硬币识别装置的制作方法

本实用新型涉及硬币处理系统，具体涉及硬币识别装置。

背景技术：

游戏机、硬纸币兑换机、自动售票机、自动售货机使用较为广泛，利用假币、游戏币等金属币冒充硬币的现象时有发生，因此，在硬币兑换、硬币流通自动化的设备中，硬币识别是必不可少的环节。

现有技术中，通常是采用低频透射结合高频反射的方式进行识别，由于不同类型的金属币、不同面值的硬币，材料、厚度和表面特征均有所不同，故电导率、磁导率也不同，经透射、反射后产生的阻抗、电感和品质因素(q)也不同，因此，当不同的金属币通过低频透射和高频反射检测后，便能识别出金属币是否是硬币，但是现有的硬币识别装置中，存在信号调理不到位、高低频检测相互干扰的情况，导致对硬币的材料、厚度、表面特征的识别准确度不够高。

技术实现要素：

本实用新型提供硬币识别装置，为解决现有技术存在的“识别准确率低”的问题提供电路支持和结构支持。

本实用新型通过以下技术方案解决技术问题：

硬币识别装置，包括控制器模块、发射线圈调理模块、低频发射线圈、低频接收线圈、接收线圈调理模块、振荡模块、高频线圈、高频线圈调理模块、位置检测模块和相位检测模块；所述发射线圈调理模块的控制端与控制器模块连接，所述发射线圈调理模块的输出端与低频发射线圈的输入端连接；所述低频发射线圈通电后产生电磁场，所述电磁场作用在外部金属币上，所述低频接收线圈产生感应电动势；所述感应电动势经接收线圈调理模块进行调理后输入至控制器模块中；所述振荡模块的控制端与控制器模块连接；所述振荡模块与高频线圈连接；外部金属币经过所述高频线圈产生的电磁场，高频线圈的电磁场发生变化，输出电压也随之变化；所述振荡模块的输出端经高频线圈调理模块连接至控制器模块中；所述相位检测模块的一路输入端与低频发射线圈的输出端连接，所述相位检测模块的另一路输入端与低频接收线圈的输出端连接；所述相位检测模块的的输出端与控制器模块连接；所述位置检测模块的输出端与控制器模块连接。

进一步地，所述发射线圈调理模块主要包括信号发生器、发射端电压跟随器和功率放大器；所述信号发生器的控制端与控制器模块连接，所述信号发生器的输出端与发射端电压跟随器的输入端连接；所述发射端电压跟随器的输出端与功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的输出端与低频发射线圈的输入端连接。

进一步地，所述接收线圈调理模块主要包括差分放大器、接收端电压跟随器和接收端比例放大器；所述低频接收线圈的输出端与差分放大器的输入端连接；所述差分放大器的输出端与接收端电压跟随器的输入端连接；所述接收端电压跟随器的输出端与接收端比例放大器的输入端连接；所述接收端比例放大器的输出端与控制器模块连接。

进一步地，所述高频线圈调理模块主要包括频率电压变换器、高频端电压跟随器和高频端比例放大器；所述频率电压变换器的输入端与振荡模块的输出端连接，所述频率电压变换器的输出端与高频端电压跟随器的输入端连接；所述高频端电压跟随器的输出端与高频端比例放大器的输入端连接；所述高频端比例放大器的输出端与控制器模块连接。

进一步地，所述相位检测模块主要包括发射端过零比较器、接收端过零比较器、与门和非门；所述发射端过零比较器的输入端与低频发射线圈连接，所述发射端过零比较器的输出端与与门的一路输入端连接；所述接收端过零比较器的输入端与低频接收线圈连接，所述接收端过零比较器的输出端与与门的另一路输入端连接；所述与门的一路输出端与控制器模块连接，所述与门的另一路输出端经非门与控制器模块连接。

进一步地，还包括币道；外部金属币在币道经过；所述币道相对于水平面的倾斜角为10-15°。

进一步地，所述高频线圈安装在币道的一侧，所述高频线圈的下沿与币道平行；所述低频发射线圈安装在币道的一侧，所述低频接收线圈安装在币道的另一侧；所述低频发射线圈的中心与低频接收线圈的中心的连线垂直于币道；所述低频发射线圈的下沿距离币道6mm；所述低频接收线圈的下沿距离币道6mm；所述高频线圈与低频发射线圈在币道的同一侧；所述高频线圈与低频发射线圈相距至少30cm。

