CN110348559A - 一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数卡器技术领域，具体涉及一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器；包括激光传感器、可变增益放大电路、AD采集模块和ARM处理器；卡片扫过所述激光传感器时，卡片边沿经激光传感器产生受光电流波动，经所述可变增益放大电路进行比例放大后进入所述AD采集模块转换成数字信号，所述数字信号以数据流的形式传送至所述ARM处理器通过软件算法计算出卡片数量；本发明在不同卡种类数卡时，输出信号分辨精度始终在最佳状态，使数卡加入复杂算法成为可能，其对应数卡准确率也得到本质提升。设计使用更复杂算法去除更多干扰及增加更复杂纠错功能，使数卡准确率得到本质提升。完成客户定制产品的准确数卡，具有很强创造性。

Description

一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器
技术领域
本发明涉及数卡器技术领域，具体涉及一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器。
背景技术
社会上大量发行各种标准卡片，如银行卡、VIP卡、地铁票卡等。在生产及交易过程均需要对整盒卡片的数量进行计量。目前普遍采用的是使用手持式数卡器进行计数。
手持数卡器均采用激光发送—接收方式扫过卡片侧面，在卡片位置反光信号强，在卡片间缝隙处反光信号弱。目前市场上主流手持数卡器均使用外部硬件微分电路将强弱波动信号转成脉冲方波号，对脉冲数进行计数的检测方式对扫过的卡片计数，具有计数误差大，卡片适用范围窄的缺陷。典型电路如2所示。
老式数卡器将采集的光电信号经 前置放大---缓冲滤波—微分脉冲转换后，将波形上沿转换成标准脉冲方波信号，MCU对脉冲信号记数来计算卡片张数。在切口较差的卡片或切口不平时，波形会不规则，此时微分转换就容易丢失或多记数。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，用于解决老式数卡器将采集的光电信号经 前置放大---缓冲滤波—微分脉冲转换后，将波形上沿转换成标准脉冲方波信号，MCU对脉冲信号记数来计算卡片张数。在切口较差的卡片或切口不平时，波形会不规则，此时微分转换就容易丢失或多记数的问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，包括激光传感器、可变增益放大电路、AD采集模块和ARM处理器；卡片扫过所述激光传感器时，卡片边沿经激光传感器产生受光电流波动，经所述可变增益放大电路进行比例放大后进入所述AD采集模块转换成数字信号，所述数字信号以数据流的形式传送至所述ARM处理器通过软件算法计算出卡片数量。
优选的，所述AD采集模块AD采样率大于等于1MSPS，输入信号峰峰值Vpp接近参考电压Verf。
优选的，所述卡片为纯白色卡片时，所述激光传感器激光信号采集电路输出源信号为20nA；
所述卡片为黑色或透明卡片时，所述激光传感器激光信号采集电路输出源信号为0.1nA。
优选的，所述卡片可为透明卡、黑卡、白卡、普通卡、薄卡、厚卡或其他类型中的任意一种。
优选的，所述软件算法的算法程序自动依数卡结果调整增益，反复数次后使增益在对应卡片状态下达到设定范围。
优选的，所述激光传感器扫描过卡片侧面，反射回的pA级的激光信号经传感器内部放大器后转换成nA级的微弱电流信号；在正常卡片的卡片位置为波峰，卡片间的缝隙为波谷。
优选的，所述可变增益放大电路中，电流信号通过参考电阻R19后转换成uV级的微弱电压信号，MCU通过IIC总线控制低噪声专用数字电位器IC6阻值来调整IC的增益倍数。
优选的，所述ARM处理器数字信号通过迭代滤波预处理后进行算法处理得到卡片张数。
本发明的有益效果为：
1.可变增益前置放大电路，使手持数卡器创新性支持透明卡及黑卡等卡片数卡。
2.在不同卡种类数卡时，输出信号分辨精度始终在最佳状态。
