CN106652161B - 一种基于热敏打印头的纸币识别装置及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于热敏打印头的纸币识别装置及识别方法，其中纸币识别装置包括基台，在基台上设有搬送装置以及热敏打印头，其中热敏打印头的发热电阻体的阻值可随着焦耳热引起的温度变化发生可逆的变化，所述热敏打印头还与控制处理部相连接；在纸币的识别过程中，通过检测发热电阻体与基准电阻之间的电位，并将上述电位进行模数转换形成数字信号，通过上述数字信号来判别纸币的真伪或者是否经胶带修补。本发明所涉及的基于热敏打印头的纸币识别装置及识别方法利用阻值可变的热敏打印头来进行纸币的识别，在保证识别精度的前提下简化了识别装置的结构。

Description

一种基于热敏打印头的纸币识别装置及识别方法

技术领域

本发明涉及纸币识别领域，尤其涉及一种基于热敏打印头的纸币识别装置及识别方法。

背景技术

纸币、有价证劵或者支票在使用过程中，常常会出现缺角、撕裂等现象，人们常常会采用胶带将缺损或者撕裂的纸币等进行粘结修补，以便继续使用。

针对于经胶带修补过的纸币进行识别的问题，现有技术中已经公开了一些解决方案，例如中国专利申请CN101075363A公开了一种纸币处理装置，具体的检测纸币是否经过胶带修补的方案为：当纸币上附着胶带时，在附着胶带的部位检查辊的上升量超过基准量，因而检查辊到达位移传感器，位移传感器检测检查辊，把表示检测出检查辊的信息发送到鉴别部。但是上述纸币处理装置的结构过于复杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种结构简单的基于热敏打印头的纸币识别装置及识别方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提出了一种基于热敏打印头的纸币识别装置，包括基台，在所述基台的上表面设有热敏打印头，所述热敏打印头的发热电阻体的阻值可随着焦耳热引起的温度变化发生可逆的变化，在所述基台上还配置有用于将纸币沿搬送方向逐行通过所述热敏打印头的发热电阻体的搬送装置；在所述热敏打印头的发热基板处设有固定在基台上的按压部，所述热敏打印头还与控制处理部相连接。

优选的是，所述纸币识别装置的控制回路如下：打印电源分别对N个发热电阻体供电，各发热电阻体分别经驱动IC的第一驱动回路部接地，所述第一驱动回路部包括N个开关，各发热电阻体还分别引出导线经驱动IC的第二驱动回路部以及基准电阻接地，所述第二驱动回路部也包括N个开关；所述控制回路还包括模数转换器，所述模数转换器的个数与基准电阻的个数相对应，从所述第二驱动回路部的各开关与基准电阻之间还分别引出导线对应连接至模数转换器的一个输入端，模数转换器的另一个输入端连接至基准电压源的正极，所述基准电压源的负极接地；所述第一驱动回路部、第二驱动回路部由所述控制处理部控制，所述模数转换器的输出端连接至控制处理部。

本发明的该方案的有益效果在于上述基于热敏打印头的纸币识别装置结构简单，利用阻值可变化的热敏打印头来进行纸币的识别，在保证识别精度的前提下简化了识别装置的结构。

本发明的另一方面提出了一种基于上述纸币识别装置的纸币识别方法，所述方法包括以下步骤： 步骤1：将纸币的第M行经由搬送装置传送至热敏打印头的发热电阻体处；步骤2：使所述第一驱动回路部的各开关处于导通状态； 步骤3：经过预设的时间段后，使所述第一驱动回路部的各开关处于截止状态； 步骤4：根据所述基准电阻的个数，使所述第二驱动回路部的各开关同时或者依次处于导通状态，通过模数转换器，对发热电阻体与基准电阻之间的电位进行采集并转换成8bit的数字信号； 步骤5：将上述转换后的数字信号进行存储； 步骤6：重复步骤1~5，对纸币的第（M+1）行至第（M+g）行进行信息的读取，并将读取的信息所对应的数字信号依次进行存储； 步骤7：判断上述存储的数字信号中，是否有连续区域的数字信号处于200~255digit； 步骤8：如果是，则判定该纸币为经胶带修补过的纸币； 步骤9：如果否，在上述存储的数字信号阵列中，选取防伪区域，并对该区域的数字信号进行减量处理； 步骤10：对上述减量后的数字信号进行二值化处理； 步骤11：将上述二值化处理后的数据与真币防伪区域所形成的二值化处理后数据进行对比； 步骤12：如果一致，则判定该纸币为真币。

