銀行紙幣鑒偽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
偽幣干擾正常的貨幣流通，擾亂經(jīng)濟(jì)秩序，世界各國都在貨幣制造和防偽方面不遺余力，力求應(yīng)用現(xiàn)代最前沿的科技制造出更加完美，更加難以偽造的貨幣，保護(hù)本國經(jīng)濟(jì)。我國在汲取各國造幣技術(shù)精華的基礎(chǔ)上，在第四、五套人民幣中使用了許多先進(jìn)的防偽手段。本文介紹的防偽系統(tǒng)以ATmel公司出品的高性能8位微控制器AT8PC52為核心處理芯片，完成紙質(zhì)、磁安全碼、磁性油墨、熒光油墨、長寬尺寸、厚度及紅外、紫外特性的鑒別，是一套完整的，高可靠性的設(shè)計(jì)方案。
2 紙幣鑒偽系統(tǒng)構(gòu)成
人民幣鑒偽系統(tǒng)是針對在人民幣制造過程中采用特殊工藝而使之具有的紙質(zhì)及防偽特性，通過電子識別手段，把偽幣挑撿出來的自動檢測系統(tǒng)。它由傳感器，處理電路，中央控制芯片，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等硬件和相應(yīng)的軟件程序組成。
如圖1方框圖所示，本系統(tǒng)包括單片計(jì)算機(jī)，計(jì)數(shù)電路，傳動電路，起動、重復(fù)傳感器及處理電路，鍵盤、顯示電路，紅外線穿透識別電路，紫外線識別電路(包括熒光檢測，磷光檢測)，磁性油墨及磁安全碼檢測電路，長度、寬度、厚度檢測電路和電源組成。
在方框圖中，各種傳感器負(fù)責(zé)采集信號；處理電路將采集到的模擬量和數(shù)字量轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)可以識別的形式并送給單片機(jī)，經(jīng)過程序處理后，傳動部分得到各種控制信號并產(chǎn)生動作(正常運(yùn)行，停機(jī)，鳴叫，顯示等)。
3 硬件電路
3.1 AT8PC52單片機(jī)芯片簡介
本設(shè)計(jì)采用ATmel公司的AT8PC52單片機(jī)作為控制芯片主要是因?yàn)樵撔酒叩男阅軆r格比和設(shè)計(jì)電路最簡化的需要。以下簡要介紹芯片的特性。
AT89C52是一種帶8K字節(jié)閃速可編程，可擦除只讀存儲器(PEROM)的低功耗，高性能CMOS8位微控制器。該器件采用ATMEL非易失存儲器制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集及輸出引腳相兼容。ATMEL將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了更高的靈活性。

AT89C52集成了8K字節(jié)的閃速程序存儲器，可進(jìn)行1000次擦寫循環(huán)，數(shù)據(jù)保留期長達(dá)十年。256字節(jié)RAM。靜態(tài)工作頻率0～24MHz。32條可編程I/O端口。3個16位定時器／計(jì)數(shù)器。6個兩級中斷源。1個全雙工串行口。震蕩器和時鐘電路。3級程序存儲器鎖定。

3.2 紙幣鑒偽系統(tǒng)電路構(gòu)成
下面將分別介紹紅外線穿透識別電路，紫外線識別電路(包括熒光檢測，磷光檢測)，磁性油墨及磁安全碼檢測電路，長度、寬度、厚度檢測電路的原理和具體電路。
(1)紫外線識別電路。紫外光特性是目前最為常見的識偽方法，我們都知道一定波長的紫外線具有能夠激發(fā)隱含的不發(fā)光熒光物質(zhì)發(fā)出可見光這一物理特性。當(dāng)波長340～370左右的紫外光照射在含有熒光劑的紙張表面時，熒光劑被擊發(fā)出波長470nm的藍(lán)紫光，即所說的熒光反應(yīng)，真鈔使用特殊紙張不含熒光劑，不會有熒光反應(yīng)，有些假鈔制造不具備這一條件，幣面會產(chǎn)生熒光反應(yīng)。但近些年來，由于技術(shù)的進(jìn)步和集團(tuán)化大規(guī)模造假成為偽幣產(chǎn)生的主流，不含熒光劑的偽鈔越來越多，上述方法已不能有效地檢驗(yàn)出紙幣的真?zhèn)?，而磷光反?yīng)是在鈔票的特定部位印上紫外光下呈黃綠色發(fā)光的物質(zhì)，檢測原理和上面相同。這兩種特性綜合使用，可以提高識偽的可靠性。
在(圖3c)中可以看到光學(xué)傳感器采集到的電流訊號，經(jīng)過IC5A(ua741)構(gòu)成的電流——電壓轉(zhuǎn)換器成為電壓信號，再由LM324(a，b)兩極放大并同比較器(LM324c構(gòu)成)設(shè)定的門限值比較后，將電平信號傳給單片機(jī)的P05，P06處理。
一般紫外線光源采用主峰值譜線在365nm的紫外線黑光燈，光學(xué)傳感器采用光學(xué)濾色片加蘭硅光電池組成。光學(xué)傳感器可根據(jù)(圖3b)確定光譜響應(yīng)曲線，注意應(yīng)嚴(yán)格控制其曲線的截止頻率和選用高透過率的光學(xué)材料做濾色鏡片。

