一种ATM机纸币检测装置及检测方法技术领域
本发明涉及纸币检测技术领域，尤其是涉及一种检测精度高、抗
干扰能力强的ATM机纸币检测装置及检测方法。
背景技术
通常的电涡流纸币检测是在纸币经过两根对滚轴时，利用电涡流
传感器直接检测滚轴的位移量得到纸币的情况。由于用于检测纸币的
测量检测点需要密集排布以达到充分检测，其检测电路相对比较密集
且电路的温度变化、电磁干扰等都对检测信号采集有严重影响。单个
检测点的独立通道控制，更是造成高成本、印制板面积大、温度影响
大、电磁干扰大等缺点。
中国专利授权公开号：CN103177502A，授权公开日2013年6月
26日，公开了一种纸币清分机中的纸币厚度测量装置，包括底座，
厚度感知金属片，若干PCB螺旋线圈，滑块，主动轮，从动轮，传动
轴和信号处理电路，其中，所述底座上部设置有空腔，下部设置有
所述滑块，且所述滑块的凸起部伸出所述底座上表面；所述厚度感知
金属片一端固定在所述底座上部，另一端紧贴在所述滑块的凸起部；
所述若干PCB螺旋线圈设置在PCB板的底层，与所述厚度感知金属片
相对设置，并与所述底座中的空腔和所述厚度感知金属片构成谐振
腔；所述从动轮设置在所述滑块下部，所述主动轮套设在所述传动
轴上，且相对所述从动轮设置，所述信号处理电路设置在所述PCB板
上。该发明的不足之处是，传感线圈数量较少，而且没有考虑环境温
度等因素的影响，信号采集值不稳定，易造成胶带币或残缺币的漏辨
和误辨。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中纸币检测方法成本高、
误差大的不足，提供了一种检测精度高、抗干扰能力强的ATM机纸币
检测装置及检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种ATM机纸币检测装置，包括处理器、显示器、报警器、存储
器、FPGA芯片、信号采集电路、固定轮，位于固定轮上部并与固定
轮紧密贴合的浮动轮，分别设于固定轮和浮动轮上的2条滚轴，设于
浮动轮上方的PCB板，设于PCB板下表面上与浮动轮相对应的基准传
感器组和信号采集传感器组；基准传感器组包括m个传感线圈，信号
采集传感器组包括n个传感线圈，n＝5m，m≥3，基准传感器组的m个
传感线圈和信号采集传感器组的n个传感线圈依次排列成与纸币的
出币方向垂直的一列；每个传感线圈均与1个RC震荡电路连接，信
号采集电路的输入端分别与各个RC震荡电路的输出端电连接，信号
采集电路的输出端、FPGA芯片和处理器依次电连接，处理器分别与
显示器、报警器和存储器电连接。
本发明引入基准传感器组，可有效剔除检测结果中环境因素的影
响。
理想情况下，各个传感线圈的检测结果即为实际待测纸币的厚度
值。但实际的情况是数据采集器件、数据传输电路均会受到外界温度、
电磁干扰等影响，实际检测结果的数值准确性和稳定性会出现偏差。
例如：X+Y＝a，X为待测厚度值，a为实际检测值，Y为环境影
响因素；h+Y＝b，h为已知基准厚度值，b为实际基准厚度的检测值；
通过基准厚度值h的检测值b，可以得到环境影响因素值Y＝b-h；
再将检测结果数值中的环境影响因素值剔除，即可得到实际厚度值
X＝a-Y。
本发明的PCB板下表面上设有与浮动轮相对应的基准传感器组
和信号采集传感器组，基准传感器组的m个传感线圈和信号采集传感
器组的n个传感线圈依次排列成与纸币的出币方向垂直的一列，通过
传感线圈的分组排列及采样顺序的控制，可有效减少相邻传感线圈之
间电磁干扰的影响。
本发明通过差异化工作频率控制多个传感线圈同时采集，防止信
号串扰并提高检测效率及检测精度。
因此，本发明具有检测精度高、抗干扰能力强和检测效率高的特
点。
作为优选，每个RC震荡电路均包括电容C、电阻Rs和电阻RL；
电阻RL一端接电容C一端并接地，电阻RL另一端接对应的采集传感
线圈或基准传感线圈，电阻Rs一端接VCC，电阻Rs另一端分别接电
容C另一端、采集传感线圈或基准传感线圈另一端。
作为优选，信号采集传感器组的n个传感线圈分为p＝n/m组信号
采集传感器，第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，
第p组信号采集传感器和基准传感器组依次排列，并且各组传感线圈
的频率依次增加；
第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，第p组
信号采集传感器和基准传感器组中的各个传感线圈的RC震荡电路的
电容值依次减小。
作为优选，m为5，所述第1组信号采集传感器、第2组信号采
集传感器，...，第p组信号采集传感器和基准传感器组中的前两个
