基于FPGA的等位移多點采樣硬幣識別研究

0 引 言
硬幣的識別分為兩個方面：對于硬幣幣值的準(zhǔn)確檢測；對于真幣、偽幣的準(zhǔn)確鑒別。由于硬幣的復(fù)雜性，長期以來，對于硬幣的準(zhǔn)確識別都難以很好的解決。目前，無論是國外還是國內(nèi)，通常的解決方法都是基于單片機的電渦流檢測法。本文在電渦流檢測的基礎(chǔ)上，利用FPGA的快速處理特性和高可靠特性，對硬幣的厚度、直徑、材質(zhì)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等進行了準(zhǔn)確的檢測，以便準(zhǔn)確地識別硬幣。

1 電渦流反射式互補檢測傳感器原理
電渦流檢測是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)之上的一種無損檢測方法，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)的檢測方法，叫作電渦流檢測法。
在電渦流檢測中，是靠檢測線圈來建立交變磁場的；把能量傳遞給被檢導(dǎo)體，同時又通過渦流建立的交變磁場獲得被檢測導(dǎo)體中的質(zhì)量信息。
在本硬幣識別器中，采用探頭式線圈，由于硬幣在幣道中滾動時，其在徑向位置會產(chǎn)生微小的抖動，為了消除這種抖動帶來的影響，在幣道兩邊都安裝有檢測線圈，進行探頭互補式檢測。如圖1所示。

檢測線圈和檢測線路組成一個振蕩器，當(dāng)硬幣通過幣道時，線圈的電感會發(fā)生變化，引起檢測電路振蕩頻率發(fā)生變化。通過FPGA對振蕩頻率進行檢測，以正確識別硬幣。

2 基于FPGA的等位移多點采樣原理
硬幣通過檢測線圈時，會引起振蕩頻率發(fā)生變化，傳統(tǒng)的檢測方法通常是檢測變化的振蕩頻率的極值，即最大值。但這種檢測方法只有一個采樣點，識別偽幣能力不強。也有人采用每過一段相同的時間取一次采樣點，通過多采樣點提高識別效果。但是，當(dāng)硬幣通過幣道時，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檢測線圈時的速度都是一致的；同一種、甚至同一個硬幣，也并不是每次通過檢測線圈時的速度都是一致的。所以，若采取等時間間隔取樣，就會造成取樣時，硬幣和檢測線圈的物理相對位置不一樣，引起檢測結(jié)果不一樣。這不僅會引起對偽幣可靠識別的準(zhǔn)確性，也會影響對真幣的幣值檢測及真幣識別的可靠性，甚至把真幣當(dāng)成偽幣來識別。正是由于這些問題，在實際的硬幣識別器產(chǎn)品中，通常采用的是只采取一個采樣點，即極值采樣法，但這種單點采樣法由于只在硬幣通過幣道的某一瞬間獲取硬幣的參數(shù)信息，有很大的局限性，識別偽幣能力不強。
在該設(shè)計中，采取等位移多點取樣法，完全克服了以上方法的缺點，具有很高的識幣能力。同時，還能對硬幣的直徑進行檢測。
由于采樣時間和采樣間隔都很短，對系統(tǒng)的高速性和可靠性有較高的要求，用傳統(tǒng)的單片機難以滿足要求，在該設(shè)計中，通過FPGA完成對數(shù)據(jù)的高速采樣和處理。