基于FPGA的等位移多点采样硬币识别研究

作者：时间：2009-08-24来源：网络收藏

由于硬币在币道中做匀加速度直线运动，设硬币的前沿通过D点时的速度为vD，则有：

令s为0．1 mm，0．2 mm，0．3 mm，…，设需要的时间分别为t0.1，t0.2，t0.3，…。由2．3所述方法可求得a和vD，则通过求解一元二次方程可得到t0.1，t0.2， t0.3，…，若以硬币通过D点作为零时间参考点，则在t0.1，t0.2，t0.3，…采样即可得到正确的等位移多采样值。有：t1=t0．2－t0． 1，t2=t0．3－t0．2，…。
当硬币后沿通过E点时，停止采样，D点和E点的沿币道方向的距离为y，设通过E点的时刻为tE，则有：

由此即可计算出tE，即为硬币通过币道时最后一个采样点。
根据式(9)，要求得t，涉及到开方运算。开方运算的算法主要有Newton-Raphson算法、SRT-Redun-ant算法和Non-Redudant算法。这三种算法可以得到开方运算的近似结果。关于上述三种算法的介绍参见参考文献[1―3]。
为了有足够高的检测精度，要求t精确到1μs。另外，由于硬币由C点到D点的最小时间为0．3 ms，所以必须在0．3 ms内完成上述的算法。通过FPGA不难实现这些要求，但是若采用单片机来实现就有一定的难度，如：若用51单片机，频率12 MHz来实现，则机器周期就是1μs，要实现上述算法是不可能的。所以在该设计中采用FPGA实现。
2．5 基于FPGA的多倍周期同步测频法
在该设计中，检测线圈为电涡流反射式互补检测，准确地测试出其输出频率是很重要的。对于频率的测试，有测频法、测周期法，但测量精度都不够高，在该设计中，两种测试方法误差都比较大，所以采用等精度多倍周期同步测频法，可达到较高的精度。
由于硬币通过检测线圈时的速度范围为：0．1～0．5 m／s，要求每隔0．1 mm距离采样一次，则采样的时间间隔范围为0．2～1ms。为了保证采样的快速和准确性，采样时间不能超过0．2 ms，本设计采样时间取0．1 ms。
该设计中，FPGA的频率为100 MHz，由检测线圈及检测电路组成的振荡器频率为200 kHz(此频率指硬币未通过线圈时的振荡频率)。
所谓测频法，就是先给定一个闸门时间，在此闸门时间内，对被测频率信号计数，由此即可计算出被测信号的频率。在本设计中，闸门时间为0．1 ms，被测信号频率为200 kHz左右，若用测频法，则测量误差为：
1／(0．1×10-3×200×103)=5％
所谓测周期法，就是在被测频率信号的一个周期内，对参考频率信号进行计数，由此即可计算出被测信号的周期，在本设计中，参考频率信号为100 MHz，被测信号频率为200 kHz左右，若用测周期法，则测量误差为：
(200×103)／(100×106)=0．2％
由此可见，都有较大的误差，下面用等精度多倍周期同步测频法，既可以在振荡频率变化的情况下保持精度的一致，又可以减少测量误差，提高测试精度。
设被测信号频率为fx，计数器CT1对fx进行计数；参考信号频率为fr，计数器CT2对fr进行计数。
CT1的闸门开放时间完全与fx的m个周期同步。闸门开放时间T1=mtx。在fx的第一个上升沿和第m+1个上升沿之间的mtx时间间隔内，允许CT2对fr计数，计数值记为N。上述测频的时序图如图7所示。