銀行紙幣鑒偽系統設計

1 引言
偽幣干擾正常的貨幣流通，擾亂經(jīng)濟秩序，世界各國都在貨幣制造和防偽方面不遺余力，力求應用現代最前沿的科技制造出更加完美，更加難以偽造的貨幣，保護本國經(jīng)濟。我國在汲取各國造幣技術(shù)精華的基礎上，在第四、五套人民幣中使用了許多先進(jìn)的防偽手段。本文介紹的防偽系統以ATmel公司出品的高性能8位微控制器AT8PC52為核心處理芯片，完成紙質(zhì)、磁安全碼、磁性油墨、熒光油墨、長(cháng)寬尺寸、厚度及紅外、紫外特性的鑒別，是一套完整的，高可靠性的設計方案。
2 紙幣鑒偽系統構成
人民幣鑒偽系統是針對在人民幣制造過(guò)程中采用特殊工藝而使之具有的紙質(zhì)及防偽特性，通過(guò)電子識別手段，把偽幣挑撿出來(lái)的自動(dòng)檢測系統。它由傳感器，處理電路，中央控制芯片，執行機構等硬件和相應的軟件程序組成。
如圖1方框圖所示，本系統包括單片計算機，計數電路，傳動(dòng)電路，起動(dòng)、重復傳感器及處理電路，鍵盤(pán)、顯示電路，紅外線(xiàn)穿透識別電路，紫外線(xiàn)識別電路(包括熒光檢測，磷光檢測)，磁性油墨及磁安全碼檢測電路，長(cháng)度、寬度、厚度檢測電路和電源組成。
在方框圖中，各種傳感器負責采集信號；處理電路將采集到的模擬量和數字量轉換成為單片機可以識別的形式并送給單片機，經(jīng)過(guò)程序處理后，傳動(dòng)部分得到各種控制信號并產(chǎn)生動(dòng)作(正常運行，停機，鳴叫，顯示等)。
3 硬件電路
3.1 AT8PC52單片機芯片簡(jiǎn)介
本設計采用ATmel公司的AT8PC52單片機作為控制芯片主要是因為該芯片高的性能價(jià)格比和設計電路最簡(jiǎn)化的需要。以下簡(jiǎn)要介紹芯片的特性。
AT89C52是一種帶8K字節閃速可編程，可擦除只讀存儲器(PEROM)的低功耗，高性能CMOS8位微控制器。該器件采用ATMEL非易失存儲器制造技術(shù)，與工業(yè)標準的80C51指令集及輸出引腳相兼容。ATMEL將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個(gè)芯片中，為許多嵌入式控制系統提供了更高的靈活性。

AT89C52集成了8K字節的閃速程序存儲器，可進(jìn)行1000次擦寫(xiě)循環(huán)，數據保留期長(cháng)達十年。256字節RAM。靜態(tài)工作頻率0～24MHz。32條可編程I/O端口。3個(gè)16位定時(shí)器／計數器。6個(gè)兩級中斷源。1個(gè)全雙工串行口。震蕩器和時(shí)鐘電路。3級程序存儲器鎖定。

3.2 紙幣鑒偽系統電路構成
下面將分別介紹紅外線(xiàn)穿透識別電路，紫外線(xiàn)識別電路(包括熒光檢測，磷光檢測)，磁性油墨及磁安全碼檢測電路，長(cháng)度、寬度、厚度檢測電路的原理和具體電路。
(1)紫外線(xiàn)識別電路。紫外光特性是目前最為常見(jiàn)的識偽方法，我們都知道一定波長(cháng)的紫外線(xiàn)具有能夠激發(fā)隱含的不發(fā)光熒光物質(zhì)發(fā)出可見(jiàn)光這一物理特性。當波長(cháng)340～370左右的紫外光照射在含有熒光劑的紙張表面時(shí)，熒光劑被擊發(fā)出波長(cháng)470nm的藍紫光，即所說(shuō)的熒光反應，真鈔使用特殊紙張不含熒光劑，不會(huì )有熒光反應，有些假鈔制造不具備這一條件，幣面會(huì )產(chǎn)生熒光反應。但近些年來(lái)，由于技術(shù)的進(jìn)步和集團化大規模造假成為偽幣產(chǎn)生的主流，不含熒光劑的偽鈔越來(lái)越多，上述方法已不能有效地檢驗出紙幣的真偽，而磷光反應是在鈔票的特定部位印上紫外光下呈黃綠色發(fā)光的物質(zhì)，檢測原理和上面相同。這兩種特性綜合使用，可以提高識偽的可靠性。
在(圖3c)中可以看到光學(xué)傳感器采集到的電流訊號，經(jīng)過(guò)IC5A(ua741)構成的電流——電壓轉換器成為電壓信號，再由LM324(a，b)兩極放大并同比較器(LM324c構成)設定的門(mén)限值比較后，將電平信號傳給單片機的P05，P06處理。
一般紫外線(xiàn)光源采用主峰值譜線(xiàn)在365nm的紫外線(xiàn)黑光燈，光學(xué)傳感器采用光學(xué)濾色片加蘭硅光電池組成。光學(xué)傳感器可根據(圖3b)確定光譜響應曲線(xiàn)，注意應嚴格控制其曲線(xiàn)的截止頻率和選用高透過(guò)率的光學(xué)材料做濾色鏡片。

