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，對(duì)于硬幣的準(zhǔn)確識(shí)別都難以很好的解決。目前，無論是國(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)線圈來建立交變磁場(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)帶來的影響，在幣道兩邊都安裝有檢測(cè)線圈，進(jìn)行探頭互補(bǔ)式檢測(cè)。如圖1所示。
檢測(cè)線圈和檢測(cè)線路組成一個(gè)振蕩器，當(dāng)硬幣通過幣道時(shí)，線圈的電感會(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
硬幣通過檢測(cè)線圈時(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)。也有人采用每過一段相同的時(shí)間取一次采樣點(diǎn)，通過多采樣點(diǎn)提高識(shí)別效果。但是，當(dāng)硬幣通過幣道時(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檢測(cè)線圈時(shí)的速度都是一致的；同一種、甚至同一個(gè)硬幣，也并不是每次通過檢測(cè)線圈時(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)成偽幣來識(shí)別。正是由于這些問題，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)難以滿足要求，在該設(shè)計(jì)中，通過FPGA完成對(duì)數(shù)據(jù)的高速采樣和處理。
2．1 系統(tǒng)原理
圖2為系統(tǒng)原理框圖。在幣道的不同位置安裝有幾個(gè)光電傳感器，通過基于FPGA的脈沖寬度測(cè)量，可檢測(cè)得到硬幣通過幣道中光電傳感器之問距離的間隔時(shí)間。通過FPGA的高速數(shù)據(jù)處理，可得到硬幣的直徑、硬幣通過幣道時(shí)的加速度，并得到硬幣進(jìn)行等位移多點(diǎn)采樣的采樣時(shí)刻。當(dāng)硬幣通過檢測(cè)線圈時(shí)，就進(jìn)行基于 FPGA的多倍周期同步測(cè)頻。再由FPGA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速處理，得到硬幣的特征參數(shù)，再把該特征參數(shù)和E2PROM中的硬幣特征值進(jìn)行比較，就可以判別硬幣的幣值和真?zhèn)巍?
2．2 基于FPGA的間隔時(shí)間測(cè)量
圖3為基于FPGA的間隔時(shí)間測(cè)量原理示意圖，A，B，C三點(diǎn)為光電檢測(cè)點(diǎn)。當(dāng)硬幣通過光電檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，光電檢測(cè)電路的輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖健D4為硬幣通過幣道時(shí)A，B，C三個(gè)光電傳感器的輸出波形。
