本申请要求于 2011 年 12 月 8 日提交中国专利局、 申请号为 201110406846.1、 发明名称为 "纸币类检测装置及检测方法"的中国专利申请 的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及金融技术领域， 尤其涉及一种用于自动拒员机（称之为 ATM ) 对一部分残破纸币或纸质异物的抗干扰检测的 纸币类检测装置及检测方法。

背景技术

使用光传感器来检测纸币在通道中的传输情况 ， 是 ATM中普遍采用的方 式， 现有技术中的纸币类检测装置一般包括光传感 器、 控制单元和存储单元。 当一组纸币顺序通过光传感器时，在给定时钟 的触发下，将产生一组表征纸币 信息的传感器状态序列， 经过传感器单元的二值化处理后， 可以描述成如表 1 所示的时序逻辑状态：

表 1

纸币的逻辑状态之间的转换由控制单元来实现 ， 采用的方法如图 1所示， 其中， X表示传感器单元输出的状态值； 控制单元和存储单元依据纸币所处的 逻辑状态， 执行不同的操作， 最终将纸币信息记录下来， 通常采用的方法如表

2所示：

表 2

纸币的逻辑状

控制单元相应的处理 存储单元相应的处理 态 Z 调整记录指针的值， 指向

纸币到达 (S4) 启动传感器状态采集

下一个存储位置

纸币存在 (S3) 采集传感器状态

计算出纸币的信息， 并存储 纸币离开（S2)

到记录指针指向的位置 纸币恒无（S1)

根据表 2的 ,录方法，在正常的情况下， ^一张完整的纸币通过光传感器 时， 控制单元在整个采集周期内， 只能分别产生一次 "纸币到达" 和 "纸币离 开" 的状态， 于是， 只有唯一的一条纸币记录信息与该张纸币对应 。

但是， 世界各国的纸币在设计上存在差异， 某些国家的纸币本身就有孔、 缝隙等特征； 此外， 纸币在流通的过程中容易破损， 状态逐渐恶化。 状态不佳 的纸币通过光传感器时（例如破损的纸币有缝 隙）， 可能产生多次 "纸币到达" 和 "纸币离开" 的状态， 导致一张纸币将产生多条记录信息， 在这种情况下， 图 1所示的状态机设计， 已经不能满足纸币检测的要求。

发明内容

本发明实施例提出一种纸币类检测装置及检测 方法，有效排除状态不佳的 纸币带来的干扰， 确保纸币的信息记录顺序与纸币的传输顺序一 致。

本发明实施例提供一种纸币类检测装置， 该装置包括：

传感器单元， 用于根据固定时钟周期检测纸币的传输状态， 并将检测到的 信号二值化以表征纸币的有无状态；

存储单元， 用于采集所述传感器单元检测到的信号， 并获取所述信号中的 纸币信息进行顺序存储；

控制单元， 包括第一状态计数器和第二状态计数器， 当所述传感器单元检 测到信号的时序状态表征纸币从无到有时，且 当所述第二状态计数器的计数值 为 0, 或者达到或超过预定阀值时， 所述控制单元清零并启动所述第一状态计 数器依据固定时钟周期进行计数；当所述第一 状态计数器的计数值到达或超过 预定阀值时，调整存储单元中记录纸币信息的 指针，使指向下一个纸币信息的 存储位置； 当所述传感器单元检测到信号的时序状态表征 纸币从有到无时， 且 当所述第一状态计数器的计数值为 0, 或者达到或超过预定阀值时， 所述控制 单元清零并启动所述第二状态计数器依据固定 时钟周期进行计数；当所述第二 状态计数器的计数值到达或超过预定阀值时， 控制所述存储单元将获取到的纸 币信息存储到所述指针指向的存储位置。

另外， 本发明实施例还对应提供一种纸币类检测方法 ， 包括步骤： Al、 由传感器单元根据固定时钟周期检测纸币的传 输状态， 并将检测到 的信号二值化以表征纸币的有无状态；

