基于FPGA的等位移多點(diǎn)采樣硬幣識別研究

0 引 言
硬幣的識別分為兩個(gè)方面：對于硬幣幣值的準確檢測；對于真幣、偽幣的準確鑒別。由于硬幣的復雜性，長(cháng)期以來(lái)，對于硬幣的準確識別都難以很好的解決。目前，無(wú)論是國外還是國內，通常的解決方法都是基于單片機的電渦流檢測法。本文在電渦流檢測的基礎上，利用FPGA的快速處理特性和高可靠特性，對硬幣的厚度、直徑、材質(zhì)、電導率、磁導率等進(jìn)行了準確的檢測，以便準確地識別硬幣。

1 電渦流反射式互補檢測傳感器原理
電渦流檢測是建立在電磁感應原理基礎之上的一種無(wú)損檢測方法，它適用于導電材料，如果把一塊導體置于交變磁場(chǎng)之中，在導體中就有感應電流存在，即產(chǎn)生渦流，由于導體自身各種因素(如電導率、磁導率、形狀、尺寸和缺陷等)的變化會(huì )導致感應電流的變化，利用這種現象判知導體性質(zhì)、狀態(tài)的檢測方法，叫作電渦流檢測法。
在電渦流檢測中，是靠檢測線(xiàn)圈來(lái)建立交變磁場(chǎng)的；把能量傳遞給被檢導體，同時(shí)又通過(guò)渦流建立的交變磁場(chǎng)獲得被檢測導體中的質(zhì)量信息。
在本硬幣識別器中，采用探頭式線(xiàn)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(lái)的影響，在幣道兩邊都安裝有檢測線(xiàn)圈，進(jìn)行探頭互補式檢測。如圖1所示。

檢測線(xiàn)圈和檢測線(xiàn)路組成一個(gè)振蕩器，當硬幣通過(guò)幣道時(shí)，線(xiàn)圈的電感會(huì )發(fā)生變化，引起檢測電路振蕩頻率發(fā)生變化。通過(guò)FPGA對振蕩頻率進(jìn)行檢測，以正確識別硬幣。

2 基于FPGA的等位移多點(diǎn)采樣原理
硬幣通過(guò)檢測線(xiàn)圈時(shí)，會(huì )引起振蕩頻率發(fā)生變化，傳統的檢測方法通常是檢測變化的振蕩頻率的極值，即最大值。但這種檢測方法只有一個(gè)采樣點(diǎn)，識別偽幣能力不強。也有人采用每過(guò)一段相同的時(shí)間取一次采樣點(diǎn)，通過(guò)多采樣點(diǎn)提高識別效果。但是，當硬幣通過(guò)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、硬幣的重量等的區別，并不是每一種硬幣通過(guò)檢測線(xiàn)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(guò)檢測線(xiàn)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)，硬幣和檢測線(xiàn)圈的物理相對位置不一樣，引起檢測結果不一樣。這不僅會(huì )引起對偽幣可靠識別的準確性，也會(huì )影響對真幣的幣值檢測及真幣識別的可靠性，甚至把真幣當成偽幣來(lái)識別。正是由于這些問(wèn)題，在實(shí)際的硬幣識別器產(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(guò)幣道的某一瞬間獲取硬幣的參數信息，有很大的局限性，識別偽幣能力不強。
在該設計中，采取等位移多點(diǎn)取樣法，完全克服了以上方法的缺點(diǎn)，具有很高的識幣能力。同時(shí)，還能對硬幣的直徑進(jìn)行檢測。
由于采樣時(shí)間和采樣間隔都很短，對系統的高速性和可靠性有較高的要求，用傳統的單片機難以滿(mǎn)足要求，在該設計中，通過(guò)FPGA完成對數據的高速采樣和處理。