1. 传感器基础与点钞机概述
大家好，我是老李。做嵌入式这行十几年了，跟点钞机打交道也有七八年。今天咱们聊聊点钞机最底层的那些事儿——传感器。
说实话，很多人觉得点钞机就是个“数钱机器”。其实不然。你想想看，一台好的点钞机，它得能分辨真假币、能识别残损、能清点数量。这些功能靠什么？全靠传感器。传感器就是点钞机的眼睛和耳朵。
1.1 点钞机的工作原理
点钞机的工作流程，说白了就是“送纸-检测-分拣”三步走。
钞票从进钞口进去，经过搓钞轮一张张分离，然后通过传感器阵列。传感器们会在极短的时间内（毫秒级）完成检测。最后根据检测结果，把钞票分到不同通道——真币进、假币退、可疑的单独处理。
我刚开始做这个项目时，总觉得流程简单。直到有一次，钞票卡在传感器中间，机器直接死机了。嗯，从那以后我才明白，每个环节的时序配合有多重要。
核心要点：点钞机的核心是“高速、精准、实时”。每秒处理15-20张钞票，每张钞票的检测时间只有50-70毫秒。传感器必须在这个时间内完成数据采集和初步处理。
1.2 常用传感器类型
点钞机上用的传感器，我按功能分了四大类。每种都有自己的脾气，你得摸透了才行。
1.2.1 磁头传感器
磁头是检测钞票磁性油墨的。人民币上有专门的磁性防伪区域，比如冠字号码、某些图案线条。
磁头的工作原理其实跟磁带录音机差不多。钞票经过磁头时，磁性油墨会改变磁头的磁通量，产生电信号。不同面额、不同真伪的钞票，磁信号特征都不一样。
选型要点：
- 灵敏度：我建议选灵敏度可调的磁头。为什么？因为不同国家的钞票，磁性油墨浓度差异很大。我在做出口机型时吃过这个亏——固定灵敏度的磁头，对欧元和人民币的响应完全不同。
- 频率响应：点钞速度越快，需要的频率响应越高。一般要求10kHz以上。
- 耐磨性：磁头是接触式检测，每天磨几万次。我见过便宜的磁头，用三个月就磨平了。
实战技巧：磁头安装时要注意角度。我习惯让磁头与钞票运行方向成15-20度角，这样信号更稳定。角度太大容易磨损，太小信号弱。
1.2.2 红外传感器
红外传感器用来检测钞票的透光性和红外吸收特性。真币在红外光下会有特定的图案，假币往往透光不均匀或者没有图案。
红外传感器一般成对使用——一个发射管，一个接收管。钞票从中间穿过，接收管收到的光强变化就是检测依据。
选型要点：
- 波长：常用940nm或850nm。我个人偏向940nm，因为环境光干扰小。
- 响应速度：至少1μs级别。你想想看，钞票以2m/s的速度通过，1μs的响应时间对应0.002mm的位移分辨率，够用了。
- 抗干扰能力：红外传感器最怕灰尘。我曾经遇到过一批机器，用了半年后红外检测频频误报。拆开一看，传感器窗口上积了一层灰。
注意：红外传感器不能单独作为真伪判断依据。它只能提供“疑似”信号。真正的判断需要结合磁头、紫外等多路数据融合。
1.2.3 紫外传感器
紫外传感器检测的是钞票的荧光反应。真币在紫外光下，特定区域会发出荧光，假币要么不发光，要么全发光。
紫外传感器的工作原理很简单：紫外LED照射钞票，光电二极管接收荧光信号。但这里有个坑——紫外LED的寿命问题。
选型要点：
- 波长：365nm是主流。有些便宜的用395nm，但检测效果差很多。
- 功率：不能太大，否则会损伤钞票。我一般控制在5-10mW。
- 寿命：紫外LED的寿命通常只有5000-10000小时。我建议选品牌货，别图便宜。我在一个项目中用了杂牌紫外LED，三个月坏了三分之一。
1.2.4 厚度传感器