A2、 当所述传感器单元检测到信号的时序状态表征 纸币从无到有时， 且 当第二状态计数器的计数值为 0, 或者达到或超过预定阀值时， 由控制单元清 零并启动第一状态计数器依据固定时钟周期进 行计数；

A3、 当所述第一状态计数器的计数值到达或超过预 定阀值时， 调整存储 单元中记录纸币信息的指针， 使指向下一个纸币信息的存储位置；

A4、 当所述传感器单元检测到信号的时序状态表征 纸币从有到无时， 且 当所述第一状态计数器的计数值为 0, 或者达到或超过预定阀值时， 由控制单 元清零并启动第二状态计数器依据固定时钟周 期进行计数；

A5、 当所述第二状态计数器的计数值到达或超过预 定阀值时， 由控制单 元控制存储单元将采集所述传感器单元检测到 的信号中的纸币信息存储到所 述指针指向的存储位置。

实施本发明实施例， 具有如下有益效果：

本发明实施例提供的纸币类检测装置及检测方 法， 尤其用于自动拒员机 (称之为 ATM )对一部分残破纸币或纸质异物的抗干扰检测� � 其中， 该纸币 类检测装置包括传感器单元、存储单元和控制 单元， 而控制单元包括并控制两 个状态计数器结合传感器单元进行清零和启动 以计数， 并采用有限状态机 ( FSM )的方式， 将预定阀值之内的干扰（如破损的纸币上的孔 ）排除， 从而 有效排除状态不佳的纸币带来的干扰，确保纸 币的信息记录顺序与纸币的传输 顺序一致。 附图说明

图 1是现有技术中的纸币类检测方法的纸币逻辑� �态示意图；

图 2a~2b是本发明所提供的纸币类检测装置的结构� ��图；

图 3是本发明所提供的纸币类检测方法的处理流� �图；

图 4是本发明所提供的纸币类检测方法的纸币逻� �状态示意图； 图 5是图 4所示纸币类检测方法的纸币逻辑状态更新流� �图； 流程图；

图 7 是本发明一个实施例所提供的纸币类检测方法 的带孔纸币的处理过 程示意图；

图 8是图 7所示纸币类检测方法的带孔纸币历经的逻辑� �态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明 实施例中的技术方案进行清 楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

请参照图 2a~2b, 本发明的纸币类检测装置 1包括传感器单元 10、存储单 元 20、 控制单元 30和时钟单元 40 。

其中， 所述传感器单元 10, 用于根据固定时钟周期检测传输通道 2上的 纸币 100的传输状态， 并将检测到的信号二值化以表征纸币 100的有无状态。

存储单元 20, 用于采集所述传感器单元 10检测到的信号， 并获取所述信 号中的纸币信息进行顺序存储。

控制单元 30, 包括第一状态计数器和第二状态计数器， 当所述传感器单 元 10检测到信号的时序状态表征纸币从无到有时� �� 且当第二状态计数器的计 数值为 0, 或者达到或超过预定阀值时， 所述控制单元 30暂停所述第二状态 计数器的计数，同时清零并启动所述第一状态 计数器依据固定时钟周期进行计 数； 当所述第一状态计数器的计数值到达或超过预 定阀值时， 所述控制单元 10暂停所述第一状态计数器的计数， 并调整存储单元中记录纸币信息的指针， 使指向下一个纸币信息的存储位置； 当所述传感器单元 10检测到信号的时序 状态表征纸币从有到无时， 且当所述第一状态计数器的计数值为 0, 或者达到 或超过预定阀值时， 所述控制单元 30暂停所述第一状态计数器的计数， 同时 清零并启动所述第二状态计数器依据固定时钟 周期进行计数；当所述第二状态 计数器的计数值到达或超过预定阀值时， 所述控制单元 30暂停所述第二状态 计数器的计数， 并控制所述存储单元 20将获取到的纸币信息存储到所述指针 指向的存储位置。