3.普通数卡器需要均匀划过卡片，过快过慢均会使数卡失败。全数字信号处理方式使数卡速度要求大幅降低，数卡时数卡器划过卡片的速度快慢变化不会影响数卡。使本全数字式数卡器无论快慢均可准确可靠数卡。
4.全数字信号处理方式使数卡加入复杂算法成为可能。其对应数卡准确率也得到本质提升。
5.配合新手持数卡器全数字信号处理方式，使用创新的分类算法，针对不同卡作优化处理。使数卡能力由只能数普通成品卡片，扩展到可以数透明卡、黑卡、白卡等特殊种类卡片。
6.全数字信号处理方式，设计使用更复杂算法去除更多干扰及增加更复杂纠错功能，使数卡准确率得到本质提升。
7.全数字信号处理方式，可以针对客户更多的特种卡片业属优化算法。完成客户定制产品的准确数卡。
8.数字信号处理方式，通过算法的升级即可完成产品的升级优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体原理框图；
图2是本发明实施例激光传感器与可变增益放大电路连接示意图；
图3是发明背景技术老式数卡器电路原理图；
图4是本发明实施例ARM处理器核心电路板电路原理图
图5是本实施例在手持数卡器软件预设各种卡片模式的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例公开一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，包括激光传感器、可变增益放大电路、AD采集模块和ARM处理器；卡片扫过所述激光传感器时，卡片边沿经激光传感器产生受光电流波动，经所述可变增益放大电路进行比例放大后进入所述AD采集模块转换成数字信号，所述数字信号以数据流的形式传送至所述ARM处理器通过软件算法计算出卡片数量。
本实施例使用新型数字电位器配合特殊运算方大器组成可配置增益的前置采集放大电路。卡片扫过激光传感器时，卡片边沿经激光传感器产生受光电流波动，经传感器内置放大器及前置放大器进行比例放大后进入AD采集电路转换成数字信号。因为一次手动数卡扫描时间为0.2秒，对应卡片500张的情况下，要保证每张卡片有足够的有效采集点数（至少50点）才能保证算法可靠识别卡片。即要求AD采样率达到1MSPS.高速AD采样状态下AD采集精度会比较低，这样需要使输入信号峰峰值Vpp尽量接近参考电压Verf来保证信号完整性及有效分辨率。
对纯白色卡片，激光信号采集电路输出源信号为20nA左右波动；但对黑色或透明卡片，其信号变化为0.1nA。经精密可变增益前置电路，依预置的卡片种类调整增益大小，使输出信号转换成0-2V幅值的电压信号，电压信号通过高速AD转换成数字信号后通过软件算法计算出卡片数量。
如图5所示在手持数卡器软件预设各种卡片模式：透明卡、黑卡、白卡、普通卡、薄卡、厚卡等类型。设备出厂时，先进行增益校准，校准方式为使用对应参考卡片扫卡。算法程序自动依数卡结果调整增益，反复数次后使增益在对应卡片状态下达到设定范围。用户数卡时，依当前数卡的种类设置对应类型。软件依类型调整前置电路输出信号强度。用户数卡卡时，保证输出信号峰峰值Vpp在1/2Vref至0.9Vref之间。
算法实现：本实施例将激光传感器原始信号放大后经过AD转换变成全数字信号进行数字算法处理。算法分析激光信号经过卡面时产生的波形曲线特征识别峰谷并判断是否为卡。
数据采集流程：数卡器激光传感器，ADC模块与之对应：数卡时AD采集的数据保存使用先导数组（400B）+正式数组（60000B）两块数据组成。先导数组用于判断开始数卡时激光传感器已移动到卡面，后续数据存入正式数组。扫描完成后先导数据移入正式数组合并成完整的卡片采集数据。
卡面起始位置判断，先导数组长度为400B，保存完整的12位AD采集值200组。开始数卡后采集数据先进先出的方式存入先导数组内。每进行一次AD结果采集时，检测并判断起始点：
对先导数组第50~113位置的64个数据取平均值，计先导平均值X；依次对先导数组最后8个数据减平均值，当至少有四个数据与设定值A的和小于平均值，则判断卡面起始位已到。保存最后的X值用于卡面结束判断。当检测到起始卡面位时，将400B数据并入正式数组并开始连续采集。
