CN105046805A - 一种纸币厚度检测装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纸币厚度检测装置及其校准方法。纸币厚度检测装置安装在循环机芯验钞模块入钞口处，包括超声波传感器排管及其驱动电路，模数转换模块，EEPROM模块和可编程门阵列。纸币厚度检测装置的校准方法包括以下步骤：可编程门阵列逐一提取过钞时没有纸币、只有一张纸币，纸币重张或粘有胶带状态下，各通道传感器的数据，计算当前胶带的厚度，将胶带或重张的厚度与标准的厚度值进行对比，判断是否已满足厚度检测要求，从而完成一次校准。本发明操作简便，可以帮助有效的调试厚度检测模块，识别传感器的质量，同时对纸币厚度检测装置进行初始化处理。

Description

一种纸币厚度检测装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及自动取款机领域，特别涉及一种自动取款机中纸币厚度检测装置及检测阈值确定方法。

背景技术

纸币在人们日常活动流通的过程中，容易受到磨损，人们一般会将破损的纸币用胶带进行粘贴后继续使用，同时纸币在ATM中高速运行处理中常有重张发生，影响纸币过钞时对纸币的计数，金融部门在对纸币处理时都要将带胶带的纸币或重张的纸币准确、有效的区分开来。在对带胶带的纸币或重张的纸币进行区分时，需要在纸币高速运行过程中在纸币运行的通道中设置纸币厚度检测装置，通过该纸币厚度检测装置可以对高速运行的纸币厚度进行检测，然后通过检测值判断纸币是否是带胶带的纸币或重张。目前，ATM机中的纸币厚度检测装置一般采用接触式检测装置，它是在低币水平运动时，在纸币运行通道的上下各利用一个压轮相互挤压，然后对压轮之间的距离进行测量，以测量出经过其中的纸币的厚度，这种方式的纸币厚度检测装置能够检测出纸币的大概厚度，但这样的装置具有如下不足：

1、向相互挤压的两个压轮施加的压力对检测纸币的厚度有影响，在检测过程中不好调节。

2、纸币经过两个压轮之间时，运行速度受到影响，这样的检测装置在要求纸币高速运行的装置中不适用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种检验纸币厚度的检测机构和对该机构进行校验的方法，判断检测纸币重张(纸币胶带)的传感器通道的好坏并给通道内传感器调试提供方便，也为缓解由于人为的移动，机械的震荡等引起的微小变化导致的通道传感器变化使厚度检测装置重张、胶带检测的误判率和漏检率的提高，同时也为对纸币厚度检测装置初始化，为厚度检测提供数据处理基础。

本发明的技术方案是：一种纸币厚度检测装置，包括超声波厚度检测模块、模数转换模块、可编程门阵列、主处理模块；所述的超声波厚度检测模块包括超声波发射管、超声波接收管、驱动模块、取样模块；所述的超声波发射管和超声波接收管成对设置在纸币运行的通道垂直两侧，所述的超声波发射管由多个超声波发射器“一字型”排列而成，向外发射列状纵向超声波；所述的超声波接收管由多个超声波接收器“一字型”排列而成，用于接收超声波发射管发射过来的列状纵向超声波；超声波发射管和超声波接收管的个数以能覆盖纸币的整个长度为准；驱动模块与超声波发射管相连，取样模块与超声波接收管的输出端相连；

所述的取样模块输出超声波接收管的输出信号经所述的模数转换模块接入到所述的可编程门阵列；

所述的主处理模块与所述的可编程门阵列相连；

所述的可编程门阵列的输入的是经模数转换模块之后输出的数据，输出的是表示当前通道状态；

所述的可编程门阵列输出的表示当前通道状态进入到所述的主处理模块中，所述的主处理模块进行过钞流程控制；

所述的当前通道状态包括没有纸币、只有一张纸币和纸币重张或粘有胶带；

检测到的结果包括：校准中，校准成功，校准失败。

本发明，提供一种非接触式厚度检测装置，增加该装置以后不会影响钞票运动速度。

进一步的，上述的进纸币厚度检测装置：所述的超声波厚度检测模块安装在循环机芯验钞模块入钞口处。成对出现的超声波发射管和超声波接收管之间的中心连线与钞票运行的通道平面的垂直线呈一夹角。夹角为15度或20度。另外，还包括EEPROM，所述的EEPROM与可编程门阵列相连。所述的主处理模块为工控机。