时钟单元 40, 用于提供所述固定时钟周期。

其中， 所述预定阀值由下列公式设定：

P= [K.W/ (V.T) ];

其中， P为预定阀值， W表示纸币在传送时， 与传输通道平行的边的宽度 (单位为 mm ); V表示通道传输的速度（单位为 mm/s ); T表示时钟单元输 出的时钟周期 （单位为 ms); [K.W/ (V.T) ]表示对 K.W/ (V.T)取整 数； K表示阀值系数。宽度 W为 70~78mm,通道速度 V为 1000 ~ 1500 mm/s, 时钟周期 T为 l~2ms, K为 80 ~ 120, 从而所述预定阀值 P为 4~8。

参考图 3, 是本发明所提供的纸币类检测方法的处理流程 图。 具体包括步 骤如下：

5101、 由传感器单元根据固定时钟周期检测纸币的传 输状态，并将检测到 的信号二值化以表征纸币的有无状态；

5102、 当所述传感器单元检测到信号的时序状态表征 纸币从无到有时，且 当第二状态计数器的计数值为 0, 或者达到或超过预定阀值时， 由控制单元暂 停所述第二状态计数器的计数，同时清零并启 动第一状态计数器依据固定时钟 周期进行计数；

S103、 当所述第一状态计数器的计数值到达或超过预 定阀值时，所述控制 单元暂停所述第一状态计数器的计数， 并调整存储单元中记录纸币信息的指 针， 使指向下一个纸币信息的存储位置； S104、 当所述传感器单元检测到信号的时序状态表征 纸币从有到无时，且 当所述第一状态计数器的计数值为 0, 或者达到或超过预定阀值时， 所述控制 单元暂停所述第一状态计数器的计数，同时清 零并启动所述第二状态计数器依 据固定时钟周期进行计数；

S105、 当所述第二状态计数器的计数值到达或超过预 定阀值时，所述控制 单元暂停所述第二状态计数器的计数，并控制 所述存储单元将获取到的纸币信 息存储到所述指针指向的存储位置。

下面， 结合图 4~图 6,进一步描述本发明的纸币类检测方法的具体� ��理流 程。

通过分析可知，现有技术的纸币类检测方法中 ，状态不佳的纸币通过光传 感器时， 将影响纸币逻辑状态的变更， 这种干扰的本质是： 出现了多个 "遮挡

( D ) 一>照射（ L )" 以及" 照射（ L ) 一>遮挡 ( D )" 的时序（即 Q0 Ql == LD 或者 Q0 Q1 == DL ), 为了排除这种时序上的干扰， 本发明的控制单元 30对于 图 1所示现有技术的状态机设计作了如下改进：

( 1 ) 引入了两个新的纸币逻辑状态 "纸币暂入状态 (S5)" 和 "纸币暂离 状态 (S6)" , 其对应的传感器状态时序分别是 LD、 DD和 DL、 LL。

( 2 )原来的两个纸币逻辑状态 "纸币到达状态 (S4)" 和 "纸币离开状态 (S2)" , 其对应的传感器状态时序分别更改为 DD和 LL。

( 3 ) 由于更改后， 各个逻辑状态对应的传感器状态时序有重叠， 所以增 加了两个状态计数器（第二状态计数器 CNT0和第一状态计数器 CNT1 ) 以及 与计数器相关的干扰判定阀值（P ), 用于区分这几种逻辑状态。

经过改进之后， 本发明的新的纸币逻辑状态如表 3所示:

表 3

传感器单元的输出状态

纸币的逻辑状 状态计数器

时序

态 Z

现态 (Q0) 次态 (Q1) CNT1 CNT0 照射 ( L ) 遮挡 ( D ) CNT1 == 0

CNT1 < P

纸币暂入 (S5)