进一步地，所述发射线圈调理模块提供给低频发射线圈的频率为70khz；所述振荡模块提供给高频线圈的频率为230khz。

进一步地，所述位置检测模块包括4个光电传感器，各光电传感器的输出端与控制器模块连接；所述4个光电传感器分别为第一光电传感器、第二光电传感器、第三光电传感器和第四光电传感器；所述第一光电传感器安装在币道的入币口；所述第二光电传感器安装在高频线圈上的沿金属币前进方向的最右侧；所述第三光电传感器安装在低频发射线圈上的沿金属币前进方向的最右侧；所述第四光电传感器安装在币道的出币口。

与现有技术相比，具有如下特点：

1、为准确地检测金属币的厚度和表面特征，为低频发射线圈设置调理电路，驱动低频发射线圈输出稳定的、抗干扰性强的振荡波形，为低频接收线圈设置调理电路，将接收到的信号转换成单端电压信号，并提高其带负载能力，减小后级电路对接收信号的影响，同时将信号放大至合适的幅值范围；为准确地检测金属币的材料，为高频线圈设置调理电路，将频率变化的信号转换成电压信号，再经电压跟随，提高带负载能力，再经放大，将信号放大至合适的幅值范围；本发明还设置位置检测模块，用于检测金属币的运动位置，便于控制器模块以位置信息为依据控制低频发射线圈、低频接收线圈和高频线圈的先后工作状态；本发明还设置相位检测模块，用于辅助检测金属币材料；综上可知，本发明为低频发射线圈低频接收线圈和高频线圈设置各自的调理电路，设置位置检测模块为控制高低频检测的时间先后，避免相互干扰，并额外设置相位检测模块，为更准确地检测识别出硬币的材料、厚度、表面特征提供硬件支持和结构支持；

2、将币道设置为相对于水平面倾斜10-15°，避免金属币在行进过程中出现滞留、摆动、重叠现象，影响识别结果，为提高识别准确度提供结构支持；

3、对金属币进行低频透射检测时，感应电流会随着低频发射线圈的下沿与币道的距离、低频接收线圈的下沿与币道的距离按指数规律衰减，本发明将上述距离设置为6mm，该距离下，既能保证q值适当，又能保证识别结果准确，将高频线圈与低频发射线圈设置为距离至少30cm，该值大于1元硬币25cm，既能动态检测出最大面值的硬币，又能避免动态条件下高频反射检测和低频透射检测之间的相互干扰；

4、在币道的入币口和出币口，以及高频线圈和低频发射线圈的最右端各设置1个光电传感器，检测这四个位置是否有金属币通过，可用作启动高频线圈、低频发射线圈工作的控制信号，避免高频反射检测和低频透射检测出现干扰，以免识别结果受到干扰。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构原理框图。

图2为币道、高频线圈、低频透射线圈、位置检测模块的结构示意图。

图中标号为：1、高频线圈；2、低频发射线圈；3、低频接收线圈；4、币道；5、第一光电传感器；6、第二光电传感器；7、第三光电传感器；8、第四光电传感器。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

硬币识别装置，包括控制器模块、发射线圈调理模块、低频发射线圈2、低频接收线圈3、接收线圈调理模块、振荡模块、高频线圈1、高频线圈调理模块、位置检测模块和相位检测模块；所述发射线圈调理模块的控制端与控制器模块连接，所述发射线圈调理模块的输出端与低频发射线圈2的输入端连接，所述低频发射线圈2通电后产生电磁场，所述电磁场作用在外部金属币上，所述低频接收线圈3产生感应电动势；所述感应电动势经接收线圈调理模块进行调理后输入至控制器模块中；所述振荡模块的控制端与控制器模块连接；所述振荡模块与高频线圈1连接；外部金属币经过所述高频线圈1产生的电磁场，高频线圈1的电磁场发生变化，输出电压也随之变化；所述振荡模块的输出端经高频线圈调理模块连接至控制器模块中；所述相位检测模块的一路输入端与低频发射线圈2的输出端连接，所述相位检测模块的另一路输入端与低频接收线圈3的输出端连接；所述相位检测模块的的输出端与控制器模块连接；所述位置检测模块的输出端与控制器模块连接。本实用新型的电路结构原理框图如图1所示。

所述发射线圈调理模块主要包括信号发生器、发射端电压跟随器和功率放大器；所述信号发生器的控制端与控制器模块连接，所述信号发生器的输出端与发射端电压跟随器的输入端连接；所述发射端电压跟随器的输出端与功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的输出端与低频发射线圈2的输入端连接。所述发射线圈调理模块提供给低频发射线圈2的频率为70khz。