本发明还提供纸币厚度检测装置的校准方法，包括以下步骤：

步骤A、获取过钞时经模数转换模块后没有纸币、只有一张纸币，纸币重张或粘有胶带状态下，多组厚度检测各通道超声波厚度检测模块的数据；

步骤B、求取每种状态下多组厚度检测各通道超声波厚度检测模块的数据均值分别为μ₀,μ₁,μ₂，求取只有一张纸币和纸币重张或粘有胶带状态下各个通道的厚度检测数据最大值，最小值；

步骤C、计算胶带的厚度，将只有一张纸币状态下多组各通道厚度的均值μ₁减去纸币重张或粘有胶带状态下多组厚度检测的均值μ₂，得到的厚度值为计算胶带的厚度；

步骤D、计算胶带的厚度与标准的厚度值进行对比，判断该通道是否已满足|d-d_normal|<ε厚度检测要求；式中，d为计算胶带的厚度，d_normal为标准的厚度值(存储在EEPROM中)，ε为阈值ε的确定是根据多次走钞时测量新旧不同纸币通过超声波传感器通道厚度的最大值和最小值的差值决定的；若满足，则说明该通道满足要求不再需要校准，可用于纸币的厚度检测，否则转向步骤E；

步骤E、将问题通道的位置信息，计算胶带的厚度，将计算的胶带厚度值作为标准的厚度值更新，重复上述操作，观测3-4次步骤D的检测要求，如果多次不满足则说明对应通道不稳定、不可用，考虑为超声波厚度检测模块中超声波发射管和超声波接收管的安装位置，对应通道硬件、机械、传感器等物理上原因导致而需做调整。

进一步的，上述的校准方法中：所述的步骤A中具有以下要求：

每次过钞，提取纸币上各个传感器通道的数据，能够提取各个通道厚度数据的个数M确定方法如下：

待测试纸币的最大高度值H，纸币传送速率V，纸币信号检测接收单元完成一次扫描的时间t，一次过钞能够提取各个通道厚度数据的个数M；

M＝H/Vt；

获取的没有纸币(X₀)状态下，各通道传感器数据的均值作为当前通道传感器提取只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下开始检测到纸币至离开传感器时获取厚度检测数据值的依据；

需提取只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下新旧不同的被测纸币样本过钞时传感器通道的数据。

一张纸币状态下各通道厚度的均值μ₁及纸币重张或粘有胶带(X₂)各通道厚度的均值μ₂得到胶带的厚度d＝μ₁-μ₂＝{μ₁₁,μ₁₂,μ₁₃…μ_1N-1,μ_1N}-{μ₂₁,μ₂₂,μ₂₃…μ_2N-1,μ_2N}，其中N为超声波发射管和超声波接收管对的个数。

下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。

附图说明

图1是本发明的纸币厚度检测装置结构图。

图2本发明纸币厚度检测装置中传感器安装图。

图3是本发明中的超声波发射管和超声波接收管对示意图。

图4是本发明实施纸币厚度检测校准及计算的原理图。

图5是本发明中控制流程图。

图中，X₀为没有纸币时传感器通道区域数据，X₁为一张纸币状态下传感器通道数据，X₂为纸币重张或粘有胶带状态下传感器通道数据；d为胶带的厚度。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。

