光电检测技术在点钞机中的应用

光电检测技术在点钞机中的应用动态点钞机原理介绍项目研制背景适逢世纪之交，新一代人民币面世了。为维护人民币信誉，防伪反假，保证国家金融货币体制的安全稳定，新钞鉴别仪的研制就成为关系国家大计并令众人瞩目的重大事件。今后五年，正处新钞在市面逐步增加，旧钞逐步减少，伪钞逐步抬头的阶段。由于旧验钞机功能已经落后，不可能担当新钞鉴别的重任。因此，配合新防伪手段，开展新钞鉴别仪的研制成为人民币防伪反假的重大政治任务。研制内容新钞具有荧光、全金属线、磁、盲文、纸质、水印等二十余种防伪标记。但其中最具技术含量的是无色荧光的识别。这也是难度最大的攻坚任务。此外，其他检测项尽管是成熟技术，但由于仪器中与无色荧光融合成一个有机整体，故仍需解决相关技术难题。研制技术要求1.鉴别能力：a.新版人民币W机读信号鉴别b.紫光（荧光）鉴别c.磁性鉴别d.红外鉴别2.计数器显示位数：1—999位3.喂钞台和接钞台容量：130张完整币。4.错点率：小于2/1000005.连续工作时间：不小于4h。6.易损件寿命：鉴别张数不小于120万张注：本机易损件为O型皮带、阻力橡皮等.研制技术要求—续7.异常币辨别：a.机器遇残币（半张纸币）停机并具有提示功能。b.机器遇粘连纸币停机并具有提示功能。8.鉴别速度：大于900张/min9.伪钞辨别提示能力：在点钞过程中，对可疑纸币，机器能识别，并自动停在便于取出可疑币的位置，同时发出报警声和指示灯显示。研制技术要求—续10.漏辨率:小于1/500011.误辨率:小于1/200012.预置数鉴别：在预置功能下，点钞过程中机器具有鉴别功能。13.整机重量：8.5kg14.整机体积：340mm×230mm×185mm电原理框图工作原理描述1.打开电源开关，启动单片机工作。机器进行自检（检查各个传感器是否工作正常）。如出现错误，判断故障源见表3。2.如自检正常则进入功能键选择，默认为“新版功能”。按“功能”按键进入不同的工作状态。工作原理描述—续3.当喂钞台传感器测到喂钞台有币时，电机自动启动并按所选功能进行检测，单片机综合判断收集到的信号（各个检测电路和传感器反馈的信号）。如遇到不具备人民币信号的纸币，单片机则发出信号，电机停止工作，并报警提示。4.当没有发现异常直至喂钞台传感器探测到没有纸币在喂钞台时，单片机发出信号停止工作，检验完毕。工作流程图准备是否通过开机自检报警提示功能键接收新版功能智能功能清分功能报警提示正常提示/记数是否否否是是有检测信号是否有检测信号有检测信号否否否是是是默认状态等待结构特性点钞机结构为卧式机型。整体结构包括喂钞台、检测区、接钞台三部分。在喂钞台部分，为了适应各种面值纸币的不同外形尺寸，设有限纸器和电机传动摩擦轮，以保证纸币以正确位置单张进入检测区。在检测区，用相应结构安装了各种检测器件，并设有导入、蔽光、防尘等装置以保证正确检测。在接钞台前端，用一组取纸滚轮将检测完毕的纸币取出，并送入接钞台上的叶轮将纸币码放整齐。取纸滚轮架设计为弹性支架，可保证滚轮组不会脱开，长期使用仍能正常取纸。滚轮的设计减小了对高速运动纸币的摩擦损伤。点钞机充分考虑了,在点钞全过程对纸币的保护，在纸币通过的部位全部采用了圆滑处理，橡胶摩擦轮既保证了足够的摩擦传动力又减小了对纸币的压迫损伤。结构特性—续1.喂钞台2.显示面板3.功能键4.预置键5.接钞轮6.接钞台7.接钞台传感器8.新版键9.喂钞台传感器10.币长调节轮结构特性—续1.接钞台2.喂钞台传感器3.喂钞台4.喂钞台调节螺杆5.电源插座及保险6.外接显示器接口7.电源开关结构特性—续1.接钞台传感器2.接钞导板3.记数穿透传感器4.接钞轮5.喂钞轮6.捻钞轮7.压钞轮8.喂钞台板9.