【導(dǎo)讀】檢測(cè)原理、系統(tǒng)組成、軟件設(shè)計(jì)等技術(shù)。該點(diǎn)鈔機(jī)運(yùn)用磁分布檢測(cè)、紅外。部分機(jī)械故障，實(shí)現(xiàn)了多功能、高精度、高速度點(diǎn)鈔。機(jī)采集的信號(hào)特性來實(shí)現(xiàn)較好的鑒偽。行實(shí)時(shí)分析的特征我們?cè)谲浖喜杉{了時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，提高了軟件對(duì)外部事件響應(yīng)的速度和執(zhí)行效率。來越受人們的歡迎，人們對(duì)自動(dòng)化儀器的要求也越來越高。在我國(guó)，人民幣為了具有防偽能力，設(shè)計(jì)有各種防偽特征。本在不斷更新，假鈔仿造手段也越來越高明。高,要求能識(shí)別所有的假鈔。單一功能鑒偽對(duì)有些假鈔鑒別已無能為力，

　　

【正文】 等程序大多屬于一個(gè)單獨(dú)的模塊來設(shè)計(jì)的，和程序中其他部分的耦合性不強(qiáng)，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中作為一個(gè)單獨(dú)的模塊來設(shè)計(jì)，因此在流程圖中對(duì)這一模塊一筆帶過。而像鈔票 的異常處理與鍵盤設(shè)定及開機(jī)停機(jī)之間的邏輯關(guān)系則是比較復(fù)雜的，所以要對(duì)這些做詳細(xì)的描述，各模塊詳細(xì)流程圖見附錄二。 山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 28 圖 主流程圖 山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 29 時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng) 實(shí)時(shí)多任務(wù)處理原理 把應(yīng)用軟件按所完成的操作功能，分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的、但可以并行運(yùn)行的任務(wù)。這樣，整個(gè)應(yīng)用軟件由各任務(wù)組成，便于設(shè)計(jì)、調(diào)試分別進(jìn)行，修改也要修改個(gè)別任務(wù)即可。由于任務(wù)有多個(gè)， CPU 只有一個(gè)，并且各個(gè)任務(wù)之間存在必然的橫向聯(lián)系，因此設(shè)計(jì)一個(gè)任務(wù)調(diào)度中心來管理這些任務(wù)，為其分配資源，協(xié)調(diào)操作，處 理他們之間的橫向聯(lián)系，來完成實(shí)時(shí)多任務(wù)的功能 [18]。 常規(guī)軟件用于實(shí)時(shí)多任務(wù)處理的局限性 本儀器要求軟件有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)能力，具有綜合測(cè)試與判斷、處理的管理能力，即具有實(shí)時(shí)多任務(wù)處理功能。實(shí)時(shí)處理指在每一次計(jì)測(cè)時(shí)限內(nèi)，除了對(duì)鈔票張數(shù)作出正確的計(jì)數(shù)外，還應(yīng)能對(duì)啟動(dòng)或停止要求、用戶的鍵盤操作于預(yù)、鈔票的狀態(tài)正確與否等多個(gè)任務(wù)作出必要的響應(yīng)；多任務(wù)處理則是指根據(jù)上述任務(wù)的預(yù)定優(yōu)先處理級(jí)別進(jìn)行分時(shí)處理（多個(gè)任務(wù)的并行處理）。一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)多采用常規(guī)的順序（單道程序）加中斷的設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明在本系統(tǒng)中 很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多操作的并行處理。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)初考慮采用中斷，但首先遇到中斷不夠用的問題，擴(kuò)充中斷時(shí)又碰到堆棧的限制同時(shí)要求在工作中，多個(gè)任務(wù)具有相同的優(yōu)先級(jí)別，這在單片機(jī)中斷中不可能實(shí)現(xiàn)的。中斷是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，必須對(duì)中斷申請(qǐng)、中斷響應(yīng)、轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，以及從中斷服務(wù)程序返回等作出安排，這樣就降低了實(shí)時(shí)性，中斷程序若過長(zhǎng)，則需要較長(zhǎng)的 CPU執(zhí)行時(shí)間，這樣實(shí)時(shí)性更差。因此若用中斷來完成實(shí)時(shí)多任務(wù)處理，則在山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 30 處理高級(jí)中斷時(shí)無法響應(yīng)同級(jí)或低級(jí)中斷，若采用中斷置標(biāo)志的方法由主程序處理。則將增加程序的復(fù)雜性，且難以 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，主程序不可能在執(zhí)行其它程序時(shí)隨時(shí)去檢查這些標(biāo)志位而轉(zhuǎn)向不同的處理程序。