基于SH88F516單片機(jī)的人民幣偽鈔鑒別儀的實(shí)現(xiàn)

    在與假鈔技術(shù)展開的拉鋸戰(zhàn)中，為了最大程度的維護(hù)消費(fèi)者利益和財(cái)產(chǎn)，驗(yàn)鈔機(jī)的鑒偽能力亟待提高和更新。驗(yàn)鈔機(jī)市場潛在的發(fā)展空間是巨大的。目前基于驗(yàn)鈔機(jī)的國家標(biāo)準(zhǔn)為1997年國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)的GB 16999-1997。
1. 驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)的性能及技術(shù)指標(biāo)
相關(guān)的主要性能及技術(shù)指針如下列表所示：

驗(yàn)鈔機(jī)的鑒別速度定義如下：
          單位鑒別速度 = 鑒別張數(shù) / 鑒別時(shí)間(min)
目前驗(yàn)鈔機(jī)的進(jìn)鈔容量在100~200張/次，工作速度范圍在900張 / 分鐘~1200張 / 分鐘范圍內(nèi)，對應(yīng)50ms / 張~66ms /張。
 2. 驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)的檢測手段
通用型驗(yàn)鈔機(jī)需實(shí)現(xiàn)的功能如下：
a. 異常鈔票識別（半張，連張，重張，窄鈔識別等）
b. 只能點(diǎn)鈔，分版處理，清點(diǎn)計(jì)數(shù)，預(yù)置計(jì)數(shù)
c. 鑒偽功能
d. 人民幣分版功能
e. 外接顯示器
f. 遇偽報(bào)警提示
g. 自動啟停功能
h. 自適應(yīng)技術(shù)（內(nèi)部自適應(yīng)比較器）
i. 自動吐鈔
j. 故障自診斷信息提示
目前用于紙幣鑒別的方法很多，有熒光鑒別，磁性鑒別，安全線鑒別，水印鑒別，圖形鑒別，紙幣紙質(zhì)綜合鑒別，紅外鑒別和紙幣透光度鑒別等。根據(jù)GB 16999-1997標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，目前的驗(yàn)鈔機(jī)必須具備不少于兩種鑒別方式。鑒于單片機(jī)圖像處理能力的限制，普通商用型驗(yàn)鈔機(jī)主要采用的鑒別方式為熒光鑒別，磁性鑒別和紙幣透光度鑒別。
3. 基于SH88F516單片機(jī)的驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)方案及芯片特點(diǎn)
3.1   中穎電子SH88F516單片機(jī)的部分資源
SH88F516含有豐富的內(nèi)建資源，基于驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)的主要資源如下：

    圖1   基于SH88F516的驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

3.2.1  入鈔 / 接鈔檢測及電機(jī)控制子系統(tǒng)

  驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)的入鈔/出鈔檢測子系統(tǒng)框圖如圖2所示。其中，光脈沖檢測部分由位于發(fā)射管和接受管轉(zhuǎn)動碼盤兩側(cè)的紅外光點(diǎn)傳感器構(gòu)成，脈沖信號無需整形電路即可直接送入SH88F516計(jì)數(shù)，通過TIMER溢出中斷判斷是否已送入鈔票，并依此通過PORT口控制電機(jī)以啟停接鈔輪，傳動輪等機(jī)械傳動裝置。
 
圖2   驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)入鈔/出鈔檢測子系統(tǒng)框圖[!--empirenews.page--]
3.2.2  安全線磁性檢測模塊
   安全線磁性檢測模塊的磁信號處理子系統(tǒng)框圖如下所示：
       
圖3   驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)磁性檢測子系統(tǒng)框圖
依據(jù)驗(yàn)鈔機(jī)鑒偽技術(shù)指針規(guī)定，驗(yàn)鈔速度范圍為50ms / 張~66ms / 張。而每張鈔票上產(chǎn)生的磁脈沖個數(shù)范圍在20至40個，考慮來自電源的50Hz工頻干擾，故芯片外圍需提供低端及高端截至頻率范圍在100Hz～1.6kHz以內(nèi)的帶通濾波器。圖4為經(jīng)過濾波及放大后得到的50元面值磁信號波形示意圖。信道3為原始信號，信道4為內(nèi)建比較器電平比較及反相控制后獲得與信號峰值相對應(yīng)的脈沖。該系列脈沖的下降沿觸發(fā)外部中斷并控制ADC對脈沖的幅值信號進(jìn)行采集，從而獲得鈔票上安全線磁信號的幅值信息。軟件對信號的幅頻信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和比較以實(shí)現(xiàn)鑒偽的目的。
 
