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(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)。我國(guó)在汲取各國(guó)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(zhǎng)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(duì)在人民幣制造過(guò)程中采用特殊工藝而使之具有的紙質(zhì)及防偽特性，通過(guò)電子識(shí)別手段，把偽幣挑撿出來(lái)的自動(dòng)檢測(cè)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(dòng)電路，起動(dòng)、重復(fù)傳感器及處理電路，鍵盤(pán)、顯示電路，紅外線穿透識(shí)別電路，紫外線識(shí)別電路(包括熒光檢測(cè)，磷光檢測(cè))，磁性油墨及磁安全碼檢測(cè)電路，長(zhǎng)度、寬度、厚度檢測(cè)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(hào)；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(shí)別的形式并送給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)程序處理后，傳動(dòng)部分得到各種控制信號(hào)并產(chǎn)生動(dòng)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(jiǎn)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(jià)格比和設(shè)計(jì)電路最簡(jiǎn)化的需要。以下簡(jiǎn)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦寫(xiě)循環(huán)，數(shù)據(jù)保留期長(zhǎng)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(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器。6個(gè)兩級(jí)中斷源。1個(gè)全雙工串行口。震蕩器和時(shí)鐘電路。3級(jí)程序存儲(chǔ)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(shí)別電路，紫外線識(shí)別電路(包括熒光檢測(cè)，磷光檢測(cè))，磁性油墨及磁安全碼檢測(cè)電路，長(zhǎng)度、寬度、厚度檢測(cè)電路的原理和具體電路。
??????? (1)紫外線識(shí)別電路。紫外光特性是目前最為常見(jiàn)的識(shí)偽方法，我們都知道一定波長(zhǎng)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(jiàn)光這一物理特性。當(dāng)波長(zhǎng)340～370左右的紫外光照射在含有熒光劑的紙張表面時(shí)，熒光劑被擊發(fā)出波長(zhǎng)470nm的藍(lán)紫光，即所說(shuō)的熒光反應(yīng)，真鈔使用特殊紙張不含熒光劑，不會(huì)有熒光反應(yīng)，有些假鈔制造不具備這一條件，幣面會(huì)產(chǎn)生熒光反應(yīng)。但近些年來(lái)，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(lái)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(cè)原理和上面相同。這兩種特性綜合使用，可以提高識(shí)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(hào)，經(jīng)過(guò)IC5A(ua741)構(gòu)成的電流——電壓轉(zhuǎn)換器成為電壓信號(hào)，再由LM324(a，b)兩極放大并同比較器(LM324c構(gòu)成)設(shè)定的門(mén)限值比較后，將電平信號(hào)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(guò)率的光學(xué)材料做濾色鏡片。

??????? (2)紅外穿透特性識(shí)別。紅外特性對(duì)紅外穿透特性進(jìn)行識(shí)別，原理是紅外發(fā)光管通電時(shí)發(fā)出的特定波長(zhǎng)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)蔚哪康摹Ｔ撾娐分恍枰粚?duì)紅外收發(fā)光傳感器即可完成所需功能，電路非常簡(jiǎn)單，在此不再多介紹。
??????? (3)磁性油墨檢測(cè)。磁性油墨檢測(cè)是當(dāng)前世界各國(guó)都普遍采用的防偽措施。我國(guó)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(hào)，需要指出我們國(guó)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(shí)偽是目前最為有效的識(shí)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(lái)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)?。?duì)第四套人民幣可以用識(shí)別磁性油墨的強(qiáng)度來(lái)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(cè)(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(guò)時(shí)的脈沖數(shù)量，大于或小于一定數(shù)值就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。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(pán)旋轉(zhuǎn)來(lái)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(hào)。記錄鈔票走過(guò)時(shí)的脈沖個(gè)數(shù)，就可以準(zhǔn)確地知道鈔票的寬度。AT89C52用P13輸入該信號(hào)并處理。
??????? (5)長(zhǎng)度檢測(cè)：本設(shè)計(jì)中使用光長(zhǎng)度檢測(cè)傳感器采集信號(hào)，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(cè)。厚度信號(hào)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(hào)給AT89C52的P36。

4 程序流程圖
??? 由于篇幅有限，下面僅給出簡(jiǎn)要的主程序流程圖，有興趣的讀者可以試著自己編寫(xiě)其余的分支部分。??
5 分析與總結(jié)?
??? 該鑒偽系統(tǒng)對(duì)人民幣的多種防偽特性進(jìn)行檢測(cè)，是目前最完備的紙幣自動(dòng)鑒偽系統(tǒng)之一，具有很高的可靠性。其中對(duì)磷光反應(yīng)，厚度和鈔票長(zhǎng)度的檢測(cè)在國(guó)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
［２］AT89系列單片機(jī)技術(shù)手冊(cè)［Ｓ］.啟東單片機(jī)集團(tuán)公司
［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