卡面结束位置判断，连续采集时，每次采集完一个数据时进行卡面结束判断：每次采集结果均与最后的先导平均值X比较，当连续400个数据（800B）内有300个以上数据与平均值偏差于小设定值B时判断为本次数卡卡面结束。从开始数卡算起，总时间超过5秒，本次数卡强制结束并报数卡错误。
算法处理流程：采集并整理好数据后针对设定的当前卡类型，调用相应优化算法：对卡片种类进行分类，普通卡类、透明卡类、白卡类、厚卡类、凸字卡类、精数卡类六种。根据这六类卡独特特征分别建立四种算法。
普通卡类：波形规则，信号明显，只需筒单算法处理即可准确数卡。
透明卡类：有典型双峰，信号有不规则缺失。需强化算法修正。白卡类：信号弱，无双峰，信号容易缺失。需特殊强化算法修正。
厚卡类：信号强但容易有干扰波动。算法需针对性优化干扰修正。
激光传感器扫描过卡片侧面，反射回的pA级的激光信号经传感器内部放大器后转换成nA级的微弱电流信号；在正常卡片的卡片位置为波峰，卡片间的缝隙为波谷。
可变增益放大电路中，电流信号通过参考电阻R19后转换成uV级的微弱电压信号，MCU通过IIC总线控制低噪声专用数字电位器IC6阻值来调整IC的增益倍数。
ARM处理器数字信号通过迭代滤波预处理后进行算法处理得到卡片张数。
本实施例手持数卡器使用全新数字信号处理方式进行数卡。手持数卡器信号处理中，可配置增益前置放大电路处理方式及电路。手持数卡器数卡处理中，对不同卡种类细分参数及优化算法处理方式。数字信号处理中数据采集部分的起始位置判断，结束位置判断过程。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，包括激光传感器、可变增益放大电路、AD采集模块和ARM处理器；卡片扫过所述激光传感器时，卡片边沿经激光传感器产生受光电流波动，经所述可变增益放大电路进行比例放大后进入所述AD采集模块转换成数字信号，所述数字信号以数据流的形式传送至所述ARM处理器通过软件算法计算出卡片数量。
2.根据权利要求1所述的可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，所述AD采集模块AD采样率大于等于1MSPS，输入信号峰峰值Vpp接近参考电压Verf。
3.根据权利要求1所述的可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，所述卡片为纯白色卡片时，所述激光传感器激光信号采集电路输出源信号为20nA；
所述卡片为黑色或透明卡片时，所述激光传感器激光信号采集电路输出源信号为0.1nA。
4.根据权利要求1所述的可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，所述卡片可为透明卡、黑卡、白卡、普通卡、薄卡、厚卡或其他类型中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，所述软件算法的算法程序自动依数卡结果调整增益，反复数次后使增益在对应卡片状态下达到设定范围。
6.根据权利要求1所述的可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，所述激光传感器扫描过卡片侧面，反射回的pA级的激光信号经传感器内部放大器后转换成nA级的微弱电流信号；在正常卡片的卡片位置为波峰，卡片间的缝隙为波谷。
7.根据权利要求1所述的可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，所述可变增益放大电路中，电流信号通过参考电阻R19后转换成uV级的微弱电压信号，MCU通过IIC总线控制低噪声专用数字电位器IC6阻值来调整IC的增益倍数。
8.根据权利要求1所述的可变增益信号采集及数字算法实现的手持数卡器，其特征在于，所述ARM处理器数字信号通过迭代滤波预处理后进行算法处理得到卡片张数。
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