圖4   驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)磁性檢測模塊磁信號波形示意圖

3.2.3 紅外穿透檢測模塊
     紅外穿透檢測模塊子系統(tǒng)框圖如圖5所示。其中紅外光電傳感器由一個紅外發(fā)光二極管及一個光敏三極管構(gòu)成。通過鈔票經(jīng)過時(shí)對紅外光的遮擋在傳感器輸出端產(chǎn)生脈沖序列從而實(shí)現(xiàn)鈔票的計(jì)數(shù)及顯示。左右兩對紅外光電傳感器的間距設(shè)置用于檢測是否有殘鈔通過。

 
圖5   驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)紅外穿透檢測模塊子系統(tǒng)框圖

3.2.4  蜂鳴報(bào)警，按鍵及顯示控制
   SH88F516有豐富的CMOS雙向I/O管腳資源，且可設(shè)置為雙向、推挽、僅輸入及開漏四種結(jié)構(gòu)。便于蜂鳴報(bào)警，語音提示，鍵盤及串口顯示控制。[!--empirenews.page--]

3.2.5   驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    SH88F516提供豐富的存儲資源。1K的類EEPROM存儲空間便于儲存系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理軟件程序。此外還提供了64K byte Flash程序內(nèi)存，支持在線編程（ICP）模式、在系統(tǒng)編程（ISP）和扇區(qū)自編程（SSP）模式的操作。其中，ISP模式僅通過串口即可下載用戶程序。在FLASH區(qū)域中，除了能夠保存程序代碼，還能保存數(shù)據(jù)，用戶也可將采集到的各類信號的記錄數(shù)據(jù)保存其中。
     與驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)硬件對應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)主要流程如下圖所示：
 
圖6   驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)控制主流程

3.3  SH88F516的附加優(yōu)勢資源

 3個8位PWM定時(shí)器
 提供SPI通信接口
 內(nèi)建振蕩器失效檢測功能，低電壓檢測功能（LPD）及低電壓復(fù)位功能（LVR）以確保系統(tǒng)可靠性
 支持兩種低功耗省電運(yùn)作模式：空閑模式及掉電模式

4.結(jié)束語
本文給出了基于中穎電子SH88F516單片機(jī)為核心的驗(yàn)鈔機(jī)設(shè)計(jì)方案，充分利用了該芯片內(nèi)建ADC，比較器模塊，具備電路簡單、驗(yàn)鈔迅速、成本低廉等特點(diǎn)，具有較高的設(shè)計(jì)參考價(jià)值，可供電子愛好者或業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)人員參考。

 增強(qiáng)型8051微控器內(nèi)核，速度比傳統(tǒng)8051快10倍左右，支持C語言編程
 36/40個CMOS雙向I/O管腳(4種可選結(jié)構(gòu)：準(zhǔn)雙向結(jié)構(gòu)、推挽結(jié)構(gòu)、僅輸入結(jié)構(gòu)及開漏結(jié)構(gòu))
 64K byte Flash程序存儲器，內(nèi)建1K類EEPROM存貯空間
 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式25uA、掉電模式不高于10uA
 3個16位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 T0 , T1 , T2
 增強(qiáng)型通用異步收發(fā)器(EUART0和EUART1)
 內(nèi)建2個模擬數(shù)字比較器(CMP)
 內(nèi)建比較功能的8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)
 豐富的中斷源：Timer0, Timer 1, Timer 2
                                  INT0, INT1, INT4(8輸入通道)
                                  PWM,CMP0,CMP1等

3.2  驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成
普通商用型驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)通常包括鍵盤與LED顯示模塊，檢測模塊，聲光報(bào)警模塊，機(jī)械傳動模塊幾部分。以下為驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成圖。