自动售货机和硬币处理设备 本发明涉及一种自动售货机和硬币处理设备，比如可以包括识别装置(validators)。
本发明的某些方面特别地涉及自动售货机。
指定路线送货人典型地必须经常访问自动售货机，检查叠放的物品中是否都已用光。这样的访问需要足够地频繁，以便防止叠放的物品用光，造成销售量的损失，但是，又不能太经常以致造成花费不必要的精力。这可能是难以计划的，特别是当物品销售的速率可能变化时难以计划。
自动售货机可能出现故障，从而使得要销售的产品出现堵塞，因此，已经对物品付钱的顾客可能会发现无法收到该物品。为了避免这样产生的损失，已经知道提供带有传感器的自动售货机，这些传感器确定产品是否如所希望的那样被销售。也已经知道提供一种传感器，它可以检测出什么时候产品已经售完，并对此做出响应，停止进一步的销售。
按照本发明的一个方面，提供了一种自动售货机，它有测量在其中储存的可销售产品的数量的装置。这样的装置可以用于多种目的。可以确定可销售产品地数量的改变是否按照预计的销售计划进行，从而确认已经实现了销售。如果所感知的数量没有适当地改变，可以使机器再次销售产品，但需要清理故障或堵塞。如果确定出高度为零，也可以确保阻止进一步的销售。然而，在本发明的一个优选方面，可以把代表所感知的数量的信号传递到远方的位置，从而在产品售完之前可以确定出将很快需要补给，也可以安排指定路线送货人的访问。
虽然在下文中所描述的这一方面是测量可供销售的产品(这些产品可以为任何类型，比如包装品、杯子、罐或者液体的或固体颗粒的散装物品)，但是，类似的优点可以用来把此技术用于测量废弃的产品，比如在废弃物容器中的液体溢出物，因为此技术将提供对什么时候需要指定路线送货人访问的预先警告。另一方面是测量正在销售的物品的数量(比如在杯子中的液体)，从而使得销售可以比例如简单的定时操作更精确。
可以采用多种技术确定可销售产品的数量。然而，有一种特别优选的技术，这种技术实现起来相对较便宜，并且，这种技术适宜于与许多不同的物理构形一起使用。结果，按照本发明的一个优选实施例，通过产生一个声音脉冲并确定该脉冲由一个表面反射到一个接收器的时间来确定可销售产品的数量。如下面所描述的那样，以前(在GB-A-2190749中)已经描述了与此类似的技术，用来测量在一个储存管中硬币的数量。下面还将解释一个特别有利的改进，已经将此改进用于该技术，并且，当用于按照本发明的自动售货机中时这一改进有好处。
本发明的其它方面与硬币识别装置具体有关。
硬币识别装置通常包括许多传感器，例如用来检测插入的硬币的性质，检测在硬币路径的不同位置处硬币的存在，检测在硬币储存器中硬币的高度，等等。已经有许多方案可以生产更有效，更紧凑和/或更便宜的传感器。
在GB-A-2190749中示出了一个示例。所公开的装置监测在硬币管中硬币的高度，这是通过朝向叠垛的顶部发出一系列超声脉冲并测量发射脉冲与反射脉冲之间的时间实现的。这样装置的优点是可以显示出硬币的绝对高度，而不是像在许多普通的高度传感器的情况那样仅只显示高度是否超过一个高度阈值。然而，所描述的装置有许多缺点。在构造上有困难，这是因为超声换能器是一种共振结构，因此将产生减幅振荡。用来减少这种减幅振荡的任何阻尼也将降低功率输出，导致潜在的噪音问题。还有，如果换能器输出的相当大的比例耦合进周围的结构，可能会造成接收麦克风的饱和。换能器必须与硬币的叠垛离开一个较长的距离，因为否则微处理器将在停止检测所发射的脉冲之前检测到反射的脉冲，这使得整个结构较大，并且难以组装。
希望至少解决这些问题中的某些问题。
此外，希望提供简单并且成本有效的技术来检测硬币识别装置的构形的各方面，从而可以感知或避免故障和堵塞。
按照本发明的另一方面，提供一种带有电火花发生器的硬币处理装置。为了检测一个表面的位置或存在，启动该火花发生器，产生一个压力波，并检测该压力波到达接收器所用的时间。