本实施例中的超声波厚度检测装置安装在ATM机的循环机芯验钞模块的入钞口处，如图1所示，超声波厚度检测装置包括超声波厚度检测模块1、模数转换模块2、EEPROM模块3、可编程门阵列4、主处理模块5；超声波厚度检测模块1如图2、图3所示包括超声波发射管11、超声波接收管12、驱动模块、取样模块；超声波发射管11和超声波接收管12成对设置在纸币运行的通道6垂直两侧，超声波发射管11由多个超声波发射器“一字型”排列而成，安装在一块PCB板13上，向外发射列状纵向超声波；同样超声波接收管12由多个超声波接收器“一字型”排列而成，也安装在另一块PVB板13上，在安装超声波发射管11的PCB板13上还可以设置驱动模块，驱动模块在可编程门阵列4控制下对超声波发射管11进行控制，主要控制有：什么时候发射、发射的能量是多少等。在安装超声波接收管12的PCB板13上也可以设置取样模块，取样模块对超声波接收管12输出进行取样后经模数转换模块转换成数字信号输入到可编程门阵列4。用于接收超声波发射管发射过来的列状纵向超声波；超声波发射管11和超声波接收管12的个数以能覆盖纸币的整个长度为准；驱动模块与超声波发射管11相连，取样模块与超声波接收管12的输出端相连；成对出现的超声波发射管11和超声波接收管12之间的中心连线与钞票运行的通道平面的垂直线呈一夹角。夹角大小为15度左右。有时可达20度。这样，可以避免超声波多重反射。

取样模块输出超声波接收管12的输出信号经模数转换模块2接入到可编程门阵列4；

主处理模块5与可编程门阵列4相连。

本实施例中，可编程门阵列4是厚度检测装置及其校准的核心模块，主要对数模转换模块的数据进行处理输出判断校准状态，可编程门阵列输入的是经模数转换模块之后输出的数据，输出的是表示当前通道状态的指令和检测到的厚度值和结果，这些当前通道状态包括没有纸币X₀、只有一张纸币X₁和纸币重张或粘有胶带X₂，检测到的厚度值和结果包括校准中，校准成功，校准失败等，这些数据将一起反馈给作为主处理模块的ATM机的工控主机，便于工控主机进行之后过钞流程控制。如确定有纸币重张或粘有胶带现象X₂现象时，控制钞流使纸币重张或粘有胶带现象X₂现象的钞票进入到一个特定的钞箱中，并在ATM机上显示。

本实施例中超声波传感器放置在循环机芯验钞模块入钞口预留的铜槽中，并且超声波传感器排管的发射端与接收端要正对安装，具体的安装侧面示意图如图2所示。

当前通道传感器检测到的数据会有3种状态，分别为没有纸币，有一张纸币，重张纸币或有胶带粘连的纸币。每种状态下纸币的对应通道的传感器数据都会有不同。根据这些通道数据我们可以判断纸币进入通道的状态，从而提取数据确定纸币是否存在的重张区域或疑似胶带区域，为厚度检测校准提供依据和方便。

上述能对纸币厚度检测装置校准的方法，包括以下步骤：如图5所示。

由控制主机5控制过钞，可编程门阵列4逐一提取过钞时经模数转换模块2后没有纸币X₀、只有一张纸币X₁，纸币重张或粘有胶带X₂状态下，多组厚度检测各通道传感器的数据；每次过钞，提取纸币上各个传感器通道的数据，能够提取各个通道厚度数据的个数M确定方法如下：

待测试纸币的最大高度值H，纸币传送速率V，纸币信号检测接收单元完成一次扫描的时间t，一次过钞能够提取各个通道厚度数据的个数M；

M＝H/Vt

1)可编程门阵列对每次过钞提取的各个通道的厚度检测数据进行中值滤波，滤掉其中带毛刺的数据，并求取平均值；

可编程门阵列求取没有纸币(X₀)状态下厚度检测多组各通道数据均值μ₀。提取的没有纸币(X₀)状态下，各通道传感器数据的均值将作为当前通道传感器提取只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下开始检测到纸币至离开传感器时获取厚度检测数据值的依据。根据没有纸币(X₀)状态下与有纸状态下(X₁,X₂)数据差异判断有纸进入传感器通道时才进行能得到扫描的厚度检测数据；如图4所示。图中纵坐标表示每次过钞经模数转换模块后可编程门阵列获得与纸币厚度相关的多组电压信号值的平均值，该值直接反映了纸币在传感器通道的状态(没有纸币或空跑(X₀)、只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂))。

2)横坐标表示传感通道不同状态下工控主机控制过钞时扫描纸币次数。

3)上述提取过钞时只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下新旧不同的被测纸币样本过钞时传感器通道的数据；