在并行操作時(shí)，各任務(wù)間還需相互通訊，使用大量的中斷和標(biāo)志使程序結(jié)構(gòu)混亂，設(shè)計(jì)、調(diào)試復(fù)雜化，靈活和通用性變差。 因此在本系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)時(shí)，借鑒實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) [19]的概念和原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)“任務(wù)調(diào)度中心”，應(yīng)用軟件標(biāo)志簡(jiǎn)捷地實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作。 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度 軟件標(biāo)志的使用 單片機(jī)有豐富的位操作指令和位存儲(chǔ)資源，內(nèi)部 RAM 中以及特殊功能寄存器中地址為 8 的倍數(shù)的特殊功能寄存器可以位尋址， 這些 RAM 單元的每一位都可以用來作為軟件標(biāo)志用。軟件設(shè)計(jì)中正確使用軟件標(biāo)志，首先要對(duì)全局變量和局部變量的使用范圍和意義仔細(xì)定義，再對(duì)每一個(gè)具體的充當(dāng)軟件標(biāo)志的位資源分別進(jìn)行詳細(xì)記錄和說明。軟件設(shè)計(jì)好后，應(yīng)對(duì)每一個(gè)軟件標(biāo)志進(jìn)行嚴(yán)格審查，初始化狀態(tài)正確與否，在定義范圍之外有否被無意中清除或置位等。 任務(wù)調(diào)度中心的實(shí)現(xiàn) 任務(wù)調(diào)度中心的功能是從所有處于預(yù)備態(tài)的任務(wù)中選擇一個(gè)任務(wù)投入運(yùn)行，本軟件采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，任務(wù)共有五個(gè)優(yōu)先級(jí)，用五個(gè)位單元來代表五個(gè)優(yōu)先數(shù)，位單元地址越大優(yōu)先級(jí)越高，任務(wù)調(diào)度中心把 所有預(yù)備任務(wù)按優(yōu)先數(shù)排入五個(gè)預(yù)備隊(duì)列，工作中先根據(jù)軟件標(biāo)志選擇優(yōu)先級(jí)別最高的任務(wù)運(yùn)行，任務(wù)調(diào)度中心根據(jù)軟件標(biāo)志來管理各個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。 在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作中，每個(gè)任務(wù)有三種狀態(tài)，即執(zhí)行態(tài)、預(yù)備態(tài)和等待態(tài)，一個(gè)任務(wù)總是處于這三種狀態(tài)之一。執(zhí)行態(tài)可獨(dú)占 CPU 和其他一山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 31 些資源，每次只能有一個(gè)任務(wù)處于執(zhí)行態(tài)；預(yù)備態(tài)就是該任務(wù)現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好可以隨時(shí)投入執(zhí)行，但由于其他任務(wù)在執(zhí)行，故它只能排隊(duì)等候；等待態(tài)就是該任務(wù)需要等待某些資源或某個(gè)事件的發(fā)生，這時(shí)它無法被執(zhí)行，而處于等待狀態(tài)，只有當(dāng)條件滿足后，才能進(jìn)入執(zhí)行態(tài)或預(yù)備態(tài)，任務(wù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中運(yùn)行多任務(wù)，每個(gè)任務(wù)的三個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換由操作系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)時(shí)鐘來完成，即每隔一定時(shí)間執(zhí)行一次各個(gè)任務(wù)的操作。在本儀器中有些任務(wù)屬于突發(fā)事件，并沒必要定時(shí)激活使之處于執(zhí)行態(tài)。再加上定時(shí)時(shí)鐘的加入，在一定程度上降低了某些任務(wù)的實(shí)時(shí)性，因此采用了“任務(wù)調(diào)度中心”結(jié)合軟件標(biāo)志來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作，將軟件的順序結(jié)構(gòu)改為叢狀結(jié)構(gòu)。 軟件濾波 為什么要軟件濾波 濾波和抗干擾是任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)都必須考慮的問題。在傳統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)中，濾波部分往往要占用較多的軟件資源和硬件資源。單片機(jī) 應(yīng)用系統(tǒng)的輸入信號(hào)常含有種種噪聲和干擾，它們來自被測(cè)信號(hào)源、傳感器、外界干擾源等。