在下面描述的实施例中，压力波由该表面(假设存在这样的表面)反射到一个麦克风。麦克风感知到这样的反射标志着该表面的存在，而传播时间提供对该表面的位置的指示。火花产生强的压力波，有非常陡的上升时间和非常短的脉宽。与例如GB-A-2190749的装置相比，陡的上升时间提供出非常精确的结果，在GB-A-2190749的装置中，相当缓慢的上升时间意味着由感知到反射的脉冲计算出该表面的位置将与振幅有关，因此不准确。短的脉宽使得可以把火花发生器放在更靠近要检测的表面，而不会有发射的压力波与反射的波同时被检测到的危险。
本发明的其它方面针对使用声音脉冲检测硬币监测装置的构形；这样，例如通过确定是否在一个特定的时间期间内收到反射的声音脉冲，可以使用声音脉冲检测是否存在硬币的储存，或者硬币路线门是否在一个预先确定的位置。声音脉冲也可以用来检测硬币储存装置的尺寸(例如硬币管的宽度)，这通过感知脉冲在已经由该储存装置的一个壁反射之后要用多长时间到达接收器来实现。作为对声音脉冲的干扰的结果也将可以检测出在一个特定取向上硬币存在堵塞。通过利用特别短的脉冲，最好比100微秒短，更可取的是比25微秒短，比如电火花可以产生的短脉冲，可以使所有这些可能性更容易实现。
现在将以示例的方式参考着附图描述本发明的各种实施例，在附图中：
图1示意性地示出了按照本发明的一个硬币处理设备；
图2为图1所示设备的一个硬币管的示意图，此管已经使用了按照本发明的方法运行的一个高度传感器；
图3a和3b为使该高度传感器运行的线路图；
图4为在图3a和3b所示线路中出现的波形图；
图5为图1所示设备的硬币储存部段的透视图；
图6a和6b为示意图，示出了采用本发明的技术可以检测出的硬币识别装置的各种构形；
图7为按照本发明的自动售货机的示意图；以及
图8为在按照本发明的另一种自动售货机中的产品分配装置的平面图。
参见图1，一个硬币处理设备102包括一个硬币识别装置104，用来接受以附图标记106表示的硬币。在硬币106沿该识别装置104中的路径108通过的过程中，该识别装置提供了信号，显示出是否可以接受硬币，以及如果可以接受，硬币的面额为多大。
随后可以接受的硬币进入一个硬币分离器110，此分离器有由设备的线路控制的多个门(未画出)，用来使来自主路径112的硬币选择性地变换方向，进入多个进一步的路径114、116、118、119和120中的任何一个，或者使得硬币可以继续沿着路径112到达通到现金箱124的路经122。如果硬币是不可接受的，它们将不能进入分离器110，而把它们通过路径126直接引导到一个拒绝狭口。
路径114、116、118、119和120中的每一条通到五个硬币管或硬币容器128、130、131、132和134中的相应的一个。把这些容器中的每一个设置成储存一种特定面额的竖直的一叠硬币。虽然示出了五个容器，但是，可以设置任何数量的容器。
示意性地以附图标记136表示的分配器当设备要实现改变时可以由这些容器中的被挑选的那些容器中分配硬币。
参见图2，此图示出了与容器128、130、131、132和134中的任何一个对应的一个代表性的硬币管2。该硬币管2中已经存储了硬币4，以面对面的竖直叠放，置放在一个底座上，该底座的高度用基准线6表示。形式为火花隙8的一个声音脉冲发生器和一个麦克风10位于该硬币管2的上方。在这一实施例中，把火花隙8和麦克风10都设置在硬币叠垛的底座6上方高度为H的传感器基准线12上(但是，也可以把它们安装在不同的高度)。
为了检测硬币在管2中的高度，控制线路触发一个火花，并且测量所形成的声音脉冲由一叠垛4中最上面的硬币反射回来并传到麦克风10所用的时间。假设所用的时间为t，音速为V，那么，S＝H-Vt/2表示叠垛的高度。
V＝331，29×(T/273)1/2m/s，其中T为绝对温度。假设一个平均温度可以得到精确的结果，然而，在优选实施例中，使用一个温度传感器可以提供甚至更高的精度。这假设已经足够精确地知道高度H，此足够的精度或者通过控制制造误差来获得，或者通过一个初始的校准操作来获得，在该校准操作中，当硬币罐是空的时测量反射时间t，并计算出H，此高度等于Vt/2。
