基于STM32硬币识别检测

只看该作者 · 2022-12-31 19:35

通过函数关系，传感器的感应强度与被监测物质和其本身有直接关系，利用这些关系来测量位移、振动、厚度、尺寸等数据。如果我们保持传感器和被测物体之间的距离，传感器输出值与被测物的电导率、磁导率成函数关系，因此利用这个关系可以用来测量金属材料的电导率、磁导率、硬度等参数，以及检测裂纹。

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低频透射式传感器原理

只看该作者 · 2022-12-31 19:39

如图中我们看到传感器上下两侧分别不只有两个电磁线圈L1和L2，它们分别完成发射和接收工作。如上图所示，在L1的两端加上低频率的电压U1，此时线圈中就会流过一个同样低频的电流信号，同时也会产生一个交变磁场。在没有被测物的情况下，发射线圈就能将磁力线直接贯穿接受线圈，将接受线圈分出一个交变电势E，E的大小与电压、频率、匝数、组成、位置有关系，在所有参数确定法的情况下，E就能保持一个固定值，不会发生改变。但是，若L1和L2之间加入金属板，那么E的值就会发生改变，因为，金属板上产生的物理反应会消耗E的值。

只看该作者 · 2022-12-31 19:39

低频透射式电磁传感器是由两个线圈，就是发射线圈L和接收线圈L2。它们分别位于金属板的上下两侧，如图2.3所示。当施加低频电压U在 L1线圈中的交变电流，通过一个频率相同的线圈，就可以与线圈周围的空间将产生一个交变磁场。如果两线圈不测量金属板，可以直接通过L2 ，所以L2诱导交变电压E的大小与幅度U和频率f相关和L1、L2匝数，结构和相对位置，如果这些参数可以确定，然后也是一个恒定的价值。如果一个金属板被放置在两个线圈之间，然后在金属板中会产生涡流，能源消耗，达到了L2的磁力线减少，从而使感应电动势E降低。较厚的板，涡流损耗越大，和更多的价值，所以，板的厚度可以通过E值获得的。理论分析和实验证明：感应电动势E与板厚h为指数曲线的关系，其中e为自然对数的底，h是测定金属材料的厚度，H是涡流渗透深度，使接收线圈的感应电势E与根据指数下降法增加H。如图4所示。

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图4 接收线圈感应电势与被测金属厚度的关系曲线

只看该作者 · 2022-12-31 19:41

对于同一种种材料，其电阻率ρ是确定值，由于选用不同的激磁频率，所以涡流贯穿深度h就会有所不同，从而也使E与H间的关系曲线形状发生变化。从图2.4中可知，频率越低，f3>f2>f1,磁通穿透能力强，在接受线圈上感应的电压也越高，频率越低时，线性较好，因此要求线性好时应选择较低的激励频率，h较小时，f3曲线的斜率较大，所以测薄板时应选较高的频率，而在测厚板时应选较低的频率。另外，当激磁频率一定时，不同材料的被测物体的电阻率不同，贯穿深度h的数值也不相同，这也将引起 H-E曲线的变化。因此可以根据感应电势E的幅值来测量不同金属材料的厚度。另一方面，当两线圈间没有被测金属板时，感应电势E 与激励电压U之间存在一个固定相位差φ，它的大小与U的相位、频率 f 以及 L1、L2的匝数、结构、相对位置有关，假如这些参数都能确定下来，那么φ也是一个恒定值。对于不同材料的导体，相位的改变有所差别。因此根据感应电势与激励电压的相位差进行材料的鉴别。

只看该作者 · 2022-12-31 19:42

高频反射式传感器原理

如前面所述，通有交变电流的传感器线圈靠近金属导体时，将引起金属导体表层的交变电涡流。在对传感器进行分析时，完全可以把电涡流路径的包络视为单匝线圈，此线圈也会有自己的阻抗特性，它可以用 Z = R+jωL表示，其中R的大小取决于电涡流路径的几何尺寸和金属导体的电阻率；L的大小则取决于电涡流路径的几何尺寸等[1]。在传感器附近引入金属导体后，可以用互感量M来表征传感器与金属导体的耦合松紧程度。这样，在传感器附近引入金属导体后，可以用图 2.5 所示的等效电路来分析传感器的阻抗特性。设R1和L1为传感器线圈的损耗电阻和电感，R2和L2为被测金属导体的等效损耗电阻和电感，U为线圈的激励电压，为激励电压的角频率，M为传感器线圈与被测体间的互感量(此互感量随着传感器与被测体之间的距离d 的缩短而增大),电磁传感器的等效电路如图5所示