4)上述滤波之后将多次过新旧不同纸币时获得的多组传感器通道数据分别求出取纸币在每种不同状态(X₁，X₂)下各个通道的厚度检测数据平均值μ₁、μ₂，最大值(Max)，最小值(Min)，并将这些值都存储在EEPROM模块3中。

5)可编程门阵列5计算胶带的厚度(d)，将一张纸币状态下各通道厚度的最优值μ₁减去胶带区域(重张区域)厚度检测的最优值μ₂；

d＝μ₁-μ₂＝{μ₁₁,μ₁₂,μ₁₃…μ_1N-1,μ_1N}-{μ₂₁,μ₂₂,μ₂₃…μ_2N-1,μ_2N},

其中，N为传感器的个数；

6)可编程门阵列4计算胶带或重张的厚度(d)与标准的厚度值d_normal进行对比，判断该通道是否已满足|d-d_normal|<ε厚度检测要求；阈值ε的确定是根据多次走钞时测量新旧不同纸币通过超声波传感器通道厚度的最大值Max和最小值Min的差值决定的。若通道满足|d-d_normal|<ε厚度检测要求，则说明该通道满足要求不再需要校准，否则将问题通道的位置信息，检测胶带的厚度值经UART接口6上传至工控主机5；工控主机5再发送校准指令，将计算的胶带厚度值(d)作为标准的厚度检测值更新，重复上述操作3-4次，看是否满足检测要求。如果多次不满足则说明对应通道不稳定、不可用，考虑为超声波厚度传感器的相对位置，对应通道硬件、机械、传感器等物理上原因导致而需做调整。

本发明实施例的有益效果如下：

1、对提取的通道数据进行滤波，相较将所有数据直接拿来处理，有效的减少了AD采样，外界因素干扰引起的毛刺数据对传感器通道厚度数据处理带来的干扰。

2、该方法可以测量厚度板因机械安装、硬件、传感器质量等引起的微小变化导致的传感器通道检测纸币厚度误差，帮助快速定位问题的传感器通道，避免了因传感器通道问题带来的误判。

3、根据测量的厚度值可以作为下次校准时的厚度检测标准值，避免了每次阈值设定固定引起的较大误差，反复在程序中修改程序带来的麻烦。阈值的动态设定在一定程度上提高了每次厚度检测时，厚度检测的准确性、灵活性和鲁棒性。

4、对厚度检测模块进行校准，在一定程度上减少了不同传感器不同机器间的差异，使得判定过程更加自动化，增加了可移植性。

Claims (10)

1.一种纸币厚度检测装置，其特征在于：包括超声波厚度检测模块(1)、模数转换模块(2)、可编程门阵列(4)、主处理模块(5)；所述的超声波厚度检测模块(1)包括超声波发射管(11)、超声波接收管(12)、驱动模块、取样模块；所述的超声波发射管(11)和超声波接收管(12)成对设置在纸币运行的通道垂直两侧，所述的超声波发射管(11)由多个超声波发射器“一字型”排列而成，向外发射列状纵向超声波；所述的超声波接收管(12)由多个超声波接收器“一字型”排列而成，用于接收超声波发射管发射过来的列状纵向超声波；超声波发射管(11)和超声波接收管(12)的个数以能覆盖纸币的整个长度为准；驱动模块与超声波发射管(11)相连，取样模块与超声波接收管(12)的输出端相连；

所述的取样模块输出超声波接收管(12)的输出信号经所述的模数转换模块(2)接入到所述的可编程门阵列(4)；

所述的主处理模块(5)与所述的可编程门阵列(4)相连；

所述的可编程门阵列(4)的输入的是经模数转换模块之后输出的数据，输出的是表示当前通道状态；

所述的可编程门阵列(4)输出的表示当前通道状态进入到所述的主处理模块(5)中，所述的主处理模块(5)进行过钞流程控制；

所述的当前通道状态包括没有纸币(X₀)、只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)；

检测到的结果包括：校准中，校准成功，校准失败。

2.根据权利要求1所述的纸币厚度检测装置，其特征在于：所述的超声波厚度检测模块安装在循环机芯验钞模块入钞口处。

3.根据权利要求1或2所述的纸币厚度检测装置，其特征在于：成对出现的超声波发射管(11)和超声波接收管(12)之间的中心连线与钞票运行的通道平面的垂直线呈一夹角。

