专利名称：硬币鉴别装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钱币的鉴定或识别装置，尤其涉及对硬币的鉴别装置，也涉及频谱分析技术的应用。
背景技术：
随着市场经济的不断繁荣，自动售货机得到了广泛使用，使得硬币的流通量越来越大的。与此同时，也出现了大量的假硬币，影响了经营者的正当利益。因此研制结构简单、鉴别率高、低成本的硬币鉴别设备是十分必要的。
现有技术中，硬币的鉴别设备主要是通过测量硬币不同的物理特性，实现硬币的面额、币型和真假的鉴别。例如，利用光学方法检测硬币的图案；或利用磁传感器检测硬币的磁特性；或利用电传感器检测硬币的电特性等等。CN95106303.0发明专利中利用磁传感器和光学传感器分别检测硬币的材料性能和表面图案，从而实现两种方法的联合鉴别。CN 02806988.9的发明专利利用硬币和传感器装置之间的电容耦合来确定硬币的厚度，属于电特性的测量。这些鉴别设备均使用电磁传感器和光学传感器，它们的结构都比较复杂、其价格也就比较昂贵。
根据激励银元产生的声音鉴定其真伪，是传统的鉴别方法，这是许多钱币研究者和收藏者所熟知的。但是，这种鉴别行为目前均是人为的，它与鉴别者的经验有很大关系，如果经验不足则误判率较高。至今尚未发现有利用声音来鉴定硬币真伪的设备。
发明内容
针对现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种硬币鉴别装置，它通过采集硬币的声音对其进行频谱分析，并结合重量检测，实现硬币鉴别。
本实用新型目的有以下方式来实现。
本实用新型的硬币鉴别装置，包括带有投币孔的箱体和设置在控制盒内的控制系统，其特征在于，所述箱体的内壁面上有吸声涂层，在投币孔的内口边沿处设有导向槽，在该导向槽的下方设置安装有声音传感器的基础板，该板的上表面与水平面有10°-45°的倾斜角，它固连在箱体的底板上，导向槽下端边沿与基础板上表面的直线距离控制在5cm-100cm范围内，最好是10-50cm范围内；在基础板的低端的下前方设置有一水平板，在该板下表面固连有一能带动该板正反转动的支撑转轴，该转轴一端通过轴承固定在箱体的侧壁孔中，并伸出箱体外与电机相连，另一端通过轴承固定在箱体内底面的突起物上；在转轴下面的箱体内底面上还固连有一隔板，该隔板将基础板与箱体内壁面包围的空间分隔为放存真、假币的两个存贮盒，并分别设有与外部相通的真假币的出口；所述声音传感器由导线与控制盒中的控制系统导通；所述控制盒设置在箱体内腔中或箱体外近处。也能够在所述水平板上固定两个或两个以上压力传感器，并在压力传感器上再增加一块用于称重的上水平板(称重板)，并且使该板上表面低于基础板上表面，所述压力传感器也由导线与控制盒中的控制系统导通。
本实用新型所述的控制系统包括现有技术中使用的信号预处理系统、数据分析和决策系统、后处理系统，其中，信号预处理系统包括声音传感器、压力传感器相应的功率放大器。数据分析和决策系统包括频谱分析装置、重量分析装置、频谱标准存贮器、重量标准存贮器和运算决策器。后处理系统包括硬币鉴别装置中的真假币分离装置和显示装置以及相应的驱动电路。
使用本实用新型鉴别硬币时，其鉴别步骤为(1)将被测硬币从投币孔沿导向槽垂直滑落到基础板上，声音传感器采集被测硬币撞击基础板时发出的声音信号，直接或经过功率放大器放大后送到频谱分析装置进行频谱分析，分析得到被测硬币的固有频率，并与频谱标准存贮器中的标准数据比较进行频谱鉴别；(2)被测硬币从基础板再滚落到上水平板上，压力传感器受到被测硬币重量所产生的压力作用，产生力信号经过功率放大器放大后并输入到重量分析装置，计算得到被测硬币的重量，并与重量标准存贮器中标准数据比较进行重量鉴别；(3)将频谱鉴别和重量鉴别的鉴别结果信号输入到运算决策器进行综合分析，运算决策器根据分析结果发送控制信号到电机使真假币分离，并分别存贮到不同的存贮盒中，(4)根据鉴别出的真币面额，控制信号输入到显示装置，显示真币的金额。
对于未增加压力传感器的硬币鉴别装置，在鉴别过程中省略步骤(2)。
在实际使用中，通常需要首先建立频谱标准存贮器中的标准数据和重量标准存贮器中标准数据。由于硬币是连续体，其振动响应的频谱曲线理论上有无穷多个固有频率，也即是有无穷多个峰，通常仅考虑前几个峰，把前几个峰对应的固有频率和频率间隔作为频谱标准数据，通过大量的真币实验，建立频谱标准数据库。并且，利用天平对真币进行重量的测量，建立重量标准数据库。频谱标准存贮器和重量标准存贮器中能够同时存放多种不同币种、不同面额的硬币的标准数据，从而满足不同场合的需要。