优选的是，在所述步骤4与步骤5之间还包括以下步骤： 步骤41：通过数字比较回路，将上述转换后的数字信号与数字阈值进行比较，判断上述转换后的数字信号是否小于数字阈值； 步骤42：如果上述转换后的数字信号全部小于数字阈值，则重复步骤2至41； 步骤43：当上述转换后的数字信号中有一个等于或者大于数字阈值时，则使所述第一驱动回路部的开关处于截止状态。

附图说明

图1示出了本发明所涉及的纸币识别装置的俯视结构示意图。

图2示出了本发明所涉及的纸币识别装置的断面结构示意图。

图3示出了本发明所涉及的热敏打印头发热电阻体周边断面图。

图4示出了本发明所涉及的发热电阻体的温度系数变化图。

图5示出了本发明所涉及的发热电阻体的阻值随温度变化图。

图6示出了本发明所涉及的纸币识别装置的控制回路图。

图7示出了图6的一种动作时序图。

图8示出了图6的另一种动作时序图。

图9示出了本发明所涉及的纸币识别装置的加热速度提升的动作时序图。

图10示出了纸币的不同透过区域经过模数转换器后输出的数字信号说明图。

图11示出了纸币的防伪区域的数据处理过程图。

图12示出了经胶带修补的纸币的示意图。

图13示出了带有修补胶带的纸币经过模数转换器后输出的数字信号说明图。

图14示出了纸币的胶带修补区域经过模数转换器后输出的数字信号的输出曲线说明图。

附图标记：1-纸币，1a-透过区域，1b-断裂区域，2a-给纸侧胶辊，2b-出纸侧胶辊，2c-导入胶辊，2d-导出胶辊，3-热敏打印头，3a-发热基板，3b-信号处理基板，3c-驱动IC，3d-树脂胶，3e-散热板，4-按压部，5a-给纸侧收纳盒，5b-排纸侧收纳盒，5c-固定件，5d-基台，6-绝缘性基板，7-底釉层，8-发热电阻体层，8a-发热电阻体，9a-共通电极，9b-个别电极，10-保护层，11-基准电阻部，12-模数转换器，13-第一驱动回路部，14-基准电压源，15-控制处理部，16-修补胶带，17-第二驱动回路部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明所涉及的基于热敏打印头的纸币识别装置主要用于判别纸币、有价证劵或者支票等读取媒介的真伪，或者用于判别纸币、有价证劵或者支票等读取媒介有无胶带修补，本实施例中，以纸币为读取媒介进行说明，纸币上存在着不同特性的透过区域1a。

如图1、2所示，本发明所涉及的基于热敏打印头的纸币识别装置包括金属基台5d，在所述基台5d上表面的两端部分别设有给纸侧收纳盒5a和排纸侧收纳盒5b，在所述基台5d上表面的中部设有热敏打印头3，所述给纸侧收纳盒5a处设有导入胶辊2c，所述排纸侧收纳盒5b处设有导出胶辊2d，在所述给纸侧收纳盒5a与热敏打印头3之间的基台5d上设有给纸侧胶辊2a，在所述排纸侧收纳盒5b与热敏打印头3之间的基台5d上设有出纸侧胶辊2b，所述给纸侧胶辊2a、出纸侧胶辊2b、导入胶辊2c以及导出胶辊2d等搬送装置分别经固定件5c固定在所述基台5d上，并且所述给纸侧胶辊2a、出纸侧胶辊2b、导入胶辊2c以及导出胶辊2d均由电机（图中未示出）驱动。所述热敏打印头3包括散热板3e，在所述散热板3e上配置有直线状发热电阻体形成的发热基板3a和信号处理基板3b，所述发热电阻体与搬送方向相垂直，在所述发热基板3a和信号处理基板3b上配置有驱动IC3c，驱动IC3c由树脂胶3d进行封装保护。在所述发热基板3a处设有按压部4，所述按压部4由胶辊或圆弧弹性件构成，所述按压部4也固定在基台5d上，当纸币1从搬送通道经过时，按压部4将其按压在发热基板3a上，从而达到接触良好的效果。所述热敏打印头3还与控制处理部15（图中未示出）相连。

本发明所涉及的热敏打印头3的发热电阻体的阻值可随着焦耳热引起的温度变化发生可逆的变化，具体所述热敏打印头3发热电阻体周边断面图如图3所示，具体的制造工艺流程如下。