為了提高測(cè)量和控制精度，必須消除信號(hào)中的噪聲和干擾。 常見的噪聲有兩大類：一類為周期性的；另一類為不規(guī)則的。前者的典型代表為 50Hz 的工頻干擾，一般采用硬件濾波，使用積分時(shí)間等于20ms 的整數(shù)倍的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，可有效地消除其對(duì)信號(hào)的影響。后者為隨機(jī)信號(hào)，它不是周期信號(hào)，可用數(shù)字濾波方法予以消弱或?yàn)V除。所謂數(shù)字濾波，實(shí)際上就是一種軟件濾波 [20]。 硬件濾波具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，但要增加系統(tǒng)的投資和設(shè)備的體積，當(dāng)干擾的性質(zhì)改變 時(shí)我們往往不得不重新搭接電路；軟件濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 32 的，不需要增加設(shè)備，故投資少、可靠性高、穩(wěn)定性好，并且可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)行濾波，隨著干擾的性質(zhì)改變只需修改軟件即可，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)中用到的幾種濾波算法 在檢測(cè)磁性信號(hào)時(shí)，點(diǎn)鈔機(jī)很難避免外界的干擾。例如，手機(jī)的電磁干擾，照明燈具的啟動(dòng)干擾，這都將給點(diǎn)鈔機(jī)采集的磁性號(hào)帶來干擾，也必然影響我們準(zhǔn)確分版和鑒偽。這時(shí)就需要我們?cè)诓杉判盘?hào)的同時(shí)，濾除噪聲。下面介紹常用的幾種 軟件濾波方法 [21]。 限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法） 首先根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)及測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定兩次采樣允許的最大偏差量Δ X，再由兩次相鄰采樣值 X(n1)、 X(n)，求其增量｜ X(n)X(n1)｜，根據(jù)程序判斷： 若｜ X(n)X(n1)｜＞Δ X，則說明本次采樣輸入信號(hào)有干擾存在，應(yīng)去掉，取上次采樣值 X(n1)作為本次有效采樣值； 若｜ X(n)X(n1)｜≤Δ X，則本次采樣值 X(n)有效。相關(guān)程序如下。 PUSH PSW ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH A CLR C ；進(jìn)位標(biāo)志位清零 MOV DATA,DATA2 MOV A,DATA1 SUBB A,DATA ；求 Xn1 Xn JNC COMPARE ；如果 Xn1 Xn≥ 0,轉(zhuǎn) COMPARE CPL A ；如果 Xn1 Xn0, 求補(bǔ) INC A COMPARE: 山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 33 CLR C SUBB A,LIMIT ；│ Xn1 Xn│和△ y 比較 JC OVER ；如果│ Xn1 Xn│≤△ y,DATA2→ DATA MOV DATA,DATA1；如果│ Xn1 Xn│ △ y,DATA1→ DATA OVER: POP A ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP PSW RET ；返回 限幅濾波法主要用于處理變化緩慢的數(shù)據(jù)測(cè)量中，比如溫度參數(shù)的測(cè)量、液位參數(shù)的測(cè)量等。而此方法的關(guān)鍵是選取合適的偏差量Δ X，太大則達(dá)不到濾波目的；太小則靈敏度太高。它的選取可以根據(jù)測(cè)量對(duì)象的實(shí)際情況和測(cè)量經(jīng)驗(yàn)決定，而且在應(yīng)用中可以采用不同的值進(jìn)行比較、折衷。 這種方法的突出優(yōu)點(diǎn)是： 能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾 ，但是它無法抑制那種周期性的干擾 ，濾波的 平滑度差 。 算術(shù)平均濾波法 具體 方法 是 ：連續(xù)取 N 個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算 ， N 值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低 ； N 值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高 。 N 值的選?。阂话懔髁?， N=12；壓力： N=4。 設(shè)對(duì)某量進(jìn)行了 n 次等精度觀測(cè)，觀測(cè)值分別為， k1,k2,…, kn， 其算術(shù)平均值為： ? ?nkn kkkK n ????? ?21 () 此方法 適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波 ， 這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng) 。