本实用新型是通过采集硬币自由下落撞击基础板的声音，对其进行频谱分析准确获得硬币的固有频率，并结合重量检测从而实现硬币鉴别。与现有的硬币鉴别装置相比，具有以下显著优点1.由于硬币的频谱同时包含了硬币的材料、密度、尺寸等信息，因而采用频谱和重量的联合鉴别，鉴别准确率高；2.由于声传感器和压力传感器使用广泛、价格低廉，而且不需要消耗能量，因此鉴别装置造价低；同时，鉴别过程不会对硬币造成损伤；3.数据采集与分析处理系统均采用电子集成器件，集成度高，计算快速，结果准确；4.本鉴别装置采集硬币自由下落撞击基础板的声音进行频谱分析，与实际的自动售货机和公交车投币机很类似，操作简单易学5.结构简单，同时由于声传感器和压力传感器的技术成熟，因此系统可靠性高。
本实用新型的硬币鉴别装置，能够实现无损、实时、快速、准确可靠的鉴定，操作过程简单、制造成本较低、适用面广，不仅适用于普通的流通硬币的鉴别，也可以用于各类银元、铜元，以及纪念币、金银币等的鉴别，具有广泛的应用前景。
下面通过实施例及其附图作进一步描述。
附图1为本实用新型的硬币鉴别装置的一种实施例的立体示意图。
附图2为本实用新型的硬币鉴别装置的一种实施例的结构示意图。
附图3为上述附图2的右视图。
附图4为本实用新型所述的硬币鉴别装置的系统框图。
附图5为本实用新型所述的控制系统的电路图。
具体实施方式
如图1所示的硬币鉴别装置，投币孔1设在箱体3的侧壁上(在实际使用中，也可根据需要将投币孔设在箱体顶壁上)，在投币孔的内口边沿处设有带倾斜角度的导向槽2。为保证硬币自由下落撞击基础板的声音足够响，并不损伤硬币，应使导向槽下端边沿与基础板上表面的直线距离控制在5cm-100cm范围内，最好是10-50cm。为了避免声音的反射，箱体的内壁面上涂有吸声涂层4，5是放置在箱体底板上的基础板，它的上表面也与水平面有倾斜角度，在基础板上固连有一声音传感器6。7是两块相互平行的上、下称重板(平行板)，四个压力传感器8置于两块称重板的之间，能较好地保证两称重板的相互平行。转轴9固定在下称重板7的下表面，它的两端分别套装在基础板侧面和箱体侧壁的孔中，起支撑作用并保证能转动一个角度，以使停留在上称重板上的硬币能滑落到下面的存贮盒内。电机10固定在箱体壁面上，其主轴与转轴9的伸出端相连接。隔板11固定在箱体内底面上，起到分隔空间的作用。13为硬币出口处的旋转板。在箱体3的内腔中还设有控制盒12，它放置在基础板后面的底板上，用于存放本装置的控制系统的硬件。
本实施例的硬币鉴别装置，按功能可分为箱体、硬币导向装置、信息采集装置和真假币分离装置及控制系统等几大部分，其中硬币导向装置包括投币孔1和导向槽2，信息采集装置包括基础板5、声传感器6和称重板7和压力传感器8；真假币分离装置包括转轴9、电机10和隔板11。
图2~3为图1所示的实施例硬币鉴别装置的结构示意图。其中，导向槽、称重板和隔板由有机玻璃制成；基础板由陶瓷制成；吸声涂层采用包装海绵；声传感器6采用BK-4191型麦克风，压力传感器8采用广泛使用的压电片。由图2可看出，投币孔1是长方形孔，导向槽的尺寸应在保证硬币能顺畅下滑的同时，其宽度方向尽量小一些，以保证硬币能垂直滚落到基础板5上。导向槽2和基础板5上表面均与水平面有一定的角度，并保证下端边沿与基础板上表面的直线距离在合适范围内选择，从而起导向作用，保证硬币先滚落到基础板5上，然后再滚落到称重板7上。本实施例导向槽2的倾斜角度为30°，基础板5上表面的倾斜角度为15°，导向槽2下端边沿与基础板上表面的直线距离为15cm。在初始状态时，称重板上表面总是呈水平状。所述的压力传感器8通常在转轴两侧，并对称设置，以保证它在初始状态时水平。本实施例选用四个。当控制系统作出判别后，称重板随同转轴在电机10的带动下向左或向右转动30°角度，使硬币滑落到下面的放存空间内。本实施例存放控制系统的硬件控制盒12是个长方盒，固定在基础板5箱体侧壁之间的底面上。由声音传感器6和压力传感器8引出的导线均接入盒内，并分别与功率放大器、电荷放大器导通。