传感线圈相接触，后两个传感线圈相接触，第3个传感线圈与第2个
传感线圈、第3个传感线圈与第4个传感线圈之间均设有间隙。
作为优选，没有纸币通过时，浮动轮与基准传感线圈、浮动轮与
信号采集传感线圈之间的间距均为0.8至1.3mm。
一种ATM机纸币检测装置的检测方法，包括如下步骤：
(6-1)信号采集传感器组的n个传感线圈分为p＝n/m组信号采
集传感器，第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，第
p组信号采集传感器、基准传感器组依次排列，并且各组传感线圈的
频率依次增加；
第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，第p组
信号采集传感器、基准传感器组中的各个传感线圈均依次编号为S1，
S2，...，Sm；
当纸币横向滑进固定轮和浮动轮之间时，浮动轮向上浮动，引起
各个传感线圈的电感量变化；
(6-2)
(6-2-1)信号采集电路按照第1组信号采集传感器、第2组信
号采集传感器，...，第p组信号采集传感器、基准传感器组的传感线
圈Si的顺序依次采集各个传感线圈的RC振荡电路输出的信号；其中，
i的初始值为1；
(6-2-2)FPGA芯片获得基准传感器的采样值Ref，各组信号采
集传感器的采样值Smp1，Smp2，...，Smpp；
利用公式Oppj＝Smpj-Ref计算并得到检测值Opp1，Opp2，...，
Oppp；其中，j为1，...，p；
(6-2-3)当i＜m时，使i值增加1，返回步骤(6-2-1)；
(6-3)将Oppj输入校准曲线模型中，计算得到经过校准后的检
测值W1，W2，...，Wp，将W1，W2，...，Wp输送给处理器；
(6-4)处理器得到m组W1，W2，...，Wp，存储器中设有与m组
W1，W2，...Wp相关的数据库，处理器根据检测的m组W1，W2，...Wp
查询数据库获得纸币厚度及与其对应的纸币类型判断信息，显示器显
示纸币类型判断信息，当显示器显示纸币为胶带币或残缺币时，处理
器控制报警器报警。
作为优选，所述校准曲线模型利用如下步骤获得：
(7-1)选取厚度依次增加的f个校准片依次横向滑进固定轮和
浮动轮之间，利用步骤(6-1)至(6-2-3)得到每个校准片的m组检
测值Opp1，Opp2，...，Oppp；
(7-2)计算每个校准片的m组Opp1，Opp2，...，Oppp的平均值
Opp平均，将每个校准片的厚度q和Opp平均组成一个点(q，Opp平均)，
得到f个点(q，Opp平均)，在二维坐标系中将相邻点连接起来，得到
校准曲线模型。
作为优选，f为15至21。
因此，本发明具有如下有益效果：检测精度高、抗干扰能力强和
检测效率高。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的基准传感器组和信号采集传感器组的一种结构
示意图；
图3是本发明的RC震荡电路和传感线圈的一种电路图；
图4是本发明的信号采集传感器组的一种分组示意图；
图5是本发明的一种原理框图；
图6是本发明的实施例的一种流程图；
图7是本发明的一种校准曲线模型图。
图中：处理器1、FPGA芯片2、信号采集电路3、固定轮4、浮
动轮5、滚轴6、PCB板7、基准传感器组8、信号采集传感器组9、
纸币10、RC震荡电路11、显示器12、报警器13、存储器14、传感
线圈81。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2、图5所示的实施例是一种ATM机纸币检测装置，
包括处理器1、显示器12、报警器13、存储器14、FPGA芯片2、信
号采集电路3、固定轮4，位于固定轮上部并与固定轮紧密贴合的浮
动轮5，分别设于固定轮和浮动轮上的2条滚轴6，设于浮动轮上方
的PCB板7，设于PCB板下表面上与浮动轮相对应的基准传感器组8
和信号采集传感器组9；基准传感器组包括5个传感线圈81，信号采
集传感器组包括20个传感线圈，如图2所示，基准传感器组的5个
传感线圈和信号采集传感器组的20个传感线圈依次排列成与纸币的
出币方向垂直的一列；每个传感线圈均与1个RC震荡电路11连接，
信号采集电路的输入端分别与各个RC震荡电路的输出端电连接，信
号采集电路的输出端、FPGA芯片和处理器依次电连接，处理器分别
与显示器、报警器和存储器电连接。
如图3所示，每个RC震荡电路均包括电容C、电阻Rs和电阻RL；
电阻RL一端接电容C一端并接地，电阻RL另一端接对应的采集传感
线圈或基准传感线圈，电阻Rs一端接VCC，电阻Rs另一端分别接电
容C另一端、采集传感线圈或基准传感线圈另一端。
