基于STC12C2052的人民币识别控制系统的设计

摘要：设计研究人民币纸币识别控制系统中的主要模块，如图像采集、控制模块。在硬件部分，选用STC12C2052作为控制系统的芯片，选用MVC1000M作为图像的采集器件；在软件部分，在红外和紫外光源的作用下通过高清摄像头拾取图影信息，通过与数据库中的真版人民币特征的数据比对来判断真伪，选取预处理之后的纸币图像的尺寸特征用模糊逻辑推理方法识别图像的面值，提取矩作为特征。通过实验证明该控制系统的有效性和可行性。
关键词：人民币识别；控制系统；图像采集；STC单片机

    人民币反假宣传站的设计是为了普及反假币的知识，通过播放人民币详解的视频，演示人民币的防伪特征，并通过人民币识别系统切实让人们对假币的知识有了深刻的认识。将反假币志愿者协会的工作人员从繁重的重复性的宣传纸币识别的工作中解放出来，提高反假币宣传的工作效率。这里开发研制的纸币清分机具备两种功能：检伪和播放视频宣传片。检伪通过模拟和数字电路以及加上一些简单的控制来实现，播放视频宣传片这项功能包括各种纸币的面值和纸币防伪特征的详解，以达到推广人民币识别的目的。

1 机器识别的原理
    当前大量使用的是第5套人民币，该套人民币专门针对第4套人民币防伪弱点，使用了10大防伪的高新技术，分别为：a．纸张；b．水印；c．对印防伪；d．荧光油墨；e．安全线防伪；f．凹版印刷；g．磁性油墨；h．彩虹印刷；i．隐形数字及横竖双号码；j．光变油墨面额数字。
    在10大防伪特征中可以用于机器识别的特征包括：水印的红外透射率；纸张的荧光效应；磁性油墨的磁信号；纸币的宽度；安全线磁编码。在这个系统里用到的是水印的红外透射率和纸张的荧光效应。
1．1 水印的红外透射率识别
    一束光强为I0的入射光，透过某介质后的光强为I，设α为介质吸收系数；η为介质反射率；d为介质厚度。则有：
    I=I0(1-η)exp(-ad)       (1)
    式(1)说明纸币的透射光强可反映纸币的纸张、票面颜色及厚度等特性。通过实验发现真假纸币在水印部分的光投射率有明显不同。
1．2 纸张的荧光效应识别
    荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造(含85％以上的优质棉花)，假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365 nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420～460 nm的蓝光)，人民币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。小结：该系统通过这两种特点，在辅助光源的作用下通过高清摄像头自动拾取被测货币影像，再通过相应的图像处理获取防伪特征，通过与数据库中的真版人民币的特征的比对，达到识别人民币的目的。

2 硬件电路设计
2．1 基本功能
    上位机通过串口使用MAX232芯片实现与下位机的通信，通过一个虚拟串口实现串转并的16通道的输出控制，再通过图像采集模块进行图像采集，使用图像采集卡通过USB将采集的图影信息送到图像处理单元。
2．2 控制系统框图
    控制系统框图由控制模块、图像采集模块、RS232串口通信模块、TP168595模块、EASYCAP模块等组成。

2．3 系统控制模块
    控制模块采用STC12C2052，这款3．5～5 V工作电压、PDIP-20封装的小型单片机功耗低、1个时钟／机器周期处理数据速度快、稳定性强、强抗静电、强抗干扰、价格低、自动加密且无法破解、且通过串口即可下载程序、方便升级等优点适合用于精准的控制指令系统。
    单片机通过MAX232芯片与上位机进行通信，采集得到的17路数据，进行接收、解码处理，再通过68595的级联实现16路的串转并的输出控制。
2．4 四路图像采集的逻辑电路模块
    三路通道通过控制继电器搭建的逻辑电路实现对四路图像切换采集的控制，可以节约一个端口，备作其它功能的扩展。采集器件使用的是Microview公司的MVC1000M，驱动是由VC编写的，每个摄像头都有一个对应的ID号，易于上位机的程序编写。EASYCAP是一款带USB接口的视频采集卡，将采集到的信息通过USB传送给图像处理系统，通过图像处理达到识别人民币的目的。

2．5 TPI68595串转并模块
    TPI68595通过级联实现了16路输出通道，非常节约资源，且为OC输出，每段100mA，输出速度快，有信号端、移位脉冲端、信号清除端、信号存储端，适用于精准的控制系统。
2．6 辅助光源的设计
    (1)顶灯；(2)侧灯；(3)底灯。

3 软件设计
3．1 其通信协议
    (1)波特率：4800B／S；(2)码头：NJFU；(3)停止位：#；(4)通信有中断和查询两种方式，这个系统里采用查询的方式进行通信；(5)联络方式为上位机主动联络下位机；(6)数据桢格式：NJFU，D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17#。
3．2 数据的解析

    其中D13，D14，D15通过继电器组成的逻辑关系控制4路摄像头：

    下位机内存单元的分配：

3．3 上位机和下位机的通信(见图3)
    上位机的通信程序采用C语言编写，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序，可移植性好。

    下位机的通信程序采用汇编语言编写，它的长处在于编写高效且可以直接对硬件精准控制。下位机的输出子程序采用按权相加的算法。

4 结束语
    经实验调试证明，该系统具有可靠的稳定性，且占用硬件接口少(只占用下位机一个串行口)，在人民币反假宣传工作站的设计中得到了很好的应用。