(2)紅外穿透特性識別。紅外特性對紅外穿透特性進(jìn)行識別，原理是紅外發(fā)光管通電時發(fā)出的特定波長的紅外光穿透鈔票被光敏三極管接收，由于真鈔和假鈔透光率不同，光敏三極管的輸出電流也有差別，從而達(dá)到區(qū)分真?zhèn)蔚哪康?。該電路只需要一對紅外收發(fā)光傳感器即可完成所需功能，電路非常簡單，在此不再多介紹。
(3)磁性油墨檢測。磁性油墨檢測是當(dāng)前世界各國都普遍采用的防偽措施。我國在第四，五套人民幣上也使用了磁性油墨，高靈敏度的磁傳感器能有效捕捉到磁信號，需要指出我們國家在第五套人民幣上還加有磁性安全線，并且每一幣種的安全線磁碼排列都不相同，偽幣由于制造工藝和制造成本的限制目前還不能在這一指標(biāo)上同真幣媲美，因此安全線識偽是目前最為有效的識偽手段之一。正電路設(shè)計(jì)上，本電路上采用高靈敏度、低噪聲的音頻磁頭來拾取磁安全線磁碼，用(圖4a)電路處理后輸入單片計(jì)算機(jī)計(jì)算磁碼排列，從而區(qū)分真?zhèn)?。對第四套人民幣可以用識別磁性油墨的強(qiáng)度來鑒別，由于磁性油墨強(qiáng)度較低，傳感器選用MFC-H。

(4)寬度檢測(圖5a)：這部分電路的功能是利用光電旋轉(zhuǎn)編碼器(圖5b)記錄下每張鈔票走過時的脈沖數(shù)量，大于或小于一定數(shù)值就發(fā)出報警信號。一般情況下此電路可以做到2mm以下的精度。光電旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理如(圖5b)所示：用碼盤旋轉(zhuǎn)來阻斷發(fā)光管和接收管之間的紅外光，在接收端電路中產(chǎn)生脈沖信號。記錄鈔票走過時的脈沖個數(shù)，就可以準(zhǔn)確地知道鈔票的寬度。AT89C52用P13輸入該信號并處理。
(5)長度檢測：本設(shè)計(jì)中使用光長度檢測傳感器采集信號，經(jīng)AD623放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7821變成數(shù)字形式。DB0-DB7將數(shù)字量送入AT89C52的P2口。

(6)厚度檢測。厚度信號利用模擬型霍爾傳感器SS495(HONEYWELL公司出品)經(jīng)AD623放大，LM339比較，CD4014D鎖存器輸出電平信號給AT89C52的P36。

4 程序流程圖
由于篇幅有限，下面僅給出簡要的主程序流程圖，有興趣的讀者可以試著自己編寫其余的分支部分。
5 分析與總結(jié)
該鑒偽系統(tǒng)對人民幣的多種防偽特性進(jìn)行檢測，是目前最完備的紙幣自動鑒偽系統(tǒng)之一，具有很高的可靠性。其中對磷光反應(yīng)，厚度和鈔票長度的檢測在國內(nèi)尚屬首次，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

［１］單片機(jī)的原理與應(yīng)用［Ｍ］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社
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［３］MAXIM.DATA BOOK［Ｓ］.1998，MAXIM1998
［４］何利民.單片機(jī)接口技術(shù)［Ｍ］.北京航空航天大學(xué)出版社