(2)紅外穿透特性識別。紅外特性對紅外穿透特性進(jìn)行識別，原理是紅外發(fā)光管通電時(shí)發(fā)出的特定波長(cháng)的紅外光穿透鈔票被光敏三極管接收，由于真鈔和假鈔透光率不同，光敏三極管的輸出電流也有差別，從而達到區分真偽的目的。該電路只需要一對紅外收發(fā)光傳感器即可完成所需功能，電路非常簡(jiǎn)單，在此不再多介紹。
(3)磁性油墨檢測。磁性油墨檢測是當前世界各國都普遍采用的防偽措施。我國在第四，五套人民幣上也使用了磁性油墨，高靈敏度的磁傳感器能有效捕捉到磁信號，需要指出我們國家在第五套人民幣上還加有磁性安全線(xiàn)，并且每一幣種的安全線(xiàn)磁碼排列都不相同，偽幣由于制造工藝和制造成本的限制目前還不能在這一指標上同真幣媲美，因此安全線(xiàn)識偽是目前最為有效的識偽手段之一。正電路設計上，本電路上采用高靈敏度、低噪聲的音頻磁頭來(lái)拾取磁安全線(xiàn)磁碼，用(圖4a)電路處理后輸入單片計算機計算磁碼排列，從而區分真偽。對第四套人民幣可以用識別磁性油墨的強度來(lái)鑒別，由于磁性油墨強度較低，傳感器選用MFC-H。

(4)寬度檢測(圖5a)：這部分電路的功能是利用光電旋轉編碼器(圖5b)記錄下每張鈔票走過(guò)時(shí)的脈沖數量，大于或小于一定數值就發(fā)出報警信號。一般情況下此電路可以做到2mm以下的精度。光電旋轉編碼器的工作原理如(圖5b)所示：用碼盤(pán)旋轉來(lái)阻斷發(fā)光管和接收管之間的紅外光，在接收端電路中產(chǎn)生脈沖信號。記錄鈔票走過(guò)時(shí)的脈沖個(gè)數，就可以準確地知道鈔票的寬度。AT89C52用P13輸入該信號并處理。
(5)長(cháng)度檢測：本設計中使用光長(cháng)度檢測傳感器采集信號，經(jīng)AD623放大后送給模數轉換器AD7821變成數字形式。DB0-DB7將數字量送入AT89C52的P2口。

(6)厚度檢測。厚度信號利用模擬型霍爾傳感器SS495(HONEYWELL公司出品)經(jīng)AD623放大，LM339比較，CD4014D鎖存器輸出電平信號給AT89C52的P36。

4 程序流程圖
由于篇幅有限，下面僅給出簡(jiǎn)要的主程序流程圖，有興趣的讀者可以試著(zhù)自己編寫(xiě)其余的分支部分。
5 分析與總結
該鑒偽系統對人民幣的多種防偽特性進(jìn)行檢測，是目前最完備的紙幣自動(dòng)鑒偽系統之一，具有很高的可靠性。其中對磷光反應，厚度和鈔票長(cháng)度的檢測在國內尚屬首次，具有良好的應用前景。

參考文獻：

［１］單片機的原理與應用［Ｍ］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社
［２］AT89系列單片機技術(shù)手冊［Ｓ］.啟東單片機集團公司
［３］MAXIM.DATA BOOK［Ｓ］.1998，MAXIM1998
［４］何利民.單片機接口技術(shù)［Ｍ］.北京航空航天大學(xué)出版社