值为1，i的初始值为1，设有故障阈值e；

(9-2)单片机计算磁传感器的磁电流信号u(t)的局部极大值并通过三次样条插值获得上包络线uup(t)；

(9-3)计算信号u(t)的局部极小值并通过三次样条插值获得下包络线ulow(t)；

(9-4)定义平均包络m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；

(9-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)计算差值hj(t)；

(9-6)若hj(t)不满足imf筛分停止条件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步骤(9-2)对hj(t)继续进行分解；当hj(t)满足imf筛分停止条件，则得到u(t)信号的第1个imf分量c1(t)＝hj(t)；

(9-7)利用公式ri(t)＝u(t)-ci(t)计算剩余分量ri(t)；

(9-8)当ri(t)不满足分解停止条件时，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步骤(9-2)对ri(t)继续分解；当满足筛分停止条件时，设n1＝i，得到n1个imf分量ci(t)和1个剩余分量rn(t)，u(t)则可以表示为抽取ci(t)的n个抽样值ci(k)，k＝1，2，...，n；

(9-9)单片机利用公式计算u(t)的各个分量能量，比较u(t)的各分量能量emax，选取e1，e2，...，en中最大值emax，当emax＞e时，单片机做出磁传感器故障的判断，显示器显示磁传感器故障的信息；单片机控制磁传感器停止工作；

当emax≤e时，转入步骤500；

其中，(9-6)、(9-8)的筛分停止条件采用仿柯西收敛准则，当sd＜ε时筛分停止，ε通常介于0.2与0.3之间，t为设定的常数；分解停止条件为剩余信号ri(t)变为单调函数。

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。