参见图3a，把一个振荡器20耦合到一个倒相变压器(an invertertransformer)22上。一个二极管24对它的输出检波，并把直流输出储存在电容器26中，产生大约250伏的直流电压。通过一个闸流管(thyristor)28耦合到一个升压变压器30上。当触发闸流管28时，在升压变压器30的输出端产生大约9kV的电压，把这个电压连接到火花间隙8上。这产生一个强的火花，其上升时间小于20微秒。火花的功率直接耦合到空气，而不是耦合到周围的结构上，因此产生出非常有效和非常短的声音脉冲。
一个火花速率发生器36以规则的间隔比如50Hz触发闸流管，包括一个LED38的光学接口把该发生器耦合到闸流管上。
火花速率发生器36还有一个输出A，把此输出输送到在图3b中示出的检测电路。每当产生一个火花，此输出A就携带单一的脉冲。把此脉冲作用到一个开始输入，启动一个计数器40。
通过一个放大器42把麦克风10的输出输送到一个比较器44。每当麦克风检测到一个足够强的信号时，比较器的输出上升，使得放大器的输出超过一个阈值VREF。上升的比较器输出通过一个AND门46施加到计数器40的停止输入48上。把计数器40的时钟输入49耦合到一个10MHz的时钟50上。因此，计数器对于所产生的火花与被麦克风10接受的反射脉冲之间的时间进行计数。一个处理器52取得计数器40的输出和温度传感器54的输出，以便计算出叠垛的高度S。温度传感器54可以是一个分立的传感器，例如一个热敏电阻，或者可以是由为了其它目的使用的一个传感器导出的输出，该传感器例如是用来测量硬币性质的一个电磁传感器，在这种情况下，可以使用当没有硬币存在时传感器的输出来表示温度。
另外地参见图4，波形A表示火花速率发生器36发送到计数器40的脉冲。波形B示出比较器42的输出，将会注意到，麦克风大约在火花产生的时刻探测到脉冲。麦克风将直接探测到来自火花间隙的声音脉冲。同样，因为火花很强，即使非常小的一部分功率耦合到结构上，也将在相关的结构中产生一定程度的减幅振荡。这可以产生一个或多个由麦克风10拾取的附加振动。
为了不让这些初始的脉冲干扰计数器40的工作，设置一个延迟电路56，以产生在图4中以C表示的一个熄灭脉冲。这一脉冲由在图4中以A表示的火花触发脉冲开始历时大约150微秒，它足够长，以便包容麦克风感应到的任何初始脉冲。一个反相器58把脉冲C施加到AND门46的另一个输入上，使得当存在熄灭脉冲时没有任何来自比较器44的输出会传递到计数器的停止输入上。
在一个改进的装置中，线路可操作的进行两次时间测量，t1和t2，在图4中示出了它们，它们分别表示在已经发出火花脉冲之后检测到的第一声音脉冲I1和在预先确定的熄灭期间之后检测到的第二声音脉冲I2，熄灭期间可以与图4的期间C相对应。有一个与这些脉冲中的第一个脉冲相关的预先确定的已知距离D。例如，这个距离可以是火花发生器8与麦克风10之间的距离。另外，在一个固定的已知位置可以有一个反射表面，距离D为由火花发生器到反射表面的距离与由反射表面到麦克风的距离之和。
采用这样的装置可以通过确定由火花发生器到硬币叠垛的顶部的距离并随后由叠垛的顶部到接受器的距离L计算出硬币的高度，计算中使用下面的关系：L/D＝t2/t1。
这提供了高度的精确显示，而不需要温度测量，这是因为温度相应地影响效果t1和t2，因此抵消掉了。
通过适当的校准操作可以不再需要知道尺寸D。
在上面描述的装置中，除了计算出硬币叠垛的顶部的位置以外，还可以通过使用一个查询表确定出该位置，利用时间测量制作出该查询表。
当正在进行测量时，可以在一段期间内以所要求的速率连续地启动火花发生器。为了改进分辨率，处理器52最好由计数器40取多次测量，并把它们平均。
替代地或者附加地，火花速率发生器36可以对来自一个识别线路(未画出)的信号做出响应，该信号表示正在把一枚硬币输送到硬币储存装置2。对此做出响应，产生第一火花，为的是测量在管中的硬币的高度，在一个预定的延迟期间之后，产生第二个火花，作进一步的测量。比较这些测量，如果差别不代表与单个硬币对应的一个附加厚度，就产生出一个误差信号。替代地或者附加地，可以比较在一次硬币分配操作之前和之后所作的测量。在这些实施例中，测量是由事件驱动的。