上述硬币鉴别装置用于检测时的过程如图4所示。硬币从投币孔1投入后，沿倾斜的导向槽2下滑，在导向槽出口以一定的初速度自由下落，硬币撞击基础板5时发出声音，声音采集通道设置有触发电平，声音一旦达到触发电平，声传感器6采集声音信号，经过功率放大器放大后送到频谱分析装置进行频谱分析，分析得到硬币的固有频率，并与频谱标准存贮器中的标准数据比较进行频谱鉴别。由于基础板有一定的倾斜度，硬币与基础板5撞击后，在惯性和重力作用下滚落到称重板7上，压力传感器8受到压力作用，产生力信号，该信号经过相应的功率放大器放大输入到重量分析装置，计算得到硬币的重量，并与重量标准存贮器中标准数据进行比较，实现重量的鉴别。然后频谱鉴别和重量鉴别的测定结果进入运算决策器进行综合分析实现硬币的鉴别。如果硬币为真，运算决策器发送控制信号到真假币分离装置中的电机10，电机10带动转轴9转动使称重板7转向存放真币的一侧，真币滑落到真币存贮箱中；反之则使电机10反向转动，使硬币落入假币存贮箱中。如果硬币为真，根据鉴别出的面额，控制信号输入到显示装置，正确显示硬币的金额。
上述硬币鉴别装置实施例的控制系统中，其中声音传感器为BK-4191型麦克风，相应的功率放大器为HWD2161音频放大器，压力传感器为晶丰电子公司生产的压电陶瓷片，相应的功率放大器是YE5858型电荷放大器。所述的数据分析和决策系统(包括频谱分析装置、重量分析装置、频谱标准存贮器、重量标准存贮器和运算决策器)是带有A/D数据接口的DSP芯片，例如TMS320F240型DSP芯片，通过DSP和相应的快速傅立叶变换FFT技术实现数据分析和决策；后处理系统使用的显示装置为TOS-5321ASR LED显示器，显示器驱动电路由MAX7219显示接口芯片实现，分离装置中使用的电机为陕西华燕航空仪表公司产的直流永磁力矩电机，电机的驱动由A3952SB芯片实现。
本实用新型所述控制系统的电路图如图5，来自压力传感器和声音传感器的压力信号、声信号分别通过电荷放大器和功率放大器放大后输入到DSP芯片的A/D数据口，DSP经过数据分析和决策输出两路控制信号，其中PWM信号通过A3952SB芯片构成的驱动电路后提供真假币分离装置中电机的控制电压，SPI信号经过显示接口后输入到显示装置。
实验表明，将一枚一元硬币投入到上述实施例硬币鉴别装置中，2秒钟后就在显示装置上显示正确鉴别结果。
权利要求1.一种硬币鉴别装置，包括带有投币孔的箱体和设置在控制盒内的控制系统，其特征在于，所述箱体的内壁面上有吸声涂层，在投币孔的内口边沿处设有导向槽，在该导向槽的下方设置安装有声音传感器的基础板，该板的上表面与水平面有10°-45°的倾斜角，它固连在箱体的底板上，导向槽下端边沿与基础板上表面的直线距离控制在5cm-100cm范围内；在基础板的低端的下前方设置有一水平板，在该板下表面固连有一能带动该板正反转动的支撑转轴，该转轴一端通过轴承固定在箱体的侧壁孔中，并伸出箱体外与电机相连，另一端通过轴承固定在箱体内底面的突起物上；在转轴下面的箱体内底面上还固连有一隔板，该隔板将基础板与箱体内壁面包围的空间分隔为放存真、假币的两个存贮盒，并分别设有与外部相通的真假币的出口；所述声音传感器由导线与控制盒中的控制系统导通；所述控制盒设置在箱体内腔中或箱体外近处。
2.如权利要求1所述的硬币鉴别装置，其特征在于，所述水平板上固定两个或两个以上压力传感器，并在压力传感器上再增加一块用于称重的上水平板，该板上表面低于基础板上表面，所述压力传感器由导线与控制盒中的控制系统导通。
3.如权利要求1所述的硬币鉴别装置，其特征在于，所述导向槽下端边沿与基础板上表面的直线距离是在10-50cm范围内。
专利摘要本实用新型涉及钱币的鉴定或识别装置，尤其是对硬币鉴别装置。它包括带有投币孔的箱体和控制系统。箱体内壁面有吸声涂层。投币孔处设有导向槽，该导向槽的下方设置安装有声音传感器并与水平面有倾斜角的基础板。基础板低端的下前方设置有一水平板，该板下表面固连有支撑转轴，转轴一端伸出箱体外与电机相连。转轴下面的箱体空间分隔为放存真、假币的两个存贮盒，并分别设有出口。或在水平板上增加带有压力传感器的称重板。声音传感器和压力传感器由导线与控制系统导通。本装置通过采集硬币自由下落撞击基础板的声音，对其进行频谱分析准确获得硬币的固有频率，并结合重量检测从而实现硬币鉴别，其结构简单，制造成本较低，鉴别准确率高，适用于各种硬币的鉴别。
文档编号G07D5/04GK2845034SQ20052007728
公开日2006年12月6日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者张鲲, 施继龙, 孙红灵, 张培强, 王昌燧 申请人:中国科学技术大学