步骤一：在陶瓷等绝缘性基板6上，印刷全面或部分的非结晶玻璃，然后经过1200℃~1300℃烧结形成底釉层7。

步骤二：在所述绝缘性基板6的底釉层7的表面，通过薄膜溅射的方式，形成50~300nm膜厚的铬铝（Cr/Al）合金材质的发热电阻体层8。

步骤三：对所述发热电阻体层8进行300℃~400℃、约10 ~20分钟的热处理。

步骤四：在所述绝缘性基板6、底釉层7以及发热电阻体层8上，通过薄膜溅射的方式，形成铝导体电极层。

步骤五：经过图形化刻蚀工艺，将发热电阻体层8上的铝导体电极层的一部分进行刻蚀除去，形成共通电极9a和个别电极9b，露出发热电阻体层8，并对所述露出的发热电阻体层8进行刻蚀形成独立的发热电阻体8a，发热电阻体8a的一端与共通电极9a相连，另一端与个别电极9b相连。

步骤六：在所述发热电阻体8a、共通电极9a及个别电极9b上采用溅射或CVD（化学气相沉积）方式形成保护层10。

所述发热电阻体8a通过个别电极9b的引出金属图形，采用金线压焊方式或倒装焊方式与热敏打印头3的驱动IC3c进行电气连接。

另外，对所述发热电阻体层8的热处理工程，可以分解为调整发热电阻体温度系数的第一热处理工程以及调整发热电阻体阻值的第二热处理工程。本发明所涉及的发热电阻体的温度系数变化图如图4所示，在无热处理或约200℃低温热处理后，发热电阻体8a的温度系数（TCR）比较小，而经过约300℃~400℃的高温热处理，发热电阻体8a呈现比较大的负温度系数。另外，采用多次的300℃热处理，发热电阻体8a的温度系数也呈现向负增大的趋势。

本发明所涉及的发热电阻体8a的阻值随温度变化图如图5所示，在无热处理或约200℃低温热处理后，发热电阻体8a的阻值比较小，而经过约300℃~400℃的高温热处理，发热电阻体8a呈现比较大的阻值，另外，采用多次的300℃热处理，发热体阻值8a的阻值也呈现增大的趋势。

发热电阻体8a经过上述的300℃~400℃热处理后，可以形成较大的温度系数（TCR），当发热电阻体8a发热温度升高时，发热电阻体8a呈现阻值上升的趋势，因此可以通过实时检测发热电阻体8a阻值的变化，进而对纸币1进行识别。

图6示出了本发明所涉及的纸币识别装置的控制回路图。打印电源VTH分别对每个发热电阻体8a供电，假设发热电阻体8a的个数为N个（N为正整数），各发热电阻体8a分别对应连接至驱动IC3c的第一驱动回路部13，所述第一驱动回路部13包括N个NMOS管，各发热电阻体8a分别连接至对应的NMOS管的漏极，其源极连接至地端GND，各NMOS管的漏极还分别引出导线连接至第二驱动回路部17，所述第二驱动回路部17也包括N个NMOS管，所述第一驱动回路部13的各NMOS管的漏极还分别引出导线连接至第二驱动回路部17的各NMOS管的漏极，所述第二驱动回路部17的各NMOS管的源极连接至基准电阻部11，所述基准电阻部11可以包括一个基准电阻，也可以包括N个基准电阻，在本实施例中，假设所述基准电阻部11包括N个基准电阻，因此所述第二驱动回路部17的各NMOS管的源极还分别经各基准电阻接地GND。该控制回路还包括模数转换器12，所述模数转换器12的个数与基准电阻的个数相对应，所述第二驱动回路部17的各NMOS管的源极还分别引出导线对应连接至各模数转换器12的一个输入端，各模数转换器12的另一个输入端均连接至基准电压源14的正极，所述基准电压源14的负极接地GND。各NMOS管的栅极以及各模数转换器12的输出端均连接至控制处理部15，所述控制处理部15用于控制所述第一驱动回路部13以及第二驱动回路部17的通断，并且对来自各模数转换器12的信号进行处理，所涉及的处理包括将来自模数转换器12的数字信号与数字阈值进行比较；将上述数字信号进行存储、减量、二值化、与参考信息做对比等处理。所述控制处理部15可采用通用的FPGA（Field－Programmable Gate Array）芯片，例如说可以采用型号为EP3C25F324C8N的FPGA来实现上述功能。

图7示出了图6的一种动作时序图。如图6、7所示，在所述控制处理部15中可配置有N个与门，各与门的输出端分别与所述第一驱动回路部13的各NMOS管的栅极相连接，每个与门的输入信号包括数据信号（DATA1~n），停止指示信号（STOP1~n），以及交替脉冲信号（SCLK），当每个信号均为高电平时，第一驱动回路部13的各NMOS管处于打开（ON）状态。