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图5 电磁传感器的等效电路

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传感器线圈外径大时，线圈的磁场轴向分布范围大，但磁感应强度的变化梯度小；线圈外经小时则相反。线圈外径大，线性范围就大，但灵敏度低；反之，线圈外径小，灵敏度高，但线性范围小。线圈内径和厚度的变化影响较小，仅在线圈与导体接近时灵敏度稍有变化。需要指出的是，由于电磁传感器是利用线圈与被测导体之间的电磁耦合进行工作的，因而被测导体作为实际传感器的一部分，其材料的物理性质、尺寸与形状都与传感器特性密切相关。被测导体的电导率、磁导率对传感器的灵敏度有影响。一般说，被测体的电导率越高，灵敏度也越高。磁导率则相反，当被测物为铁磁性时，灵敏度较非铁磁性低。而且被测体若有剩磁，将影响测量结果，因此应予消磁。当被测体环的直径为线圈直径的一半时，灵敏度将减小一半；更小时，灵敏度下降更严重，两者相等时，灵敏度降低为70%左右。在被测体厚度方面，一般厚度大于0.2mm 即不影响测量结果，铜铝等材料更可减薄为70um。被测硬币的厚度完全达到要求。

只看该作者 · 2022-12-31 19:46

激光传感器

激光传感器利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

如果使硬币在通过检测管道时初速度固定, 以直径为测量长度, 那么硬币在管道中通过的时间是一定的,即

在不考虑摩擦力的情况下, 硬币的直径距离与通过时间成平方关系。

只看该作者 · 2022-12-31 19:47

硬币检测算法

幅值检测法

幅值检测法采用的是低频透射式电磁传感器原理，当在激励线圈两端加交变电压时，激励线圈周围会产生交变磁场，从而使感应线圈中产生感应电势E，当在两线圈中放入被测金属时，感应电势的大小会发生改变，感应电势的变化程度是跟金属的材质，厚度有关系。因此，通过检测感应电势E的大小可知被测金属的厚度。我国的硬币大小、厚度不一，所以在硬币检测中，可以使用低频透射式电磁传感器来检侧硬币的形状。

只看该作者 · 2022-12-31 19:48

频率检测法

由前面所述的电磁传感器的原理可知，被测金属的电导率能够通过高频反射式电磁传感器的输出参数z, z和Q进行测量。在此，为了进行硬币区分，根据我国不同面值硬币的材质存在差异的情况，利用高频反射式电磁传感器测量硬币的电导率从而对硬币进行材质鉴别。当硬币靠近线圈时，电感L将发生变化，则正弦波频率f也必将发生变化，即信号频率的变化反映了硬币的特征。使用频率测量法的优点是能够综合地反应出硬币的材质、直径、厚度以及纹理特征，并且电路简单，数据采集过程不需要经过模数转换环节，只需将正弦振荡波转换成方波，就可以提供给控制器进行相应的处理。由于不用经过模数转换，数据的采集过程产生的误差较小，单种硬币的检测结果具有较高的复现率。所以使用频率检测法是一种较好的硬币鉴别方案。

只看该作者 · 2022-12-31 19:50

硬币识别系统设计

通过电磁传感器和激光传感器来检测硬币的真伪和大小，当硬币通过投币入口进入特定高频振荡线路，产生变化的磁场,金属材质的不同和体积的不同对电感量的也会产生微弱的影响，电感量的变化会引起振荡频率的变化,再通过检测频率的变化,与设定值进行比较,确定某种硬币种类后,经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出,完成对金属硬币的识别。

只看该作者 · 2022-12-31 19:51

只看该作者 · 2023-1-1 16:21

能不能识别硬币材质啊