基于STC12C2052的人民幣識(shí)別控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)研究人民幣紙幣識(shí)別控制系統(tǒng)中的主要模塊，如圖像采集、控制模塊。在硬件部分，選用STC12C2052作為控制系統(tǒng)的芯片，選用MVC1000M作為圖像的采集器件；在軟件部分，在紅外和紫外光源的作用下通過高清攝像頭拾取圖影信息，通過與數(shù)據(jù)庫中的真版人民幣特征的數(shù)據(jù)比對(duì)來判斷真?zhèn)?，選取預(yù)處理之后的紙幣圖像的尺寸特征用模糊邏輯推理方法識(shí)別圖像的面值，提取矩作為特征。通過實(shí)驗(yàn)證明該控制系統(tǒng)的有效性和可行性。
關(guān)鍵詞：人民幣識(shí)別；控制系統(tǒng)；圖像采集；STC單片機(jī)

    人民幣反假宣傳站的設(shè)計(jì)是為了普及反假幣的知識(shí)，通過播放人民幣詳解的視頻，演示人民幣的防偽特征，并通過人民幣識(shí)別系統(tǒng)切實(shí)讓人們對(duì)假幣的知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)。將反假幣志愿者協(xié)會(huì)的工作人員從繁重的重復(fù)性的宣傳紙幣識(shí)別的工作中解放出來，提高反假幣宣傳的工作效率。這里開發(fā)研制的紙幣清分機(jī)具備兩種功能：檢偽和播放視頻宣傳片。檢偽通過模擬和數(shù)字電路以及加上一些簡單的控制來實(shí)現(xiàn)，播放視頻宣傳片這項(xiàng)功能包括各種紙幣的面值和紙幣防偽特征的詳解，以達(dá)到推廣人民幣識(shí)別的目的。

1 機(jī)器識(shí)別的原理
    當(dāng)前大量使用的是第5套人民幣，該套人民幣專門針對(duì)第4套人民幣防偽弱點(diǎn)，使用了10大防偽的高新技術(shù)，分別為：a．紙張；b．水?。籧．對(duì)印防偽；d．熒光油墨；e．安全線防偽；f．凹版印刷；g．磁性油墨；h．彩虹印刷；i．隱形數(shù)字及橫豎雙號(hào)碼；j．光變油墨面額數(shù)字。
    在10大防偽特征中可以用于機(jī)器識(shí)別的特征包括：水印的紅外透射率；紙張的熒光效應(yīng)；磁性油墨的磁信號(hào)；紙幣的寬度；安全線磁編碼。在這個(gè)系統(tǒng)里用到的是水印的紅外透射率和紙張的熒光效應(yīng)。
1．1 水印的紅外透射率識(shí)別
    一束光強(qiáng)為I0的入射光，透過某介質(zhì)后的光強(qiáng)為I，設(shè)α為介質(zhì)吸收系數(shù)；η為介質(zhì)反射率；d為介質(zhì)厚度。則有：
    I=I0(1-η)exp(-ad)       (1)
    式(1)說明紙幣的透射光強(qiáng)可反映紙幣的紙張、票面顏色及厚度等特性。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)真假紙幣在水印部分的光投射率有明顯不同。
1．2 紙張的熒光效應(yīng)識(shí)別
    熒光檢測的工作原理是針對(duì)人民幣的紙質(zhì)進(jìn)行檢測。人民幣采用專用紙張制造(含85％以上的優(yōu)質(zhì)棉花)，假鈔通常采用經(jīng)漂白處理后的普通紙進(jìn)行制造，經(jīng)漂白處理后的紙張?jiān)谧贤饩€(波長為365 nm的藍(lán)光)的照射下會(huì)出現(xiàn)熒光反應(yīng)(在紫外線的激發(fā)下衍射出波長為420～460 nm的藍(lán)光)，人民幣則沒有熒光反應(yīng)。所以，用紫外光源對(duì)運(yùn)動(dòng)鈔票進(jìn)行照射并同時(shí)用硅光電池檢測鈔票的熒光反映，可判別鈔票真假。小結(jié)：該系統(tǒng)通過這兩種特點(diǎn)，在輔助光源的作用下通過高清攝像頭自動(dòng)拾取被測貨幣影像，再通過相應(yīng)的圖像處理獲取防偽特征，通過與數(shù)據(jù)庫中的真版人民幣的特征的比對(duì)，達(dá)到識(shí)別人民幣的目的。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 基本功能
    上位機(jī)通過串口使用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通信，通過一個(gè)虛擬串口實(shí)現(xiàn)串轉(zhuǎn)并的16通道的輸出控制，再通過圖像采集模塊進(jìn)行圖像采集，使用圖像采集卡通過USB將采集的圖影信息送到圖像處理單元。
2．2 控制系統(tǒng)框圖
    控制系統(tǒng)框圖由控制模塊、圖像采集模塊、RS232串口通信模塊、TP168595模塊、EASYCAP模塊等組成。