此方法的 缺點(diǎn) 就是 對(duì)于測(cè)量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用 ，并且 比較浪山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 34 費(fèi) RAM。 加權(quán)遞推平均濾波法 此種方法比較靈活，可以對(duì) 不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán) ，處理過程中通常是越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大 ：即在信號(hào)中越能說明情況越真實(shí)的數(shù)據(jù) 給予 的 權(quán)系數(shù)越大 。 對(duì) n 次采樣值 X(i)分別配以不同的加權(quán)系數(shù)再求其算術(shù)平均值。 ? ??? ???? ni n nXXXnY aaa1 21 )()2()1(1 ? () 其中加權(quán)系數(shù) ia (i=1～ n)均為小于 n 的正數(shù)，且滿足 nani i ???1。為了加強(qiáng)系數(shù)對(duì)參數(shù)變化趨勢(shì)的敏感度，突出后采樣值的作 用，加權(quán)系數(shù)應(yīng)隨采樣次數(shù)的增大而增大。由于對(duì) n 次采樣值不是一概平均論之，而是賦予不同加權(quán)系數(shù)再求和，協(xié)調(diào)了由于 n 值的選取而引起的平滑度與靈敏度之間的矛盾，故效果較好。 此方法 適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對(duì)象和采樣周期較短的系統(tǒng) ，但是 對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長(zhǎng)，變化緩慢的信號(hào)不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差 ，在點(diǎn)鈔機(jī)驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)信號(hào)中一般沒有緩變信號(hào)，所以此種方法比較常用。 在錢幣檢測(cè)的過程中一般是以左右計(jì)數(shù)傳感器所檢測(cè)到的高低電平為依據(jù)來判斷鈔票是否檢測(cè)完畢，如果錢幣上存在孔洞，尤其 是兩個(gè)計(jì)數(shù)傳感器同時(shí)檢測(cè)到鈔票的孔洞時(shí)極易引起錯(cuò)誤判斷，這種情況在點(diǎn)鈔機(jī)點(diǎn)破損的人民幣時(shí)不可避免的會(huì)碰到，在設(shè)計(jì)一些外幣點(diǎn)鈔機(jī)時(shí)更為常見，因?yàn)橐恍┩鈳疟旧砭陀袠?biāo)志性的孔洞。這就給我們程序的準(zhǔn)確判斷制造了一些困難。據(jù)此我們針對(duì)這種情況應(yīng)用 加權(quán)遞推平均濾波法 對(duì)依次采集到的檢測(cè)信號(hào)作加權(quán)平均，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般 3 次采樣中 可 設(shè)置加權(quán)系數(shù) a 分別為 4，從而有效地解決了孔洞問題。 山東科技大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 35 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 36 5 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 點(diǎn)鈔機(jī) 是一個(gè)機(jī)電一體化的器件，它離不開機(jī)械部分，本系統(tǒng)中的機(jī)械部分主要 由捻鈔、出鈔、接鈔、傳動(dòng) 、 機(jī)架等 五 部分組成 [22]。 圖 點(diǎn)鈔機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 捻鈔部分 主要由滑鈔板、送鈔舌、阻力橡皮、落鈔板、調(diào)節(jié)螺絲、捻鈔膠圈等組成。將要清點(diǎn)的鈔票逐張捻出是保證計(jì)數(shù)準(zhǔn)確的前提。該機(jī)采用面出鈔連續(xù)分級(jí)的： 捻鈔膠圈捻走處于表面的一張鈔票，下面的鈔票被阻力橡皮粘住，使表面的鈔票與下的鈔票分開，實(shí)現(xiàn)分張。這個(gè)過程不斷重復(fù)進(jìn)行，直到捻完最后一張鈔票。 由于更換麻煩，捻鈔膠圈和阻力橡皮的磨損一直是困擾人們的兩大難山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 37 題，要解決這個(gè)問題，不外是： 提高使用壽命 。 更換 方便。對(duì)捻鈔膠圈，可以采用加大外徑，在外圓中間開一圈凹槽，來提高捻鈔膠圈的耐磨性，并將膠圈軸向向截面改為鋸齒形，使膠圈齒面相對(duì)鈔票的接觸面加大，提高膠圈齒面對(duì)鈔票的附著力。對(duì)附圖橡皮，比較簡(jiǎn)單方法是采用阻力橡皮快換結(jié)構(gòu)，用手壓下滑鈔板的后端，可很容易取出阻力橡皮進(jìn)行更換。 出鈔部分 主要由出鈔膠輪、出鈔對(duì)轉(zhuǎn)輪組成。其作用是出鈔膠圈以捻鈔膠圈兩倍的線速度把連續(xù)送過來先到的鈔票與后面的鈔票有效地分開，送往計(jì)數(shù)器與檢測(cè)傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)和辨?zhèn)巍? 鈔票離開捻鈔膠圈進(jìn)入出鈔膠圈。