基于FPGA的等位移多點(diǎn)采樣硬幣識(shí)別研究
0 引 言
硬幣的識(shí)別分為兩個(gè)方面:對(duì)于硬幣幣值的準(zhǔn)確檢測(cè);對(duì)于真幣、偽幣的準(zhǔn)確鑒別。由于硬幣的復(fù)雜性,長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)于硬幣的準(zhǔn)確識(shí)別都難以很好的解決。目前,無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi),通常的解決方法都是基于單片機(jī)的電渦流檢測(cè)法。本文在電渦流檢測(cè)的基礎(chǔ)上,利用FPGA的快速處理特性和高可靠特性,對(duì)硬幣的厚度、直徑、材質(zhì)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等進(jìn)行了準(zhǔn)確的檢測(cè),以便準(zhǔn)確地識(shí)別硬幣。
1 電渦流反射式互補(bǔ)檢測(cè)傳感器原理
電渦流檢測(cè)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)之上的一種無(wú)損檢測(cè)方法,它適用于導(dǎo)電材料,如果把一塊導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)之中,在導(dǎo)體中就有感應(yīng)電流存在,即產(chǎn)生渦流,由于導(dǎo)體自身各種因素(如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀、尺寸和缺陷等)的變化會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)電流的變化,利用這種現(xiàn)象判知導(dǎo)體性質(zhì)、狀態(tài)的檢測(cè)方法,叫作電渦流檢測(cè)法。
在電渦流檢測(cè)中,是靠檢測(cè)線(xiàn)圈來(lái)建立交變磁場(chǎng)的;把能量傳遞給被檢導(dǎo)體,同時(shí)又通過(guò)渦流建立的交變磁場(chǎng)獲得被檢測(cè)導(dǎo)體中的質(zhì)量信息。
在本硬幣識(shí)別器中,采用探頭式線(xiàn)圈,由于硬幣在幣道中滾動(dòng)時(shí),其在徑向位置會(huì)產(chǎn)生微小的抖動(dòng),為了消除這種抖動(dòng)帶來(lái)的影響,在幣道兩邊都安裝有檢測(cè)線(xiàn)圈,進(jìn)行探頭互補(bǔ)式檢測(cè)。如圖1所示。
檢測(cè)線(xiàn)圈和檢測(cè)線(xiàn)路組成一個(gè)振蕩器,當(dāng)硬幣通過(guò)幣道時(shí),線(xiàn)圈的電感會(huì)發(fā)生變化,引起檢測(cè)電路振蕩頻率發(fā)生變化。通過(guò)FPGA對(duì)振蕩頻率進(jìn)行檢測(cè),以正確識(shí)別硬幣。
2 基于FPGA的等位移多點(diǎn)采樣原理
硬幣通過(guò)檢測(cè)線(xiàn)圈時(shí),會(huì)引起振蕩頻率發(fā)生變化,傳統(tǒng)的檢測(cè)方法通常是檢測(cè)變化的振蕩頻率的極值,即最大值。但這種檢測(cè)方法只有一個(gè)采樣點(diǎn),識(shí)別偽幣能力不強(qiáng)。也有人采用每過(guò)一段相同的時(shí)間取一次采樣點(diǎn),通過(guò)多采樣點(diǎn)提高識(shí)別效果。但是,當(dāng)硬幣通過(guò)幣道時(shí),由于投幣力量、初始速度以及硬幣邊緣的光滑程度、硬幣的重量等的區(qū)別,并不是每一種硬幣通過(guò)檢測(cè)線(xiàn)圈時(shí)的速度都是一致的;同一種、甚至同一個(gè)硬幣,也并不是每次通過(guò)檢測(cè)線(xiàn)圈時(shí)的速度都是一致的。所以,若采取等時(shí)間間隔取樣,就會(huì)造成取樣時(shí),硬幣和檢測(cè)線(xiàn)圈的物理相對(duì)位置不一樣,引起檢測(cè)結(jié)果不一樣。這不僅會(huì)引起對(duì)偽幣可靠識(shí)別的準(zhǔn)確性,也會(huì)影響對(duì)真幣的幣值檢測(cè)及真幣識(shí)別的可靠性,甚至把真幣當(dāng)成偽幣來(lái)識(shí)別。正是由于這些問(wèn)題,在實(shí)際的硬幣識(shí)別器產(chǎn)品中,通常采用的是只采取一個(gè)采樣點(diǎn),即極值采樣法,但這種單點(diǎn)采樣法由于只在硬幣通過(guò)幣道的某一瞬間獲取硬幣的參數(shù)信息,有很大的局限性,識(shí)別偽幣能力不強(qiáng)。
在該設(shè)計(jì)中,采取等位移多點(diǎn)取樣法,完全克服了以上方法的缺點(diǎn),具有很高的識(shí)幣能力。同時(shí),還能對(duì)硬幣的直徑進(jìn)行檢測(cè)。
由于采樣時(shí)間和采樣間隔都很短,對(duì)系統(tǒng)的高速性和可靠性有較高的要求,用傳統(tǒng)的單片機(jī)難以滿(mǎn)足要求,在該設(shè)計(jì)中,通過(guò)FPGA完成對(duì)數(shù)據(jù)的高速采樣和處理。
評(píng)論