2．3 系統(tǒng)控制模塊
    控制模塊采用STC12C2052，這款3．5～5 V工作電壓、PDIP-20封裝的小型單片機(jī)功耗低、1個(gè)時(shí)鐘／機(jī)器周期處理數(shù)據(jù)速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)、強(qiáng)抗靜電、強(qiáng)抗干擾、價(jià)格低、自動(dòng)加密且無法破解、且通過串口即可下載程序、方便升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)適合用于精準(zhǔn)的控制指令系統(tǒng)。
    單片機(jī)通過MAX232芯片與上位機(jī)進(jìn)行通信，采集得到的17路數(shù)據(jù)，進(jìn)行接收、解碼處理，再通過68595的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)16路的串轉(zhuǎn)并的輸出控制。
2．4 四路圖像采集的邏輯電路模塊
    三路通道通過控制繼電器搭建的邏輯電路實(shí)現(xiàn)對(duì)四路圖像切換采集的控制，可以節(jié)約一個(gè)端口，備作其它功能的擴(kuò)展。采集器件使用的是Microview公司的MVC1000M，驅(qū)動(dòng)是由VC編寫的，每個(gè)攝像頭都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的ID號(hào)，易于上位機(jī)的程序編寫。EASYCAP是一款帶USB接口的視頻采集卡，將采集到的信息通過USB傳送給圖像處理系統(tǒng)，通過圖像處理達(dá)到識(shí)別人民幣的目的。

2．5 TPI68595串轉(zhuǎn)并模塊
    TPI68595通過級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)了16路輸出通道，非常節(jié)約資源，且為OC輸出，每段100mA，輸出速度快，有信號(hào)端、移位脈沖端、信號(hào)清除端、信號(hào)存儲(chǔ)端，適用于精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)。
2．6 輔助光源的設(shè)計(jì)
    (1)頂燈；(2)側(cè)燈；(3)底燈。

3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 其通信協(xié)議
    (1)波特率：4800B／S；(2)碼頭：NJFU；(3)停止位：#；(4)通信有中斷和查詢兩種方式，這個(gè)系統(tǒng)里采用查詢的方式進(jìn)行通信；(5)聯(lián)絡(luò)方式為上位機(jī)主動(dòng)聯(lián)絡(luò)下位機(jī)；(6)數(shù)據(jù)楨格式：NJFU，D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17#。
3．2 數(shù)據(jù)的解析

    其中D13，D14，D15通過繼電器組成的邏輯關(guān)系控制4路攝像頭：

    下位機(jī)內(nèi)存單元的分配：

3．3 上位機(jī)和下位機(jī)的通信(見圖3)
    上位機(jī)的通信程序采用C語言編寫，它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序，可移植性好。

    下位機(jī)的通信程序采用匯編語言編寫，它的長處在于編寫高效且可以直接對(duì)硬件精準(zhǔn)控制。下位機(jī)的輸出子程序采用按權(quán)相加的算法。

4 結(jié)束語
    經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試證明，該系統(tǒng)具有可靠的穩(wěn)定性，且占用硬件接口少(只占用下位機(jī)一個(gè)串行口)，在人民幣反假宣傳工作站的設(shè)計(jì)中得到了很好的應(yīng)用。