喂钞台调节螺杆结构特性—续喂钞台传感器接钞台传感器喂钞台主要工作模块的开发激光检测--–弱光检测系统红外穿透检测荧光反应的检测—光敏电阻的应用纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用激光检测–光电检测系统关键器件开发研究发光头特性研究和缺陷弥补特殊光敏材料的激发光是确定的，对此种发光源发光特性的全面深入了解，是制定无色荧光光电检测方案的先决条件。经反复测试光源系统，光源除主波长外，尚存在倍频非线性和工艺热损耗辐射问题。忽略它们的影响，会造成很大的噪声干扰。因此研制组分管同志采用截止，增透膜系和特种玻璃材料的组合设计，信噪比有了明显提高。第五套人民币无色荧光区域内客观存在的金属线，给信号检测带来不小的麻烦，特别对动态机由于走纸方向与金属方向相同，存在会聚很好的光斑恰被金属线遮挡的几率，从而产生误报。本研制组针对这一难题，进行了多种方案应付设计和试验。最后筛选出光源专用透镜与结构设计匹配，形成检测面4*1mm2照射光斑或两个双头共路光电检测系统，解决了金属线干扰问题。激光检测–光电检测系统关键器件开发研究光电接收头特性研究和光电接收头设计光电二极管和三极管光灵敏度温度漂移和湿度特性参数，对信号和噪声比及输出信号稳定影响较大。研制组对各个厂家二极管、三极管封装形式、光敏面大小、压容型和直拉型光敏材料制作形式、暗电流大小、弱光照明等对信噪比有影响的因素进行了大量测试，取得宝贵的第一手资料，目的明确地对厂家生产提出了指导性意见，在厂家配合下，取得较满意结果。激光检测–光电检测系统关键器件开发研究某种光敏二极管的测试数据温度（摄氏度）暗电流（×10－9A）251.5302035504090452005040055800601000652000704000红外穿透检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。需要注意的是，油墨的颜色与厚度同样会造成红外穿透能力的差异。因此，必须对红外穿透检测的信号进行数学运算和比较分析。荧光反应的检测—光敏电阻的应用荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。为排除环境光对辨伪的干扰，必须在硅光电池的表面安装一套透过波长与假钞荧光反应波长一致的滤色片。在荧光检测中，需要注意两个问题：1．检测空间的遮光。外界光线进入检测空间会造成误报；2．紫外光源和光电池的防尘。在点钞过程中有大量粉尘，这些粉尘粘附在光源表面会削弱检测信号，造成漏报。对第五版人民币，可同时检测荧光字（无色荧光油墨印刷，用另一硅光电池检测，滤色片的透过波长和真钞荧光反应波长一致）以提高辨伪效果。纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用此项检测的目的主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用在点钞机的喂钞台部分有一个作为有无钞票的反射型的发射接收红外对管，用来检测是否有钞票放入。对于此项的检测，在原理上我们使用分离的红外对管即可实现此功能，但是由于机械结构的制约，我们只能在一侧放置检测器件，因此只能采用反射式的对管在点钞机的接钞台部分有一对红外对管作为有无钞票未取出的判断，在这里我们使用的是一对红外对管来进行开关判断的。喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用基本电原理图参考文献：[1]印刷设备电路与控制(普通高等教育十五国家级规划教材)杨皋、张长峰化学工业出版社[2]激光原理技术及应用阎吉祥,崔小虹,王茜蒨北京理工大学出版社[3]光通信信号处理——现代通信信号处理丛书任海兰，刘德明编著电子工业出版社[4]微弱信号检测高晋占清华大学出版社[5]现代检测技术张宏建,孙志强等编著化学工业出版社[6]《PIC单片机基础教程》作者:丁跃军出版社:北京航空航天大学出版社