本发明所涉及的基于热敏打印头的纸币识别方法包括以下步骤：

步骤1：将纸币1的第M（M为正整数）行经由搬送装置传送至热敏打印头3的发热电阻体8a处。

步骤2：使所述第一驱动回路部13的各NMOS管处于打开（ON）状态。

当交替脉冲信号SCLK处于高电平区间，并且数据信号DATAn及停止指示信号STOPn也处于高电平时，第一驱动回路部13的各NMOS管处于打开（ON）状态，此时打印电源VTH与地GND之间，通过发热电阻体8a导通，所述发热电阻体8a发热，温度上升。

步骤3：经过预设的时间段后，使所述第一驱动回路部13的各NMOS管处于关闭（OFF）状态。当交替脉冲信号SCLK处于低电平区间时，第一驱动回路部13的各NMOS管处于关闭（OFF）状态。

步骤4：使所述第二驱动回路部17的各NMOS管处于打开（ON）状态，通过模数转换器12，对发热电阻体8a与基准电阻之间的电位进行采集并转换成8bit（256级）的数字信号。

当所述基准电阻部11包括一个基准电阻的情况下，则采用分时采样的控制方式，也就是通过所述控制处理部15控制所述第二驱动回路部17的各NMOS管依次处于打开（ON）状态，进而再通过模数转换器12，对发热电阻体8a与基准电阻之间的电位进行采集并转换成8bit（256级）的数字信号。

步骤5：将上述转换后的数字信号进行存储。

为了提高识别的精度，在步骤4与步骤5之间还可以包括以下步骤：

步骤41：通过数字比较回路，将上述转换后的数字信号与数字阈值进行比较，判断上述转换后的数字信号是否小于数字阈值。

步骤42：如果上述转换后的数字信号全部小于数字阈值，则重复步骤2至41。

步骤43：当上述转换后的数字信号中有一个等于或者大于数字阈值时，则使所述第一驱动回路部13的各NMOS管处于关闭（OFF）状态，此时停止指示信号STOPn变为低电平。

数字比较回路将上述转换后的数字信号与数字阈值进行比较时，该比较过程可以采用两种方式，第一种方式如图7所示，每次都将发热电阻体8a与基准电阻之间的电位转换成的数字信号与数字阈值进行比较。第二种方式如图8所示，将每次对发热电阻体8a与基准电阻之间的电位转换成的数字信号进行累加，将该累加值与数字阈值进行比较。

本发明所涉及的基于热敏打印头的纸币识别装置在对纸币1进行信息的读取时，仅需要检测发热电阻体8a的阻值变化，因此数据信号DATAn通常固定设置为高电平。为了将加热速度提升，如图9所示，可以调整交替脉冲信号SCLK的占空比，因为交替脉冲信号SCLK的低电平区间仅仅作为对发热电阻体8a与基准电阻之间的电位的采样的目的，因此可以调整缩短，这样便可以有效提高发热电阻体8a的加热速度。

步骤6：重复步骤1~5，对纸币1的第（M+1）行至第（M+g）行进行信息的读取，并将读取的信息所对应的数字信号依次进行存储。

由于纸币1不同透过区域1a的起伏（凹凸）存在变化，这种凹凸变化会引起与纸币1接触的发热电阻体8a的温度发生变化，从而引起发热电阻体8a的阻值发生变化。对于纸币1来说，存在着各种各样的印刷图案及文字，各不同区域的印刷图案或膜厚、凹凸等对热的反应均存在差异，从而可以通过不同差异变化来检知到纸币1的不同区域，进而进行真伪或者修补的识别。

如图10所示，纸币1与发热电阻体8a接触时，与不同颜色透过区域1a相接触的发热电阻体8a与基准电阻之间的电位转换成的数字信号不同，例如与白色透过区域相接触的发热电阻体8a与基准电阻之间的电位转换成的数字信号约为50digit以下，与纸币1黑色透过区域相接触的发热电阻体8a与基准电阻之间的电位转换成的数字信号约为80digit以上。

步骤7：判断上述存储的数字信号中，是否有连续区域的数字信号处于200~255digit。

如图12、13所示，经胶带修补的纸币1通常是在断裂区域1b用修补胶带16进行修补。当发热电阻体8a发热后，如果纸币1存在胶带修补区域，则该修补区域的局部厚度及表面起伏（凹凸）存在变化，这种凹凸变化会引起与纸币1接触的发热电阻体8a的温度发生变化，从而引起阻值的变化。与纸币1的胶带修补区域相接触的发热电阻体8a与基准电阻之间的电位转换成的数字信号达200~255digit（图13中标识为OV：Over）。如图14所示，经过一定时间的温度积累后，与纸币1的胶带修补区域相接触的发热电阻体8a与基准电阻之间的电位转换成的数字信号仍达到达200digit以上。