4.根据权利要求3所述的纸币厚度检测装置，其特征在于：夹角为15至20度。

5.根据权利要求1所述的纸币厚度检测装置，其特征在于：还包括EEPROM(3)，所述的EEPROM(3)与可编程门阵列(4)相连。

6.根据权利要求1至5中任一所述的纸币厚度检测装置，其特征在于：所述的纸币厚度检测装置设置在ATM机中，所述的主处理模块(5)为控制ATM机的工控机。

7.根据权利要求1所述的纸币厚度检测装置的校准方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、获取过钞时经模数转换模块(1)后没有纸币(X₀)、只有一张纸币(X₁)，纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下，多组厚度检测各通道超声波厚度检测模块(1)的数据；

步骤B、求取每种状态(X₀，X₁，X₂)下多组厚度检测各通道超声波厚度检测模块(1)的数据均值分别为μ₀,μ₁,μ₂，求取只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下各个通道的厚度检测数据最大值(Max)，最小值(Min)；

步骤C、计算胶带的厚度(d)，将只有一张纸币(X₁)状态下多组各通道厚度的均值μ₁减去纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下多组厚度检测的均值μ₂，得到的厚度值(d)为计算胶带的厚度(d)；

步骤D、计算胶带的厚度(d)与标准的厚度值(d_normal)进行对比，判断该通道是否已满足|d-d_normal|<ε厚度检测要求；式中，d为计算胶带的厚度，d_normal为标准的厚度值，ε为阈值ε的确定是根据多次走钞时测量新旧不同纸币通过超声波传感器通道厚度的最大值(Max)和最小值(Min)的差值决定的；若满足，则说明该通道满足要求不再需要校准，可用于纸币的厚度检测，否则转向步骤E；

步骤E、将问题通道的位置信息，计算胶带的厚度(d)，将计算的胶带厚度值(d)作为标准的厚度值更新，重复上述操作，观测3-4次步骤D的检测要求，如果多次不满足则说明对应通道不稳定、不可用，考虑为超声波厚度检测模块(1)中超声波发射管(11)和超声波接收管(12)的安装位置，对应通道硬件、机械、传感器等物理上原因导致而需做调整。

8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于：所述的步骤A中具有以下要求：

每次过钞，提取纸币上各个传感器通道的数据，能够提取各个通道厚度数据的个数M确定方法如下：

待测试纸币的最大高度值H，纸币传送速率V，纸币信号检测接收单元完成一次扫描的时间t，一次过钞能够提取各个通道厚度数据的个数M；

M＝H/Vt；

获取的没有纸币(X₀)状态下，各通道传感器数据的均值作为当前通道传感器提取只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下开始检测到纸币至离开传感器时获取厚度检测数据值的依据；

需提取只有一张纸币(X₁)和纸币重张或粘有胶带(X₂)状态下新旧不同的被测纸币样本过钞时传感器通道的数据。

9.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于：

一张纸币状态下各通道厚度的均值μ₁及纸币重张或粘有胶带(X₂)各通道厚度的均值μ₂得到胶带的厚度d＝μ₁-μ₂＝{μ₁₁,μ₁₂,μ₁₃...μ_1N-1,μ_1N}-{μ₂₁,μ₂₂,μ₂₃…μ_2N-1,μ_2N}，其中N为超声波发射管(11)中超声波发射器或者超声波接收管(12)超声波接收器对的个数，μ₁₁,μ₁₂,μ₁₃…μ_1N-1,μ_1N为一张纸币状态下传感器通道1、通道2……通道N对应的数据值，μ₂₁,μ₂₂,μ₂₃…μ_2N-1,μ_2N为纸币重张或粘有胶带状态下传感器通道1、通道2……通道N对应的数据值。

10.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于：标准的厚度值d_normal经反复批量测试之后得到的超声波传感器厚度检测纸币经验厚度值，并将其值存储在EEPROM中。