在由事件驱动的实施例的一个优选方式中，火花速率发生器36使得每一次测量可以进行一个预先确定的期间。这样使得可以取得多个读数，并将它们平均，形成每次测量。
实验建议：假设在储存装置中有一枚硬币，最薄的硬币的厚度为1.75毫米，假设不采用温度补偿并且温度可能有10摄氏度的变化，获得与一枚硬币的厚度的一半相对应的精度(在有29枚硬币的高度条件下)是可能的。然而，温度补偿可以有效地消除误差。在一个实用的装置中，不需要过多的努力把由于机械加工的误差的变化限制在最薄的硬币的厚度的25％是可能的。也发现：由于声音脉冲有快的上升时间，测量时间分辨率高达0.1微秒的反射时间是可能的。通过平均10个读数，发现获得了大约等于0.18毫米的分辨率。
因此，采用本发明的技术，很容易实现比单枚硬币的厚度更好的测量分辨率。这可以与GB-A-2190749的装置相比较，在那个装置中，实验表明：声音脉冲的上升时间可能有250微秒的量级，脉冲的整个时间可能有1.5毫秒的量级。还有，如果对换能器进行阻尼来足够地降低脉宽，脉冲的功率会降低到本身出现噪音问题的程度。因此，为了实用的目的，实现单枚硬币的分辨率如果不是不可能的，至少是非常困难的。
图5示出了一种实用的装置，它按照本发明的教导运行。在这种情况下，有单一的火花发生器8，用来产生声音脉冲，用来检测在所有容器128、130、131、132和134中的硬币叠垛的高度。采用一个歧管60把声音脉冲传输到这些容器。火花发生器8的终端62和62引到一对线(未画出)上，这些线的端部分开大约3毫米。歧管80包括3毫米直径的管，由火花区域伸展到容器的上方的位置。每根管的端部扩张开，以使内径由3毫米增加到6毫米，为的是改进阻抗匹配和声音脉冲传输特点。每个扩张的端部66的位置紧挨着相应的麦克风68，扩张的端部66与麦克风68之间的中心线位于容器128、130、131、132和134中的相应的容器的中心线的上方。这样帮助避免不希望有的声音反射。
已经发现采用歧管60把声音脉冲传输到相应的区域显著地降低了按照本发明的装置的成本和它所占据的空间。可以接续地把麦克风与线路连接和断开，使得可以使用同一个检测装置用于所有的高度传感器。
再次参见图1，容器128、130、131、132和134中的每一个最好是可移开的，并可以用一个直径不同的容器替换。如果愿意，可以把容器设置在单一的盒中，可以把该盒本身由设备102移开，使除去和替换单个的容器更容易。
单个容器的安装装置最好使每个容器的顶部的中心总位于一个预先确定的位置，而不管容器的直径有多大。这样，如果例如用一个直径不同的容器，用虚线以附图标记129表示，替换容器128，容器、歧管的端部66和麦克风68仍将有对于正确运行的适当的相对位置。
如下面将进一步解释的那样，可以应用本发明的技术用于检测不是在硬币管中的硬币高度的其它参数。已经确定：可以使用类似的技术为其它目的提供好处，如果可以产生有非常快的上升时间和的短脉宽的声音脉冲将使得用于其它目的特别地可行，因为这可以把检测器装配进紧凑的硬币识别装置中。因此，一个电弧放电装置比如上面提到的装置是特别希望的。然而，使用其它的装置是可能的，例如带阻尼的压电换能器，用一个短的高电压对它提供能量，尽管预计这可能明显地更难以实现。
在硬币识别装置中可以为了不同的目的设置单独的声音脉冲发生器。然而，在本发明的一个特别优选的实施例中，使用所产生的声音脉冲用于多个目的。这可以通过在预先确定的位置设置几个不同的麦克风实现，使得可以检测来自相应的表面的相应的反射信号。另外，如在下面的段落将描述的装置中那样，在给定适合于分析检测线路的输出的装置的条件下，可以使用相同的发生器和麦克风用于一个以上的目的。
再次参见图2，可以使用本发明来检测硬币堵塞。例如，如果硬币在以附图标记18用虚线表示的位置出现堵塞，来自火花间隙的反射脉冲的方向可以离开麦克风，可能进入硬币管的侧壁。另外，在图4中以C表示的熄灭期间，反射的脉冲可能已经到达麦克风。因此，在优选实施例中，为了检测出这样的堵塞，把处理器52设置成确定出什么时刻计数器40的计数超过一个特定的阈值，这表示麦克风还没有接受到适当的反射脉冲。对此做出响应，处理器产生出一个误差信号。