遮挡 ( D ) 遮挡 ( D ) 且 CNT1 >

0

纸币到达 (S4) 遮挡 ( D ) 遮挡 ( D ) CNT1 == P

CNT1 > P

纸币存在 (S3) 遮挡 ( D ) 遮挡 ( D ) 或 CNT1 ==

0

遮挡 ( D ) 照射（L ) CNT0 == 0

CNT0 < P 纸币暂离（S6)

照射 ( L ) 照射（L ) 且 CNT0 >

0 纸币离开 (S2) 照射 ( L ) 照射（L ) CNT0 == P

CNT0 > P 纸币恒无 (S1) 照射 ( L ) 照射（L ) 或 CNT0 ==

0 根据表 3所示的纸币逻辑状态，可得出纸币逻辑状态� �转换，如图 4所示。 从图 4可以看出， 由于增加了 "纸币暂入 (S5)" 和 "纸币暂离（S6)" 这两个逻 辑状态， 即使有状态不佳的纸币， 所产生的干扰也只是增加 "纸币暂入 (S5)" 和 "纸币暂离 (S6)" 状态的发生次数， 只要预设的判定阀值 P的设定合理， 就 不会产生多余的 "纸币到达 (S4)" 和 "纸币离开 (S2)" 状态（如图 4中 Ll、 L2 所示）。控制单元 30和存储单元 20实现纸币信息记录的方法也相应做了调整， 如表 4所示：

表 4

纸币的逻辑状

控制单元相应的处理 存储单元相应的处理 态 Z

纸币暂入 (S5) 清零并启动状态计数器 启动传感器状态采集 CNT1 , CNT1累力口

调整记录指针的值， 指向

下一个存储位置；

纸币到达 (S4) 如果状态计数器 CNT1已 采集传感器状态

启动， 则执行 CNT1累加

的操作

如果状态计数器 CNT1已

纸币存在 (S3) 启动， 则执行 CNT1累加 采集传感器状态

的操作

清零并启动状态计时器 采集传感器状态

纸币暂离（S6)

CNTO, CNT0累加

如果状态计数器 CNT0已

计算出纸币的信息， 并存储到 纸币离开 (S2) 启动， 则执行 CNT0累加

记录指针指向的位置 的操作

如果状态计数器 CNT0已

纸币恒无 (S1) 启动， 则执行 CNT0累加

的操作

参考图 5和图 6, 进一步结合表 4和图 4对本发明的纸币类检测方法中的 对控制单元 30和存储单元 20的操作进行详细描述。其中， 图 5显示了控制单 元 30对于纸币逻辑状态的更新操作过程， 具体包括：

步骤 S10: 开始；

步骤 S11: 读取传感器单元 10的现态 (Q0)和次态 (Q1)的状态时序， 并进行 判断；

步骤 S12: 当判断现态 (Q0)和次态 (Q1)的状态时序为照射（ L )一>照射（ L ) 时， 即 Q0 Q1 == LL时， 继续步骤 S13, 否则转为步骤 S22;

步骤 S13: 判断第二状态计数器 CNT0的值是否等于判定阀值 P, 若是继 续步骤 S14, 否则转为步骤 S15; 步骤 S14: 将纸币逻辑状态变更为纸币离开状态 （S2 )，并转入步骤 S17, 而此时， 存储单元 20对传感器单元 10状态的采集中， 计算出纸币的信息， 并 存储到记录指针指向的位置， 如图 6所示；

步骤 S15: 判断第二状态计数器 CNT0的值是否大于判定阀值 P, 若是继 续步骤 S16, 否则转为步骤 S17;

步骤 S16: 将纸币逻辑状态变更为纸币恒无状态 （S1 )，并转到步骤 S17; 步骤 S22: 当判断现态 (Q0)和次态 (Q1)的状态时序为照射（ L )一>遮挡（ D ) 时， 即 Q0 Q1 == LD时， 继续步骤 S23 , 否则转为步骤 S32;