如图4所示，信号采集传感器组的20个传感线圈分为5组信号
采集传感器，第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，
第5组信号采集传感器、基准传感器组依次排列，并且各组传感线圈
的频率依次增加；
第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，第5组
信号采集传感器、基准传感器组中的各个传感线圈的RC震荡电路的
电容C分别为68pF，100pF，120pF，150pF，200pF，240pF依次
减小。
第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，第5组
信号采集传感器、基准传感器组中的前两个传感线圈相接触，后两个
传感线圈相接触，第3个传感线圈与第2个传感线圈、第3个传感线
圈与第4个传感线圈之间均设有间隙。
没有纸币通过时，浮动轮与基准传感线圈、浮动轮与信号采集
传感线圈之间的间距均为1mm。
如图6所示，一种ATM机纸币检测装置的检测方法，包括如下步
骤：
步骤100，纸币横向滑进固定轮和浮动轮之间
信号采集传感器组的20个传感线圈分为p＝4组信号采集传感器，
第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，第4组信号采
集传感器、基准传感器组依次排列，并且各组传感线圈的频率依次增
加；
第1组信号采集传感器、第2组信号采集传感器，...，第4组
信号采集传感器、基准传感器组中的各个传感线圈均依次编号为S1，
S2，...，S5；
当纸币横向滑进固定轮和浮动轮之间时，浮动轮向上浮动，引起
各个传感线圈的电感量变化；
步骤200，得到检测值
步骤210，信号采集电路按照第1组信号采集传感器、第2组信
号采集传感器，...，第4组信号采集传感器、基准传感器组的传感线
圈Si的顺序依次采集各个传感线圈的RC振荡电路输出的信号；其中，
i的初始值为1；
步骤220，FPGA芯片获得基准传感器的采样值Ref，各组信号采
集传感器的采样值Smp1，Smp2，...，Smp4；
利用公式Oppj＝Smpj-Ref计算并得到检测值Opp1，Opp2，...，
Opp4；其中，j为1，...，4；
步骤230，当i＜5时，使i值增加1，返回步骤210；
步骤300，对检测值进行校准
将Oppj输入校准曲线模型中，计算得到经过校准后的检测值W1，
W2，...，W4，将W1，W2，...，W4输送给处理器；
步骤400，显示检测结果，当为胶带币或残币时报警
处理器得到4组W1，W2，...，W4，处理器中设有与4组W1，W2，...
W4相关的数据库，处理器根据检测的4组W1，W2，...W4查询数据库
获得纸币厚度及与其对应的纸币类型判断信息，显示器显示纸币类型
判断信息，当显示器显示纸币为胶带币或残缺币时，处理器控制报警
器报警。
校准曲线模型利用如下步骤获得：
(7-1)选取厚度依次增加的16个校准片依次横向滑进固定轮和
浮动轮之间，利用步骤100至230得到每个校准片的4组检测值Opp1，
Opp2，...，Opp5；
(7-2)计算每个校准片的4组Opp1，Opp2，...，Opp5的平均值
Opp平均，将每个校准片的厚度q和Opp平均组成一个点(q，Opp平均)，
得到f个点(q，Opp平均)，在二维坐标系中将相邻点连接起来，如图
7所示的得到校准曲线模型。
如图7所示，图中有不同温度的三条曲线，本发明是在T＝25℃
检测的，采用T＝25℃的曲线；由图7可以看出，对于每个Oppj均会
得到其相对应的Wj。
16个校准片的厚度依次为5丝、6.25丝、7.5丝、8.75丝、10
丝、11.25丝、12.5丝、13.75丝、15丝、16.25丝、17.5丝、18.75
丝、20丝、21.25丝、22.5丝、23.75丝。
本发明引入了基准传感器组，并使用信号采集传感器组和基准传
感器组的相对值Opp作为采样结果(Opp＝Smp-Ref)，由于基准传
感器组与基准传感器组随温度同步变化，而且由于每次采样的时间很
短，在这个时间内可以认为温度没有发生变化，因此采样结果就基本
消除了温度的影响。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范
围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员
可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附
权利要求书所限定的范围。