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单片机实现智能荧光鉴伪

2008-04-01
作者:甘海明1, 索双富1, 郭 红1

  摘 要: 根据人民币无色荧光油墨的防伪特性,分析了真钞和伪钞荧光光谱的不同,设计了信号处理电路。将紫外光" title="紫外光">紫外光激发的荧光信号转换成单片机可识别的数字信号" title="数字信号">数字信号,使用AT89C52单片机将数字信号记录,并根据数字信号的波形特征,实现钞票智能鉴伪。
  关键词: 荧光 单片机 鉴伪 钞票识别


  现在市场上点钞机的荧光鉴别方法是纸币纸质防伪法,用紫外光照射钞票表面,测量反射荧光光强,在中心波长为460nm的反射荧光光谱中,真钞荧光光强基本上为0。而伪钞的荧光光强远大于真钞,因此检测460nm波长荧光,光强强的即是伪钞。但是随着伪币制造水平的不断提高,在紫外光照射下,在460nm中心波长荧光光谱中,伪钞和真钞的荧光光谱比较接近,因此这种方法已经不能很好地区分真钞和伪钞。
  人民币荧光防伪特性主要有两个,除了纸币纸质防伪之外,还有无色荧光油墨防伪。钞票印制中加入了无色荧光油墨,日光下无荧光反应,在紫外光照射下,激发出中心波长为550nm的荧光,产生肉眼可见荧光图案。相对于纸币纸质防伪,油墨防伪仿制难度高,而且也可以应用于仪器检测。使用这种鉴别方式,可以提高鉴别准确率。
  本文研究基于无色荧光油墨的防伪方法,配合使用AT89C52单片机,可识别出钞票荧光特性波形图,以此鉴别钞票真伪,提高了鉴别伪钞的能力。
1 第五套人民币荧光防伪的原理
1.1无色荧光油墨防伪特征

  在紫外光照射下,无色荧光油墨的荧光图案主要有两种:(1)变色荧光纤维:钞票纸张中分布有黄色和蓝色荧光纤维,在不同位置形成错落有致的花纹,条纹间不连续。(2)数字荧光图案:第五套人民币在正面行名下方胶印底纹处,有一矩形荧光区域,区域中可以看到和钞票面额相对应的阿拉伯数字,此区域是连续的。


1.2 荧光防伪的实现
  变色荧光纤维图案比较分散,而且形状不规则,不便于仪器检测。所以这里使用数字荧光图案的矩形区域作为检测的对象。用紫外光照射真钞和伪钞的这个区域,得到荧光光谱如图1(a)所示。
  从图1(a)中可以看到,伪钞光谱范围集中在460nm左右,没有以550nm为中心波的荧光光谱。
  因为钞票通过点钞机时是运动的,所以用示波器显示票面运动时真钞和伪钞的荧光光电信号特性,如图1(b)和图1(c)所示。图中的纵轴是电压信号,信号大小和激发出的550nm波长荧光光谱光强成正比。图1(b)所示是真钞的荧光信号,波峰部分代表矩形无色荧光油墨区域激发出的550nm荧光,形成高电平" title="高电平">高电平区域,而波谷部分表示钞票其他部分经过时信号输出低电压" title="低电压">低电压。可以看出伪钞经过鉴别系统时,不存在和真钞类似的波峰部分,整个过程只输出低电压信号,其信号大小和真钞波谷处信号相当。所以本文荧光鉴别实现方法为:钞票通过时,光电系统将光学信号转化成可识别的电压信号,由单片机采样记录并识别,出现一定区域的高电压信号,即为真钞,如果只检测到低电压信号即是伪钞。
2 荧光鉴伪的光电系统设计
2.1光电信号系统

  根据国家标准GB/T18754-2002《凹版印刷紫外激发荧光防伪油墨》,选择发射中心波长为365nm的紫汞灯为激发光源。为了保证激发光纯净,在光源前加一个紫光滤光片,只允许365nm的紫外光通过。
  采用双极型光电二极管PD150作为光学传感器。为获得好的输出,引入了对数电路,在电流较小的时候,二极管两端电压和流过电流近似成对数关系。在光电二极管前放置复合式滤光片,它由图2中所示滤光片2和3组成。该组合对550nm的光有40%左右的透射率,同时可以有效过滤其他杂光。


2.2 光电信号处理
  如图3、图4所示,反射光经过滤光片,光电二极管D1、D2将光信号转换成电信号输入到对数放大电路,D3、D4为对数二极管;然后两路信号输入差动放大器A3,将放大后电压UO输入到双限比较器" title="比较器">比较器LM119中,当ULOH 时,比较器输出5V高电平,其他情况下比较器输出0V的低电平至单片机。其中,UH和UL大小可调整以适应各种情况。

 


3 钞票的智能识别
  本文采用的单片机是ATMEL公司生产的AT89C52单片机,有32个I/O口线,三个16位定时/计数器,一个6向量两级中断,一个全双工串行通信口。空闲方式可以停止CPU工作,但RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统可以继续工作。


3.1输入单片机信号分析
  图5表示信号经过处理电路,由比较器输入单片机的波形图。t1~t4段:钞票通过点钞机。t2~t3段:矩形无色荧光油墨区域激发出荧光,经比较器输出+5V高电平。t1~t2和t3~t4段:钞票其他部分经过时,经比较器输出0V低电平。单片机采集的信号是一系列由0或者1组成的数字序列,通过识别算法,可以还原成图5所示的波形,通过波形形状来识别钞票真伪,这样就实现了对人民币的荧光特性更深层次的应用,可以提高鉴伪能力。


3.2 荧光鉴伪系统智能鉴别
  在对信号的智能识别中,使用均匀采样的方法,因此使用采样点的次数来描述采样时间。用0和1记录采样点的值,分别表示AT89C52的P1.2端口输入低电平和高电平。其实现过程如下:
  (1)采样开始:当钞票通过时,两个光电发射/接收装置经过或运算,给出钞票进入系统的低电平信号。
  (2)该信号输入给单片机P3.2管脚,触发外部中断INT0。
  (3)系统转入如图6所示的中断处理程序。
  (4)信号采样开始,系统查询三个管脚P1.2、P1.3、P1.4状态,并将采样数据记录。
  (5)采样结束:查询到两个光电发射/接收的关闭信号,当前钞票采样结束,退出中断处理程序,管脚状态复位,进入鉴别程序。
  (6)鉴别钞票真伪:采样数据需要经过软件滤波处理,
  将其中突变的0或1过滤掉,最终得到的数据可形成图5所示的波形。可以使用以下三个参数描述波形的形状:
  和t2相对应的count2:第一个“1”点的采样次数;
  和t3相对应的count3:最后一个“1”点的采样次数;
  和t4相对应的count4:总采样次数。
  最终由高电平持续时间百分比函数f(count2,count3,count4)实现钞票真伪的鉴别。
  
  当0.04  本文所采用的智能荧光鉴伪方法是人民币荧光防伪特性的高级应用,从无色荧光油墨区域荧光特性入手,将荧光信号处理成数字信号,最终通过对信号的波形分析实现钞票鉴别,提高了鉴伪钞能力。该方法已经应用到梓坤科技最新开发的点钞机的生产当中,获得了良好的效果。
参考文献
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