步骤 S23: 判断第二状态计数器 CNT0的值是否大于判定阀值 P或者等于 0, 若是继续步骤 S24, 否则转为步骤 S17;

步骤 S24: 将纸币逻辑状态变更为纸币暂入状态 （S5 )，并继续步骤 S25; 而此时， 正式启动存储单元 20对传感器单元 10状态的采集， 如图 6所示； 步骤 S25: 将第一状态计数器 CNT1 清零， 并重新启动第一状态计数器 CNT1进行计数；

步骤 S26: 关闭第二状态计数器 CNT0的计数功能， 并转到步骤 S17; 步骤 S32: 当判断现态 (Q0)和次态 (Q1)的状态时序为遮挡（ D )—>遮挡（ D ) 时， 即 Q0 Q1 == DD时， 继续步骤 S33 , 否则转为步骤 S42;

步骤 S33: 判断第一状态计数器 CNT1的值是否等于判定阀值 P, 若是继 续步骤 S34, 否则转为步骤 S35;

步骤 S34: 将纸币逻辑状态变更为纸币到达状态 （S4 )，并转入步骤 S17; 而此时，调整存储单元 20对传感器单元 10状态的采集的纸币记录指针，使其 指向下一个存储位置， 如图 6所示；

步骤 S35: 判断第一状态计数器 CNT1的值是否大于判定阀值 P, 若是继 续步骤 S36, 否则转为步骤 S17;

步骤 S36: 将纸币逻辑状态变更为纸币存在状态 （S3 ) ,并转到步骤 S17; 而此时， 存储单元 20则继续采集传感器单元 10的状态序列

步骤 S42: 当判断现态 (Q0)和次态 (Q1)的状态时序为遮挡 ( D )一>照射（ L ) 时， 即 Q0 Q1 == DL时， 继续步骤 S43, 否则转为步骤 S19;

步骤 S43: 判断第一状态计数器 CNT1的值是否大于判定阀值 P或者等于 0, 若是继续步骤 S44, 否则转为步骤 S17;

步骤 S44: 将纸币逻辑状态变更为纸币暂离状态 （S6 )，并继续步骤 S45; 而此时， 存储单元 20则继续采集传感器单元 10的状态序列

步骤 S45: 将第二状态计数器 CNT0 清零， 并重新启动第二状态计数器 CNT0进行计数；

步骤 S46: 关闭第一状态计数器 CNT1的计数功能， 并转到步骤 S17; 步骤 S17: 如果第二状态计数器 CNT0 已经启动， 则将第二状态计数器 CNT0的值累加；

步骤 S18: 如果第一状态计数器 CNT1 已经启动， 则将第二状态计数器 CNT0的值累加；

步骤 S19: 结束。

下面， 结合图 7和图 8, 通过一个具体的实施方案对本发明的纸币类检 测 装置及检测方法进行描述。

其中， 在本实施例中， 时钟单元 40输出固定周期的时钟， 传感器单元 10 按照这个周期对传感器信号采集， 并转化为二值状态， 控制单元 30同样按照 时钟周期对传感器单元 10的时序状态以及第一、第二状态计数器 CNT1、CNT0 的值进行判断， 并做出相应的处理。

纸币传输通道上传输有孔纸币 C05 (假设孔 H02的宽度在 P个时钟周期 以内， 且大于 1个时钟周期）， 初始的逻辑状态是纸币恒无状态（S1 ), 当纸币 到达传感器单元 10 (本实施例为光传感器 10 )时， 控制单元 30判断下列两个 条件：

( 1 ) 光传感器 10的时序状态 Q0,Q1 == LD;