如果硬币管2不存在，也可以产生类似的效果。因此，即使在硬币管中没有出现堵塞的可能性，可以把处理器设置成如果在火花产生之后一个预先确定的间隔内麦克风没有感应到任何反射脉冲将产生一个误差信号。
参见图6a，也可以使用一个声音信号确定门80是否处于第一位置，在这一位置，门伸进形成硬币路径的一个通道82中，或者确定出是否已经把门抽回到路径的后壁84的后面。
参见图6b，也可以使用一个声音脉冲确定硬币管2的宽度，这可能通过使声音脉冲由硬币管的向上伸出的延长部分90反射实现。可以采用这一步骤用来使硬币识别装置自动地形成构形，从而把正确尺寸的硬币导入到该硬币管中。在这些情况下，可以使用相同的传感器检测出硬币管的存在，或者检测出包含这个硬币管以及其它硬币管的一个盒的存在。
本发明的技术也可以用来确定在一个现金箱中硬币的高度，即使当这些硬币以无序的方式放在该箱中也可以确定。在这些情况下，可能希望使用两个或更多个高度传感器和/或装置使得可以用传感器只显示出在什么时刻高度超过了预先确定的阈值。
应该注意到，可以把本发明的技术用于不是感知硬币高度的其它目的。
参见图7，此图示意性地示出了按照本发明的自动售货机500。该自动售货机500是一台热饮料分配器。一个杯子存储装置502储存着成为一叠垛的杯子504，可以由这一叠垛中把最下面的杯子输送到充满腔室506，如以附图标记508表示的那样。随后把热水通过一个喷出口510注入到杯子508中。任何溢出的液体被排入一个溢出液体容器512中。
此机器有三对声音脉冲发射器/接收器8、10，形成相应的高度传感器，所有这些传感器连接到一个中心控制器514上。每个的结构像图2的高度传感器。控制器514包括像图3a和3b的控制线路，并把它设置成把控制线路按顺序耦合到每个高度传感器上。
把这些高度传感器设置成测量：(a)在杯子存储装置502中杯子的数目，(b)分配进入杯子508中液体的高度，以及(c)在溢出液体容器512中液体的高度。把控制器耦合到一个调制解调器516上，该调制解调器本身连接到一个插座518上，用来接纳标准的电话电缆。该布置使得在存储装置502中杯子的测量高度一旦落到一个预先确定的高度以下时，以及在溢出液体容器512中的高度一旦超过一个预先确定的高度时，控制器514使用调制解调器516与远距离的位置通信联络，告诫很快将需要服务。作为一种替代方案，可以把远距离的位置设置成定期地查询自动售货机，以确定在杯子存储装置502和在溢出液体容器512中的高度。
把控制器514设置成如果在杯子中液体的高度超过一个预先确定的数值时终止向杯子508分配液体。
可以用适当的成份预先填充这些杯子。另外，对于这些成份可以有单独的储存装置，在这种情况下，对于这个储存装置可以设置另一个高度传感器。
没有必要设置所有这些传感器。如果设置有多于一个的传感器，它们使用一个共同的声音脉冲发生器8是可能的。虽然希望对于这些传感器使用电弧放电产生声音脉冲，但是，这不是本质性的，特别是如果有更大的空间可供使用和/或要求较低精度的情况下更是这样。
图8示出了另一种按照本发明的自动售货机600。它有通常已知的形式，其中单个的产品602设置在螺旋形结构604的相应的圈中。通过关于它的轴线使螺旋结构604旋转一次，所有产品朝向一个口606移动，并且，最外端的产品离开该结构落进该口中。
设置与电弧放电装置8和接收器10结合的一个高度传感器。来自电弧的声音脉冲沿着螺旋结构604的轴线行进，在结构中保存的最后一个产品将脉冲反射到接收器10，所以被反射脉冲的接收时间表示在螺旋中储存的产品的数量。可以如上面描述的装置那样控制和使用这种装置。
在图7和8的装置中，如果检测出杯子或产品的高度已经减少到零，将禁止进一步的销售，如果在已经指示进行一次销售之后检测出高度没有适当地降低，就做出再作一次销售的尝试。