银行纸币鉴伪系统设计

1 引言
伪币干扰正常的货币流通，扰乱经济秩序，世界各国都在货币制造和防伪方面不遗余力，力求应用现代最前沿的科技制造出更加完美，更加难以伪造的货币，保护本国经济。我国在汲取各国造币技术精华的基础上，在第四、五套人民币中使用了许多先进的防伪手段。本文介绍的防伪系统以ATmel公司出品的高性能8位微控制器AT8PC52为核心处理芯片，完成纸质、磁安全码、磁性油墨、荧光油墨、长宽尺寸、厚度及红外、紫外特性的鉴别，是一套完整的，高可靠性的设计方案。
2 纸币鉴伪系统构成
人民币鉴伪系统是针对在人民币制造过程中采用特殊工艺而使之具有的纸质及防伪特性，通过电子识别手段，把伪币挑捡出来的自动检测系统。它由传感器，处理电路，中央控制芯片，执行机构等硬件和相应的软件程序组成。
如图1方框图所示，本系统包括单片计算机，计数电路，传动电路，起动、重复传感器及处理电路，键盘、显示电路，红外线穿透识别电路，紫外线识别电路(包括荧光检测，磷光检测)，磁性油墨及磁安全码检测电路，长度、宽度、厚度检测电路和电源组成。
在方框图中，各种传感器负责采集信号；处理电路将采集到的模拟量和数字量转换成为单片机可以识别的形式并送给单片机，经过程序处理后，传动部分得到各种控制信号并产生动作(正常运行，停机，鸣叫，显示等)。
3 硬件电路
3.1 AT8PC52单片机芯片简介
本设计采用ATmel公司的AT8PC52单片机作为控制芯片主要是因为该芯片高的性能价格比和设计电路最简化的需要。以下简要介绍芯片的特性。
AT89C52是一种带8K字节闪速可编程，可擦除只读存储器(PEROM)的低功耗，高性能CMOS8位微控制器。该器件采用ATMEL非易失存储器制造技术，与工业标准的80C51指令集及输出引脚相兼容。ATMEL将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，为许多嵌入式控制系统提供了更高的灵活性。

AT89C52集成了8K字节的闪速程序存储器，可进行1000次擦写循环，数据保留期长达十年。256字节RAM。静态工作频率0～24MHz。32条可编程I/O端口。3个16位定时器／计数器。6个两级中断源。1个全双工串行口。震荡器和时钟电路。3级程序存储器锁定。

3.2 纸币鉴伪系统电路构成
下面将分别介绍红外线穿透识别电路，紫外线识别电路(包括荧光检测，磷光检测)，磁性油墨及磁安全码检测电路，长度、宽度、厚度检测电路的原理和具体电路。
(1)紫外线识别电路。紫外光特性是目前最为常见的识伪方法，我们都知道一定波长的紫外线具有能够激发隐含的不发光荧光物质发出可见光这一物理特性。当波长340～370左右的紫外光照射在含有荧光剂的纸张表面时，荧光剂被击发出波长470nm的蓝紫光，即所说的荧光反应，真钞使用特殊纸张不含荧光剂，不会有荧光反应，有些假钞制造不具备这一条件，币面会产生荧光反应。但近些年来，由于技术的进步和集团化大规模造假成为伪币产生的主流，不含荧光剂的伪钞越来越多，上述方法已不能有效地检验出纸币的真伪，而磷光反应是在钞票的特定部位印上紫外光下呈黄绿色发光的物质，检测原理和上面相同。这两种特性综合使用，可以提高识伪的可靠性。
在(图3c)中可以看到光学传感器采集到的电流讯号，经过IC5A(ua741)构成的电流——电压转换器成为电压信号，再由LM324(a，b)两极放大并同比较器(LM324c构成)设定的门限值比较后，将电平信号传给单片机的P05，P06处理。
一般紫外线光源采用主峰值谱线在365nm的紫外线黑光灯，光学传感器采用光学滤色片加兰硅光电池组成。光学传感器可根据(图3b)确定光谱响应曲线，注意应严格控制其曲线的截止频率和选用高透过率的光学材料做滤色镜片。

(2)红外穿透特性识别。红外特性对红外穿透特性进行识别，原理是红外发光管通电时发出的特定波长的红外光穿透钞票被光敏三极管接收，由于真钞和假钞透光率不同，光敏三极管的输出电流也有差别，从而达到区分真伪的目的。该电路只需要一对红外收发光传感器即可完成所需功能，电路非常简单，在此不再多介绍。
(3)磁性油墨检测。磁性油墨检测是当前世界各国都普遍采用的防伪措施。我国在第四，五套人民币上也使用了磁性油墨，高灵敏度的磁传感器能有效捕捉到磁信号，需要指出我们国家在第五套人民币上还加有磁性安全线，并且每一币种的安全线磁码排列都不相同，伪币由于制造工艺和制造成本的限制目前还不能在这一指标上同真币媲美，因此安全线识伪是目前最为有效的识伪手段之一。正电路设计上，本电路上采用高灵敏度、低噪声的音频磁头来拾取磁安全线磁码，用(图4a)电路处理后输入单片计算机计算磁码排列，从而区分真伪。对第四套人民币可以用识别磁性油墨的强度来鉴别，由于磁性油墨强度较低，传感器选用MFC-H。

(4)宽度检测(图5a)：这部分电路的功能是利用光电旋转编码器(图5b)记录下每张钞票走过时的脉冲数量，大于或小于一定数值就发出报警信号。一般情况下此电路可以做到2mm以下的精度。光电旋转编码器的工作原理如(图5b)所示：用码盘旋转来阻断发光管和接收管之间的红外光，在接收端电路中产生脉冲信号。记录钞票走过时的脉冲个数，就可以准确地知道钞票的宽度。AT89C52用P13输入该信号并处理。
(5)长度检测：本设计中使用光长度检测传感器采集信号，经AD623放大后送给模数转换器AD7821变成数字形式。DB0-DB7将数字量送入AT89C52的P2口。

(6)厚度检测。厚度信号利用模拟型霍尔传感器SS495(HONEYWELL公司出品)经AD623放大，LM339比较，CD4014D锁存器输出电平信号给AT89C52的P36。

4 程序流程图
由于篇幅有限，下面仅给出简要的主程序流程图，有兴趣的读者可以试着自己编写其余的分支部分。
5 分析与总结
该鉴伪系统对人民币的多种防伪特性进行检测，是目前最完备的纸币自动鉴伪系统之一，具有很高的可靠性。其中对磷光反应，厚度和钞票长度的检测在国内尚属首次，具有良好的应用前景。

参考文献：

［１］单片机的原理与应用［Ｍ］.哈尔滨工业大学出版社
［２］AT89系列单片机技术手册［Ｓ］.启东单片机集团公司
［３］MAXIM.DATA BOOK［Ｓ］.1998，MAXIM1998
［４］何利民.单片机接口技术［Ｍ］.北京航空航天大学出版社