步骤8：如果是，则判定该纸币1为经胶带修补过的纸币。

步骤9：如果否，在上述存储的数字信号阵列中，选取防伪区域，并对该区域的数字信号进行减量处理。如图11（a）以及11（b）所示，在本实施例中，以50digit为减量的基准。

步骤10：对上述减量后的数字信号进行二值化处理。如图11（c）所示，在本实施例中，以30digit为二值化的阈值。

步骤11：将上述二值化处理后的数据与真币防伪区域所形成的二值化处理后数据进行对比。

步骤12：如果一致，则判定该纸币1为真币。

本发明所涉及的纸币识别方法是根据纸币的起伏（凹凸）差异，或者白色透过区域与黑色透过区域的传热效果差异，通过纸币与具有较大热温度系数（TCR）的热敏打印头接触，从而引起发热电阻体8a的阻值变化，进而对检测到的图像信息进行识别，本发明不需要其他复杂的光学***或磁性***就可以达到识别纸币真伪以及是否经过修补的目的。在识别出纸币的真伪以及是否经过胶带修补后，还可以设置分离装置将上述识别后的纸币进行自动分离。所述分离装置的结构为现有技术，在此不做赘述。

Claims (3)

1.一种基于热敏打印头的纸币识别装置，其特征在于：包括基台，在所述基台的上表面设有热敏打印头，所述热敏打印头的发热电阻体的阻值可随着焦耳热引起的温度变化发生可逆的变化，在所述基台上还配置有用于将纸币沿搬送方向逐行通过所述热敏打印头的发热电阻体的搬送装置；在所述热敏打印头的发热基板处设有固定在基台上的按压部，所述热敏打印头还与控制处理部相连接；所述纸币识别装置的控制回路如下：打印电源分别对N个发热电阻体供电，各发热电阻体分别经驱动IC的第一驱动回路部接地，所述第一驱动回路部包括N个开关，各发热电阻体还分别引出导线经驱动IC的第二驱动回路部以及基准电阻接地，所述第二驱动回路部也包括N个开关；所述控制回路还包括模数转换器，所述模数转换器的个数与基准电阻的个数相对应，从所述第二驱动回路部的各开关与基准电阻之间还分别引出导线对应连接至模数转换器的一个输入端，模数转换器的另一个输入端连接至基准电压源的正极，所述基准电压源的负极接地；所述第一驱动回路部、第二驱动回路部由所述控制处理部控制，所述模数转换器的输出端连接至控制处理部。

2.一种基于权利要求1所述的基于热敏打印头的纸币识别装置的纸币识别方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：将纸币的第M行经由搬送装置传送至热敏打印头的发热电阻体处；步骤2：使所述第一驱动回路部的各开关处于导通状态；步骤3：经过预设的时间段后，使所述第一驱动回路部的各开关处于截止状态；步骤4：根据所述基准电阻的个数，使所述第二驱动回路部的各开关同时或者依次处于导通状态，通过模数转换器，对发热电阻体与基准电阻之间的电位进行采集并转换成8bit的数字信号；步骤5：将上述转换后的数字信号进行存储；步骤6：重复步骤1～5，对纸币的第(M+1)行至第(M+g)行进行信息的读取，并将读取的信息所对应的数字信号依次进行存储；步骤7：判断上述存储的数字信号中，是否有连续区域的数字信号处于200～255digit；步骤8：如果是，则判定该纸币为经胶带修补过的纸币；步骤9：如果否，在上述存储的数字信号阵列中，选取防伪区域，并对该区域的数字信号进行减量处理；步骤10：对上述减量后的数字信号进行二值化处理；步骤11：将上述二值化处理后的数据与真币防伪区域所形成的二值化处理后数据进行对比；步骤12：如果一致，则判定该纸币为真币。

3.根据权利要求2所述的纸币识别方法，其特征在于：在所述步骤4与步骤5 之间还包括以下步骤：步骤41：通过数字比较回路，将上述转换后的数字信号与数字阈值进行比较，判断上述转换后的数字信号是否小于数字阈值；步骤42：如果上述转换后的数字信号全部小于数字阈值，则重复步骤2至41；步骤43：当上述转换后的数字信号中有一个等于或者大于数字阈值时，则使所述第一驱动回路部的开关处于截止状态。

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