信号发生器按照控制器模块指令提供相应频率、波形和输出电平电信号，用作硬币识别检测激励源。本实用新型的信号发生器为文氏桥振荡电路，产生正弦信号。发射端电压跟随器输入阻抗高、输出阻抗低，而且不改变信号的幅值，阻抗变换作用优良，可用于隔离信号发生器和功率放大器，可以在信号发生器输出电流小，而功率放大器输出电流大的情形下保证两个电路相互不干扰，即提高正弦信号的带负载能力。功率放大器采用音频功放芯片，具有输出功率大、失真小、抗干扰能力强和体积小的特点。

低频发射线圈2接收到功率放大器的激励电压，线圈中会产生激励电流，于是在线圈周围产生交变磁场：当没有金属币通过时，交变磁场产生的磁力线可直接贯穿至低频接收线圈3，低频接收线圈3产生感应电动势，感应电动势与激励电压频率相同；当有金属币通过时，磁力线在金属币上感应出电涡流，该电涡流阻碍磁力线的贯穿，电涡流消耗的能量导致低频接收线圈3的感应电动势变小。由于不同金属币、不同面值的硬币的材料和厚度各有差异，利用低频透射的检测方式可根据感应电动势的变化识别出流经的金属币的材料和厚度，控制器模块将其与预存的各类面值的硬币的材料和厚度做简单对比，便可识别出流经的金属币是否为硬币，该硬币的面值为多少。

接收线圈调理模块主要包括差分放大器、接收端电压跟随器和接收端比例放大器；所述低频接收线圈3的输出端与差分放大器的输入端连接；所述差分放大器的输出端与接收端电压跟随器的输入端连接；所述接收端电压跟随器的输出端与接收端比例放大器的输入端连接；所述接收端比例放大器的输出端与控制器模块连接。

差分放大器接收低频接收线圈3的输出电压，该输出电压为差分电压，差分放大器将其转换为单端电压信号，并送入接收端电压跟随器；接收端电压跟随器的作用与发射端电压跟随器的相同，接收端电压跟随器输入阻抗高、输出阻抗低，而且不改变信号的幅值，阻抗变换作用优良，可用于隔离差分放大器和接收端比例放大器，可以在差分放大器输出电流小，而接收端比例放大器输出电流大的情形下保证两个电路相互不干扰，即提高差分放大器输出电流的带负载能力。接收端比例放大器将接收端电压跟随器输出的电压信号放大至合适的幅值范围，便于控制器模块进行处理。

振荡模块为三点式改进型振荡电路，振荡模块在控制器模块的控制下为高频线圈1提供激励，此时高频线圈1相当于电感元件。振荡模块为高频线圈1提供激励电压后，高频线圈1产生激励电流，产生交变磁场，当有金属币通过该交变磁场区域时，电涡流产生的效应会引起振荡模块的振荡幅度和振荡频率变化，将振荡模块的反馈信号进行调理后，便可识别出金属币的表面特征。所述振荡模块提供给高频线圈1的频率为230khz。

所述高频线圈调理模块主要包括频率电压变换器、高频端电压跟随器和高频端比例放大器；所述频率电压变换器的输入端与振荡模块的输出端连接，所述频率电压变换器的输出端与高频端电压跟随器的输入端连接；所述高频端电压跟随器的输出端与高频端比例放大器的输入端连接；所述高频端比例放大器的输出端与控制器模块连接。

频率电压变换器接收振荡模块的反馈信号，该反馈信号携带有自激振荡频率的变化信息，频率电压变换器将该反馈信号进行频率-电压的变换，得到电压信号变化量，简化信号形态，便于控制器模块进行信号处理；高频端电压跟随器与发射端电压跟随器的相同，高频端电压跟随器输入阻抗高、输出阻抗低，而且不改变信号的幅值，阻抗变换作用优良，可用于隔离频率电压变换器和高频端比例放大器，可以在频率电压变换器输出电流小，而高频端比例放大器输出电流大的情形下保证两个电路相互不干扰，即提高频率电压变换器的输出电流的带负载能力。高频端比例放大器将高频端电压跟随器输出的电压信号放大至合适的幅值范围，便于控制器模块进行处理。

所述相位检测模块主要包括发射端过零比较器、接收端过零比较器、与门和非门；所述发射端过零比较器的输入端与低频发射线圈2连接，所述发射端过零比较器的输出端与与门的一路输入端连接；所述接收端过零比较器的输入端与低频接收线圈3连接，所述接收端过零比较器的输出端与与门的另一路输入端连接；所述与门的一路输出端与控制器模块连接，所述与门的另一路输出端经非门与控制器模块连接。

