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人民币纸币安全线检测方法论文 人民币纸币安全线检测方法论文预读: 摘要:1全息磁性开窗安全线信号采集装置设计本设计利用DSP处理芯片TMS320DM642作为核心器件,设计出全息磁性开窗安全线信号采集装置.研究对象为第五套100元人民币.整个系统硬件设计框图如图2所示.1.1锑化铟（InSb）磁头设计对于两种载流子迁移率相差较大的半导体材料,电阻率的变化满足：（1）式（1）中,B为磁感应强度；ρA和ρ0分别为在磁感应强度为A和0时的电阻率；μ为半导体材料中迁移率高的载流子迁移率.由式（1）中可知,磁感应强度一定时,载流子迁移率高的材料磁阻效应强.锑化铟材料具有电子迁移率高的特点,是磁敏电阻器的合适材料[5].磁感应强度B的改变会引起材料磁阻的改变.锑化铟磁头工作原理如图3所示,其由两个锑化铟晶体磁敏电阻器A和B、基片、永久磁铁构成.纸币安全线紧挨磁头通过时会打破A、B中磁力线对称分布的状态,其结果导致A与B所受磁感应强度一个增强,一个减弱.由式（1）与欧姆定律可知,A和B连接点的电压会发生改变,即磁头会输出不断变化的电压信号.1.2放大电路设计锑化铟磁头输出电压信号是极为微弱的,通常需要30000倍以上的放大电路处理.本设计选择的集成运算型号为MCP6004,其输入输出为Vss-0.3V至VDD+0.3V,VDD-VSS为7V.电源电压为1.8~5V,能够使用点钞机自带的5V电源,同时能够满足磁头电压信号经两级放大之后最佳输出范围在2~3V的要求.MCP6004输入引脚电流±2mA,输出引脚和供电引脚电流±30mA完全能够匹配锑化铟磁头输出电流以及运算放大器后接电压转换器芯片的输入电流.为了实现输出电压与输入电压的放大关系,运算电路中的集成运算放大器应该工作性区,因而电路中必须引入负反馈[6],同时为了稳定输出电压,本设计引入电压负反馈[6].同时为保证后一级放大电路的静态工作点不受前一级影响,需要在直流方面把前一级和后一级隔开,在电路中采用电容耦合.大量实验证明,电容传输所造成的信号相位延迟并未对实验结果造成影响.如图4所示,电路采用两级反比例运算放大电路.本设计中所选第一级放大电路与第二级放大电路分别放大255倍与35倍,实现将锑化铟磁头电压信号放大255*35倍.经两级放大得到的模拟信号不能作为最终信号送入DSP中,需要经过单限比较器得到数字信号.电压比较器同样选择MCP6004芯片,为与之前放大电路抬高电压相匹配,因此将比较电压选取为2.5V.单限比较器电源采用点钞机提供的5V电源供电,输出高电平为5V,低电压为0V.锑化铟磁头电压信号放大波形以及单限比较器输出波形如图5所示,其中波形一为数字信号,波形二为模拟信号.1.3电压转换模块电压转换模块是本系统的重要组成部分,其电平转换的准确度决定比较器输出信号是否能够完整的被TMS320DM642DSP接收.电压转换芯片SN74LVC8T245输入输出电压范围-0.5~6.5V,能够得到DSPI/O口所接受的3.3V电压.转换电平为3.3V时,其所需最大转换时间为6.3ns,最小0.8ns,完全能够实现安全线信号输出的电平转换.如图6所示,VCCA引脚接点钞机提供的5V电压.VCCB引脚接DSPI/O口3.3V电压.电压输出方向设置引脚DIR置高,即A端口为输入端,B端口为输出端.1.4通用输入/输出（GPIO）单元TMS320DM642GPIO外设提供了16个可配置成输入或者输出的引脚.设置为输入时可以通过读出内部寄存器的状态来检测输入信号状态[7].TMS320DM642内部提供了一套完整的CPU中断或EDMA事件处理机制[8],每个中断事件均对应一项事物.图5中幅值（一）为DSPGPIO所接收的安全线波形,需要记录两个数据：一是安全线包含的方波次数.二是安全线所有高低电平的时间.本设计中断触发事件为GPIO下降沿中断,执行方波次数累加以及高低电平时间累加.系统所使用GPIO6作为安全线输入引脚,GPIO7作为纸币到来信号,其中GPIO6中断优先级高于GPIO7.系统采用直通模式向CPU发送中断,需要配置的寄存器：GPIO使能寄存器（GPEN）、GPIO方向寄存器（GPDIR）、GPIO数值寄存器（GPVAL）、GPIO中断极性寄存器（GPPOL）、GPIO全局控制寄存器（GPGC）.表1是GPIO寄存器地址和设置.2安全线波形、占空比分析2.1实测数据随机选取5元、10元、20元、50元、100元面值人民币真币各100张,3张100元假钞进行试验.通过示波器观察,测得结果见表2,其中Total_time表示安全线信号持续时间,Num表示下降沿出现次数,Totalh表示安全线高电平持续总时间,Totall表示低电平持续总时间,h/l表示所有高电平与所有低电平持续时间之比.2.2数据分析通过对100元面值真钞与假钞安全线信号进行对比,发现假钞安全线信号根本不存在,即可以通过是否能够引起TMS320DM642DSP的GPIO下降沿中断来判别真伪.有一部分假钞的安全线内嵌磁信号,但是规律性不强,与真钞安全线信号差别很大,可以通过安全线高低电平持续时间判别.对于人民币面值判别,从安全线信号引起下降沿次数划分可分为两类.第一类为100元、50元和5元,其范围为16-19；第二类为20元、10元,其范围为22-25.从安全线信号所有高电平与所有低电平比值划分可分为三类.第一类为100元：4<h/l<5；第二类为50元：2.6<h/l<3；第三类为20元、10元和5元：1.5<h/l<2.1.3软件设计系统软件工作流程图如图7所示,着重说明100元人民币安全线检测.4实验结果用2005版不同面值人民币纸币真钞与各面值假币作对比实验.通过以上设计的安全线信号检测系统,可在30ms之内统计纸币安全线信号所有高低电平时间之比以及其引起DSPGPIO下降沿中断次数.可为软件预留20ms对所记录的安全线信息进行鉴别处理.通过对大量真钞与假钞进行测试,本系统识别时间为10ms,鉴别率为97.8%,主要错误来源于纸币破旧磨损等干扰.5结束语根据原创论文搜集的数据统计分析,研制了一种基于DSP的人民币纸币全息磁性开窗安全线鉴别装置.整个装置安装在出钞速率为20张/s的点钞机内部.实际运行结果表明,装置能够实时采集安全线信号有关数据,同时结合真伪识别与面额识别算法快速完成人民币安全线检测,并将检测结果记录在存储单元中.。