基于STC12C2052的人民幣識別控制系統(tǒng)的設計

摘要：設計研究人民幣紙幣識別控制系統(tǒng)中的主要模塊，如圖像采集、控制模塊。在硬件部分，選用STC12C2052作為控制系統(tǒng)的芯片，選用MVC1000M作為圖像的采集器件；在軟件部分，在紅外和紫外光源的作用下通過高清攝像頭拾取圖影信息，通過與數(shù)據(jù)庫中的真版人民幣特征的數(shù)據(jù)比對來判斷真?zhèn)?，選取預處理之后的紙幣圖像的尺寸特征用模糊邏輯推理方法識別圖像的面值，提取矩作為特征。通過實驗證明該控制系統(tǒng)的有效性和可行性。
關(guān)鍵詞：人民幣識別；控制系統(tǒng)；圖像采集；STC單片機

    人民幣反假宣傳站的設計是為了普及反假幣的知識，通過播放人民幣詳解的視頻，演示人民幣的防偽特征，并通過人民幣識別系統(tǒng)切實讓人們對假幣的知識有了深刻的認識。將反假幣志愿者協(xié)會的工作人員從繁重的重復性的宣傳紙幣識別的工作中解放出來，提高反假幣宣傳的工作效率。這里開發(fā)研制的紙幣清分機具備兩種功能：檢偽和播放視頻宣傳片。檢偽通過模擬和數(shù)字電路以及加上一些簡單的控制來實現(xiàn)，播放視頻宣傳片這項功能包括各種紙幣的面值和紙幣防偽特征的詳解，以達到推廣人民幣識別的目的。

1 機器識別的原理
    當前大量使用的是第5套人民幣，該套人民幣專門針對第4套人民幣防偽弱點，使用了10大防偽的高新技術(shù)，分別為：a．紙張；b．水印；c．對印防偽；d．熒光油墨；e．安全線防偽；f．凹版印刷；g．磁性油墨；h．彩虹印刷；i．隱形數(shù)字及橫豎雙號碼；j．光變油墨面額數(shù)字。
    在10大防偽特征中可以用于機器識別的特征包括：水印的紅外透射率；紙張的熒光效應；磁性油墨的磁信號；紙幣的寬度；安全線磁編碼。在這個系統(tǒng)里用到的是水印的紅外透射率和紙張的熒光效應。
1．1 水印的紅外透射率識別
    一束光強為I0的入射光，透過某介質(zhì)后的光強為I，設α為介質(zhì)吸收系數(shù)；η為介質(zhì)反射率；d為介質(zhì)厚度。則有：
    I=I0(1-η)exp(-ad)       (1)
    式(1)說明紙幣的透射光強可反映紙幣的紙張、票面顏色及厚度等特性。通過實驗發(fā)現(xiàn)真假紙幣在水印部分的光投射率有明顯不同。
1．2 紙張的熒光效應識別
    熒光檢測的工作原理是針對人民幣的紙質(zhì)進行檢測。人民幣采用專用紙張制造(含85％以上的優(yōu)質(zhì)棉花)，假鈔通常采用經(jīng)漂白處理后的普通紙進行制造，經(jīng)漂白處理后的紙張在紫外線(波長為365 nm的藍光)的照射下會出現(xiàn)熒光反應(在紫外線的激發(fā)下衍射出波長為420～460 nm的藍光)，人民幣則沒有熒光反應。所以，用紫外光源對運動鈔票進行照射并同時用硅光電池檢測鈔票的熒光反映，可判別鈔票真假。小結(jié)：該系統(tǒng)通過這兩種特點，在輔助光源的作用下通過高清攝像頭自動拾取被測貨幣影像，再通過相應的圖像處理獲取防偽特征，通過與數(shù)據(jù)庫中的真版人民幣的特征的比對，達到識別人民幣的目的。

2 硬件電路設計
2．1 基本功能
    上位機通過串口使用MAX232芯片實現(xiàn)與下位機的通信，通過一個虛擬串口實現(xiàn)串轉(zhuǎn)并的16通道的輸出控制，再通過圖像采集模塊進行圖像采集，使用圖像采集卡通過USB將采集的圖影信息送到圖像處理單元。
2．2 控制系統(tǒng)框圖
    控制系統(tǒng)框圖由控制模塊、圖像采集模塊、RS232串口通信模塊、TP168595模塊、EASYCAP模塊等組成。

2．3 系統(tǒng)控制模塊
    控制模塊采用STC12C2052，這款3．5～5 V工作電壓、PDIP-20封裝的小型單片機功耗低、1個時鐘／機器周期處理數(shù)據(jù)速度快、穩(wěn)定性強、強抗靜電、強抗干擾、價格低、自動加密且無法破解、且通過串口即可下載程序、方便升級等優(yōu)點適合用于精準的控制指令系統(tǒng)。
    單片機通過MAX232芯片與上位機進行通信，采集得到的17路數(shù)據(jù)，進行接收、解碼處理，再通過68595的級聯(lián)實現(xiàn)16路的串轉(zhuǎn)并的輸出控制。
2．4 四路圖像采集的邏輯電路模塊
    三路通道通過控制繼電器搭建的邏輯電路實現(xiàn)對四路圖像切換采集的控制，可以節(jié)約一個端口，備作其它功能的擴展。采集器件使用的是Microview公司的MVC1000M，驅(qū)動是由VC編寫的，每個攝像頭都有一個對應的ID號，易于上位機的程序編寫。EASYCAP是一款帶USB接口的視頻采集卡，將采集到的信息通過USB傳送給圖像處理系統(tǒng)，通過圖像處理達到識別人民幣的目的。

2．5 TPI68595串轉(zhuǎn)并模塊
    TPI68595通過級聯(lián)實現(xiàn)了16路輸出通道，非常節(jié)約資源，且為OC輸出，每段100mA，輸出速度快，有信號端、移位脈沖端、信號清除端、信號存儲端，適用于精準的控制系統(tǒng)。
2．6 輔助光源的設計
    (1)頂燈；(2)側(cè)燈；(3)底燈。

3 軟件設計
3．1 其通信協(xié)議
    (1)波特率：4800B／S；(2)碼頭：NJFU；(3)停止位：#；(4)通信有中斷和查詢兩種方式，這個系統(tǒng)里采用查詢的方式進行通信；(5)聯(lián)絡方式為上位機主動聯(lián)絡下位機；(6)數(shù)據(jù)楨格式：NJFU，D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17#。
3．2 數(shù)據(jù)的解析

    其中D13，D14，D15通過繼電器組成的邏輯關(guān)系控制4路攝像頭：

    下位機內(nèi)存單元的分配：

3．3 上位機和下位機的通信(見圖3)
    上位機的通信程序采用C語言編寫，它可以作為工作系統(tǒng)設計語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序，可移植性好。

    下位機的通信程序采用匯編語言編寫，它的長處在于編寫高效且可以直接對硬件精準控制。下位機的輸出子程序采用按權(quán)相加的算法。

4 結(jié)束語
    經(jīng)實驗調(diào)試證明，該系統(tǒng)具有可靠的穩(wěn)定性，且占用硬件接口少(只占用下位機一個串行口)，在人民幣反假宣傳工作站的設計中得到了很好的應用。