当有金属币经过正在工作的低频发射线圈2和低频接收线圈3时，金属币在电磁场中产生电涡流，该电涡流的相位按指数规律变化，即电涡流与低频发射线圈2的激励电压之间存在相位差，同理，低频接收线圈3产生的感应电动势与低频发射线圈2的激励电压之间也存在相位差。不同材料的金属，它们的相位差不同，因此，本实用新型设置相位检测模块来检测金属币的材料，用以辅助高频反射检测。没有金属币经过时，感应电动势和激励电压之间存在固定的相位差，有金属币经过时，发射端过零比较器接收低频发射线圈2的激励电压，将其转换为脉冲信号，接收端过零比较器接收低频接收线圈3的感应电动势，也将其转换为脉冲信号，将这两个脉冲信号送入与门，执行与操作，与门的输出信号以脉宽的形式反映出感应电动势和激励电压之间的相位差，该相位差信号一方面直接输入至控制器模块中，另一方面经过非门再输入至控制器模块中，由控制器模块进行下一步处理。

本实用新型中，控制器模块根据低频透射检测、高频反射检测以及相位检测之后，便可将检测数据与预存的各类面值的硬币的材料和厚度做简单对比，便可识别出流经的金属币是否为硬币，该硬币的面值是多少。

本实用新型设置有币道4，外部金属币在币道4经过；所述币道4相对于水平面的倾斜角为10-15°。金属币在币道4上前进时，接触点可能不平稳，导致金属币滞留在币道4上，或者前进过程中出现重叠现象，将币道4设置为相对于水平面的倾斜角为10-15°，能最大限度减小滞留、重叠的情况发生。如倾斜角过小，会影响金属币的前进速度，如倾斜角过大，会使得金属币有跳动现象，经多次试验证明，10-15°最合适。

所述高频线圈1安装在币道4的一侧，所述高频线圈1的下沿与币道4平行；所述低频发射线圈2安装在币道4的一侧，所述低频接收线圈3安装在币道4的另一侧；所述低频发射线圈2的中心与低频接收线圈3的中心的连线垂直于币道4；所述低频发射线圈2的下沿距离币道4的距离d为6mm；所述低频接收线圈3的下沿距离币道4的距离d为6mm；所述高频线圈1与低频发射线圈2在币道4的同一侧；所述高频线圈1与低频发射线圈2相距至少30cm。币道4、高频线圈1、低频发射线圈2、低频接收线圈3的安装位置示意图如图2所示。

对于低频透射检测，感应电流的大小随距离d按指数规律衰减，对于高频反射检测，高频线圈1与金属币之间的互感量随着距离d的缩短而增大，因此，距离d需设置在合适距离，才能更好地根据金属币的材料、厚度、表面特征，以便识别出硬币及其面值。经多次试验证实，距离d为6mm时，识别效果最佳。

市面上直径最大的硬币是1元面值的硬币，1元硬币的直径为25mm，理论上高频线圈1和低频发射线圈2之间的距离至少为25mm为宜，但是由于金属币在币道4上是前进运行的、动态的，加上控制器模块检测、处理、控制速度有些许延时，经多次试验证实，所述高频线圈1与低频发射线圈2相距至少30cm为最佳，该距离下，高频反射检测和低频透射检测相互不干扰，识别结果最为准确。

位置检测模块包括4个光电传感器，各光电传感器的输出端与控制器模块连接；所述4个光电传感器分别为第一光电传感器5、第二光电传感器6、第三光电传感器7和第四光电传感器8；所述第一光电传感器5安装在币道4的入币口；所述第二光电传感器6安装在高频线圈1上的沿金属币前进方向的最右侧；所述第三光电传感器7安装在低频发射线圈2上的沿金属币前进方向的最右侧；所述第四光电传感器8安装在币道4的出币口。各光电传感器的安装位置如图2所示。

当金属币前进至第一光电传感器5时，控制器模块向振荡模块发送控制信号，启动震荡模块产生振荡频率，开始高频反射检测；当金属币前进至第二光电传感器6，控制器模块停止向振荡模块发送驱动信号，停止高频反射检测，向发射线圈调理模块发送控制信号，向低频发射线圈2提供激励电压，开始低频透射检测；当金属币前进至第三光电传感器7时，控制器模块停止低频透射检测；当金属币前进至第四光电传感器8时，结束当前金属币的识别检测。位置检测模块的设置，达到了双频鉴别的目的，还能避免高频反射检测和低频透射检测相互干扰。

在电学领域，检测数据、处理数据、控制执行必然涉及计算机程序，如果涉及的计算机程序为现有技术或者简单的对比和控制，则不应当认为技术方案涉及计算机程序的改进。本实用新型中，说明书中仅涉及简单的检测、对比和控制，并明确阐述本技术方案是为解决现有技术存在的“识别准确率低”的问题提供电路支持和结构支持，因此，本实用新型未涉及计算机程序的改进。