硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性提升方法的探究

胡鵬路 南京熊貓機(jī)電儀技術(shù)有限公司

現(xiàn)有的硬幣識(shí)別器主要是通過(guò)電磁感應(yīng)原理來(lái)對(duì)硬幣真假及種類(lèi)進(jìn)行判斷，由于影響硬幣識(shí)別的因素較多，因此，市面上有不少硬幣識(shí)別器在識(shí)別準(zhǔn)確率方面還不夠理想，本文將針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行探究。

1.電磁感應(yīng)硬幣識(shí)別器的原理

大多數(shù)的電磁感應(yīng)式硬幣識(shí)別器主要由幣道、設(shè)于幣道兩端的線(xiàn)圈 、振蕩電路、整流電路、放大電路以及微控制器組成。線(xiàn)圈與振蕩電路相連并輸出交變信號(hào)，當(dāng)硬幣通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈中的交變磁場(chǎng)作用在硬幣上，硬幣中就感應(yīng)出電渦流，電渦流又產(chǎn)生一個(gè)次級(jí)磁場(chǎng)，它與原磁場(chǎng)相互疊加導(dǎo)致原磁場(chǎng)發(fā)生變化，使線(xiàn)圈內(nèi)磁通改變，從而使線(xiàn)圈的復(fù)阻抗發(fā)生變化，該變化導(dǎo)致振蕩電路的交變信號(hào)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)出交變信號(hào)的變化量，就相當(dāng)于測(cè)出了硬幣的電磁特征，從而對(duì)不同種類(lèi)的硬幣進(jìn)行區(qū)分。

2.影響硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的因素

對(duì)于硬幣識(shí)別器而言，影響硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的因素是多方面的，以下分別從識(shí)別算法、采集電路和加工精度三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析。

2.1 識(shí)別算法對(duì)硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的影響

在硬幣識(shí)別器中，識(shí)別算法作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)硬幣識(shí)別的結(jié)果有著至關(guān)重要的作用。從調(diào)研結(jié)果來(lái)看，國(guó)內(nèi)的很多硬幣識(shí)別器通過(guò)對(duì)交變信號(hào)中某一項(xiàng)變化特征值作為識(shí)別依據(jù)，來(lái)對(duì)硬幣真?zhèn)芜M(jìn)行判定，然而，經(jīng)過(guò)大量的硬幣樣本實(shí)驗(yàn)，存在少數(shù)異類(lèi)硬幣，在交變磁場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)某一項(xiàng)變化特征值與真幣相同的情況，這就很容易出現(xiàn)誤判，因此，僅通過(guò)某一項(xiàng)特征值作為依據(jù)來(lái)開(kāi)發(fā)的硬幣識(shí)別算法，存在一定弊端，無(wú)法準(zhǔn)確的將異類(lèi)硬幣與真幣進(jìn)行區(qū)分。

2.2 檢測(cè)電路對(duì)硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的影響

硬幣識(shí)別器的檢測(cè)電路主要由振蕩電路、整流電路、放大電路以及微控制器組成，整流電路將交變信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后，再通過(guò)放大電路傳給微控制器，然而，當(dāng)環(huán)境溫度變化或電壓波動(dòng)時(shí)，放大電路易出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，這使得放大器輸出給微控制器的信號(hào)出現(xiàn)了偏差，進(jìn)而影響后續(xù)的計(jì)算和識(shí)別，因此，也對(duì)硬幣識(shí)別的結(jié)果造成了直接影響。

2.3 加工精度對(duì)硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的影響

硬幣識(shí)別器在生產(chǎn)過(guò)程中，因加工及裝配精度的制約，線(xiàn)圈與幣道之間的相對(duì)位置會(huì)存在一定誤差，這使得硬幣經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，硬幣與線(xiàn)圈的之間距離會(huì)存在差異，這個(gè)差異會(huì)使對(duì)感應(yīng)的電渦流發(fā)生變化，從而對(duì)交變信號(hào)的變化量產(chǎn)生影響，最終導(dǎo)致微控制器計(jì)算出的硬幣各項(xiàng)電磁特征值出現(xiàn)偏差，降低了硬幣識(shí)別的準(zhǔn)確性。

3.提高硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的方法

根據(jù)上文提到的對(duì)影響硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的幾個(gè)因素，以下將探索提高硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的方法。

3.1 采用多特征值識(shí)別算法

針對(duì)識(shí)別算法對(duì)硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性的影響，建議采用多特征值識(shí)別算法，將交變信號(hào)整個(gè)變化過(guò)程的波形進(jìn)行逐點(diǎn)采集，并計(jì)算出波形的峰值、半波寬度、上升斜率、下降斜率、二次反彈高度等特征值，通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)，將大量的不同種類(lèi)的硬幣投入識(shí)別器中，形成不同種類(lèi)硬幣的特征值庫(kù)，作為鑒別的基準(zhǔn)范圍，存儲(chǔ)在DDR中，當(dāng)硬幣識(shí)別器處于工作狀態(tài)時(shí)，每一枚投入幣道的硬幣，都會(huì)根據(jù)相同的算法計(jì)算出該硬幣的各個(gè)特征值，并與DDR中的基準(zhǔn)范圍進(jìn)行逐一比對(duì)，當(dāng)滿(mǎn)足所有對(duì)比條件時(shí)，才判定為真幣，有效鑒別出各類(lèi)假幣，提高了硬幣識(shí)別的準(zhǔn)確性。

3.2 優(yōu)化檢測(cè)電路

為了降低放大電路零點(diǎn)漂移對(duì)識(shí)別準(zhǔn)確性產(chǎn)生的影響，可將放大電路設(shè)計(jì)成差分放大電路，放大電路的反向端與模擬輸入信號(hào)連接，放大電路的同相端與AD5339芯片的輸出端連接，當(dāng)硬幣未被投入幣道時(shí)，微控制器通過(guò)I2C總線(xiàn)控制并調(diào)整AD5339芯片的輸出端電壓，使得放大電路的同相端和反向端電壓相等，放大電路的輸出電壓維持在0V，不會(huì)受到環(huán)境溫度變化或電壓波動(dòng)的影響。當(dāng)硬幣投入幣道時(shí)，幣道入口的光電檢測(cè)傳感器會(huì)將感應(yīng)信號(hào)發(fā)送至微控制器的外部中斷口，從而使微控制器迅速由調(diào)整模式切換為識(shí)別模式。

3.3 增加誤差校正機(jī)制

針對(duì)產(chǎn)品加工精度對(duì)硬幣識(shí)別準(zhǔn)確性造成的影響，可以通過(guò)增加誤差校正機(jī)制來(lái)進(jìn)行解決。產(chǎn)品在出廠前，先設(shè)置到校正模式，并在校正模式下連續(xù)向識(shí)別器投入3枚標(biāo)準(zhǔn)硬幣，識(shí)別器計(jì)算出3枚瞄準(zhǔn)硬幣的各項(xiàng)特征平均值，并與DDR中的基準(zhǔn)范圍進(jìn)行比較，之后根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算出線(xiàn)圈誤差距離，從而輸出給上位機(jī)，并顯示給生產(chǎn)人員查看，生產(chǎn)人員根據(jù)顯示出的誤差距離對(duì)線(xiàn)圈位置進(jìn)行調(diào)整，從而保證線(xiàn)圈與幣道之間的相對(duì)位置，進(jìn)一步提高硬幣識(shí)別的準(zhǔn)確性。