( 2 )第二状态计数器 CNT0 > P或 CNT0 == 0, 即纸币的上一个逻辑状态 必须是纸币恒无状态 （Sl )。

对于纸币 C05 来说， 这两个条件都满足， 于是将纸币逻辑状态变更为纸 币暂入状态 （ S5 ) (图 7的 stepl )。

处于纸币暂入状态 （S5) 时， 控制单元 30清零第一状态计数器 CNT1, 并重新启动 CNT1开始计数， CNT1将按照时钟周期开始累加， 而第二状态计 数器 CNT0的值维持不变；而存储单元 20则开始采集光传感器 10的状态序列。

当控制单元 30检测到满足下列两个条件时， 将纸币逻辑状态变更为纸币 到达状态 （S4) (图 7的 step2):

(3)光传感器的时序状态 Q0,Q1 ==DD;

(4)第一状态计数器 CNTl ==P 。

纸币到达状态（S4)只维持一个时钟周期， 控制单元 30调整存储单元 20 的纸币记录指针，使其指向下一个记录位置（ 图 7的 step2)。 当第一状态计数 器 CNT1 >P 时， 将变更为纸币存在状态 （S3) (图 7的 step3)。

处于纸币存在状态（S3)时， 第一状态计数器 CNT1将按照时钟周期继续 累加， 而第二状态计数器 CNT0的值维持不变； 存储单元则继续采集光传感器 10的状态序列。

当孔 H02到达光传感器 10时， 同样的， 控制单元 30判断下列两个条件：

(5)传感器的时序状态 Q0,Q1 ==DL;

(6) 计数器 CNTl > 或 CNTl ==0, 即纸币的上一个逻辑状态必须是 纸币存在状态 （S3)。

对于纸币 C05 来说， 这两个条件都满足， 于是纸币逻辑状态变更为纸币 暂离状态 （ S6 ) (图 7的 step4 )。

处于纸币暂离状态 （S6) 时， 控制单元 30清零第二状态计数器 CNT0, 并重新启动 CNT0开始计数， CNT0将按照时钟周期开始累加， 而第一状态计 数器 CNT1的值维持不变； 存储单元 20则继续采集光传感器 10的状态序列。

当孔 H02离开光传感器 10时， 控制单元 30判断条件（ 1 )和条件（ 2 ), 发现条件（2)不满足， 因为前一个状态是纸币暂离状态（S6), 而不是纸币恒 无状态（S1), 所以， 即使孔 H02离开了光传感器 10, 纸币的逻辑状态不发生 变更（图 7的 step5 )。 随后控制单元 30将状态变更为 纸币存在状态 （ S3 ) (图 7的 step6 )。 当纸币真正离开光传感器 10时， 控制单元 30判断满足条件（5 )和条件 ( 6 ), 再次将状态变更为纸币暂离状态 （S6 ) (图 7的 step7 )。

当控制单元 30检测到满足下列两个条件时， 纸币逻辑状态变更为纸币离 开状态 （S2 ) (图 7的 step8 ):

( 7 )传感器的时序状态 Q0,Q1 == LL;

( 8 )第二状态计数器 CNT0 == P 。

纸币离开状态 （S2 ) 同样只维持一个时钟周期， 存储单元 20计算出纸币 的信息， 并存储到记录指针指向的位置。 至此， 完成了一张纸币的检测和记录 过程。 如图 8所示， 是有孔纸币 C05历经的逻辑状态示意图。

本发明不限于上述实施案例， 能够进行各种变形来实施。 例如， 本发明所 述的案例是应用于光传感器的纸币检测， 同样的， 其他类型的传感器（如厚度 检测传感器、 图像检测传感器）， 只要传感器信号可以二值化， 并表示成纸币 有无的两种状态， 都适用于该方法。

此外，本发明所述案例主要描述了状态不佳的 纸币带来的干扰如何排除的 方法， 同样的， 传感器信号本身受到的干扰或者纸质异物 （例如 纸屑、 碎片 等）造成的干扰， 也适用于本方法来排除干扰。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出 ，对于本技术领域的普通技 术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这 些改进和润饰也视为本发明的保护范围。