纸币清分机电气系统设计与控制方法研究与实现

硕士学位论文纸币清分机电气系统设计与控制方法研究与实现ELECTRICALSYSTEMDESIGNANDCONTROLMETHODRESEARCHANDIMPLEMENTATIONOFBANKNOTESORTER代立辉哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文纸币清分机电气系统设计与控制方法研究与实现硕士研究生：代立辉导师：黄庆成副教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringELECTRICALSYSTEMDESIGNANDCONTROLMETHODRESEARCHANDIMPLEMENTATIONOFBANKNOTESORTERCandidate：DaiLihuiSupervisor：Prof.HuangQingchengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerScienceandTechnologyAffiliation：DepartmentofComputerScienceandTechnologyDateofDefence：June,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-I-摘要纸币清分机是一种综合运用了光机电一体化、模式识别、图像处理等技术的金融设备，可实现纸币的点钞、计数以及根据纸币的真假、残破程度、新旧等级和版别进行分选归类工作，用户可根据需求设定功能。金融机构广泛的应用纸币清分机不但可以提高工作效率，减轻一线工作人员的劳动强度，提高金融自动化的水平；而且通过快速挑出伪钞以及不适宜再继续流通的破损币，维护了社会和经济金融秩序，保护了国家的金融安全，因此是各金融部门可选的一种理想的金融机具。本论文结合哈尔滨工业大学模式识别研究中心与苏州日宝科技有限责任公司合作进行BCS-450型纸币清分机的研发，对纸币清分机系统控制的关键技术进行了全面的研究，然后对清分机控制系统的硬件部分进行设计，并且根据该型号纸币清分机的机械结构和控制系统的电气硬件系统平台设计并实现了控制策略。纸币清分机的硬件系统组成从功能上可以划分为图像采集处理模块、鉴伪模块、控制模块、驱动模块、人机交互模块和机械部分，各模块相互配合，共同完成纸币清分。模块之间协同工作就需要进行通讯，因此，设计一个通讯方式对保证通讯的效率和通讯的实时性、准确性是至关重要的。本文中采用的是串口通讯方式，并且利用FPGA实现了一个串口收发器。纸币清分机是一种高速设备，平均每秒要处理十几张纸币，因此对实时性具有较高的要求。但是由于机器本身机械部件不够精密、电机转速受负载变化而不稳定导致的纸币运动的不可预测，以及系统电磁环境复杂等因素，导致在机器运行的过程中，以时间为基准来进行控制是不够精确的。在本文中，采用的办法是对主电机编码器产生的脉冲作为控制系统的同步信号来保证实时控制的。在对纸币进行清分的过程中，会出现很多无法预知的情况，同时伴随着并发事件。在本文中，采用程序查询和中断的方式来监视并处理并发事件和对状态进行检测。另外，机器运行过程中，可能会发生异常，文中采取对编码器和各传感器进行检测来及时发现并处理机器的各种异常，以保证机器的正常运行。本文研究开发的纸币清分机控制方法已经在BCS-450型纸币清分机上应用，并完成该型号纸币清分机的小批量(15台套)生产。关键词：纸币清分；控制系统；串口收发器；并发事件处理；异常处理哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThebanknotesorteristheproductthatisdesignedfortheautomationoffinancialbusiness,whichusesanumberoftechnologies,suchasopticalandelectricalintegration,patternrecognition,imageprocessing,etc.Itcanprovideperformancesuchascounting,counterfeitdetection,fitnesssorting,face&orientationsorting,denominationsortingandversionsortingforcurrency.Usercansetthefeatureondemands.Thebanknotesorterisanidealfinancialequipmentbecausethatgreatlyreducethelaborintensityofthecashierandimprovetheefficiencyofthefinancialsector,what'smore,itmaintainsthesocialandeconomicorderandprotectsthecountry'sfinancialsecuritybymeansofseekingoutforgedoroutwornnotes.ThispaperisbasedontheHarbinInstituteofTechnologyPatternRecognitionResearchCenterandSuzhouRibaoScienceandTechnologyCo.Ltd.incooperationforbanknotesorterBCS-450.Onthisbasis,authorconductacomprehensivestudyaboutkeytechnologiesofbanknotesorter’scontrolsystem,thendesignofthehardwarepartofthecontrolsystemanddesignandrealizecontrolstrategiesaccordingtomechanicalstructureandthehardwareplatformthecontrolsystem.Banknotesorter’shardwareconsistsoftheimageacquisitionandprocessingparts,andtheseizureofcounterfeitparts,andthecontrolparts,andthemechanicalparts,whichaccomplishbanknotesortingbycooperatingwitheachother.So,thedesignofasortofcommunicationtoensuretheefficiencyandaccuracyofreal-timecommunicationiscritical.WeuseserialcommunicationanddesigntheSerialTransceiverbyFPGA.Banknotesorterisahigh-speeddevices,itcanhandlemorethan10banknotespersecond,therefore,itisimportanttoensurethereal-time.Timeasthebasisforcontrolisnotenoughprecisebecauseofinexactitudemechanicalcomponentsandmotorrotationinstabilitybesubjecttovariationofloadandunpredictabilityofbanknote’smove,andinfluenceofcomplicatedelectromagneticenvironmentonthesystem.Inthispaper,thereal-timecontrolisrealizedbytheuseofmainmotorencoderpulsesassyncsignal.Manyunforeseencircumstancesandsomeconcurrenteventsarehappeninthecourseofsortingbanknotes.Inthispaper,programinquiriesandinterruptsareusedtooverseeandhandletheseeventsanddetectionofthestate.Inaddition,exceptionmaybehappeninthecourseofrunning,sointhispapertheencoderand-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-III-thesensordetectiontodetectandhandleexceptions,soastoensurethenormaloperationofthemachine.Banknotesorter’scontrolmethodsareresearchedanddevelopedinthispaperthathavebeenappliedtoBCS-450sorter,andsmalllotproductionofthissorterhasbeencompleted.Keywords:banknotesort；SerialTransceiver；controlsystem；concurrenteventshandling；exceptionhandling哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要.......................................................................................................................IABSTRACT.............................................................................................................II第1章绪论.........................................................................................................11.1课题背景及研究的目的和意义................................................................11.2国内外在该领域的研究现状及分析.........................................................21.2.1国外纸币清分机研究现状......................................................................21.2.2国内纸币清分机研究现状......................................................................41.3.......................................................................5纸币清分机的的关键技术1.4本文的主要研究内容...............................................................................9第2章清分机系统的硬件设计...