厚度传感器用来检测钞票是否夹带异物、是否粘贴胶带、是否两张重叠。说白了，就是防止“偷梁换柱”。
厚度传感器有接触式和非接触式两种。接触式用滚轮加位移传感器，非接触式用激光或超声波。我个人更推荐接触式，成本低、精度高。
选型要点：
- 分辨率：至少0.01mm。一张人民币的厚度约0.1mm，两张就是0.2mm，分辨率不够的话根本分不清。
- 响应频率：跟点钞速度匹配。每秒20张的话，响应频率至少200Hz。
- 压力控制：接触式传感器对钞票的压力要适中。压力太大会损伤钞票，太小检测不准。我一般控制在0.5-1N。
1.3 传感器选型原则
选传感器这事儿，我踩过不少坑。总结下来，就四条原则：
- 匹配系统需求：别盲目追求高指标。你的点钞机每秒处理15张，就没必要买能处理30张的传感器。成本上去了，性能用不到。
- 考虑环境适应性：点钞机可能在银行柜台用，也可能在超市收银台用。温度、湿度、灰尘都不一样。我建议选工业级芯片，温度范围-20℃到70℃。
- 预留冗余：传感器的实际性能要比标称值留20%的余量。比如你需要0.1mm的分辨率，就选0.08mm的传感器。为什么？因为老化、温度漂移都会影响性能。
- 可维护性：传感器要方便更换。我见过一些设计，传感器焊死在主板上，坏了就得换整块板子。这设计，说实话，不太聪明。
我的经验：选传感器时，先列一个需求清单，把每个参数的最低要求、典型值、最高要求都写清楚。然后拿着清单去跟供应商谈。这样不容易被忽悠，也方便后续做替代方案。
1.4 传感器布局与信号调理
传感器选好了，怎么放也是个学问。
我习惯把磁头放在最前面，因为它需要接触钞票。然后是红外和紫外，它们是非接触的，可以放在同一排。厚度传感器放在最后，因为它是机械接触式的，容易受前面传感器的影响。
信号调理这块，我多说两句。传感器出来的信号很微弱，需要放大、滤波、整形。我一般用两级放大：第一级是仪表放大器，增益100倍左右；第二级是运放，增益可调。滤波用二阶低通滤波器，截止频率根据传感器类型定。
举个例子，磁头信号的调理电路：
// 磁头信号调理伪代码
// 第一级放大：仪表放大器，增益100
Vout1 = (Vin+ - Vin-) * 100
// 第二级放大：运放，增益可调（10-50）
Vout2 = Vout1 * Gain
// 低通滤波：截止频率1kHz
// 使用二阶巴特沃斯滤波器
Vout_filtered = LowPassFilter(Vout2, fc=1kHz)
// 比较器：将模拟信号转为数字信号
// 阈值根据钞票特征动态调整
if (Vout_filtered > threshold) {
output = HIGH; // 检测到磁性
} else {
output = LOW; // 无磁性
}这段代码看着简单，但实际调试时坑不少。我记得有一次，磁头信号总是有毛刺，查了半天发现是电源纹波太大。后来加了π型滤波，问题才解决。
小技巧：传感器信号调理电路，一定要在PCB布局时把模拟地和数字地分开。我习惯用磁珠或0欧电阻单点连接。不然的话，数字信号的噪声会串到模拟信号里，那数据就没法看了。
1.5 小结
好了，这一章的内容就这些。传感器是点钞机的基础，选对了、用好了，后面的数据融合和滤波算法才能发挥作用。
下一章，咱们聊聊传感器数据的预处理——怎么去噪、怎么对齐、怎么把原始信号变成可用的特征值。这些都是我实际项目中踩过的坑，希望能帮你少走弯路。
记住一句话：传感器选型，七分靠参数，三分靠经验。多动手、多测试，慢慢就有感觉了。