硬幣存儲器測量的製作方法
2023-06-26 03:25:56 2
專利名稱：硬幣存儲器測量的製作方法
技術領域：
本發明涉及可以採用硬幣驗證器的硬幣處理設備和自動販賣機。
背景技術：
GB-A-2190749公開了聲信號的測量以確定硬幣管(coin tube)中硬幣堆棧(stack)的水平。所描述的裝置包括發出被定向到此堆棧頂部的聲脈衝的源。傳感器被裝配為檢測由此堆棧頂部反射的脈衝。測量發射信號和接收信號之間的時間，並且此時間用於計算此堆棧的高度，從此堆棧的高度中可導出此堆棧中硬幣的數量。
GB-A-2357617(其內容包括於此作為參考)公開了使用電火花(electricspark)作為聲脈衝的源，然後測量其反射以導出儲存的硬幣的數量。可以進行許多這樣的測量，從中計算平均值。
發明內容
本發明的一個目的是提高這些測量的精確性。在進行這些測量時，許多因素對測量的脈衝起作用。這既包括想要得到的最上面硬幣的反射，也包括許多外來因素，諸如相對源的由於管壁和支撐管的歧管(manifold)引起的脈衝的反射。此外，在歧管和管之間截面區域的變化引起脈衝反射，這些脈衝反射可顯著地使測量的信號失真。通過忽略可歸因於這些現象的測量的作用，能夠提高測量的精確性。
根據本發明的第一方面，確定硬幣處理設備的特徵的方法包括以下步驟生成壓力波；測量由此設備引起的壓力波的反射；將測量值與基準進行比較；和根據此比較來確定特徵。
此特徵可以是存儲在硬幣存儲器中的硬幣的數量。
本發明的獨立方面涉及可重新配置的硬幣驗證器，其中提供用於識別安裝的組件(諸如，硬幣管)的類型的裝置。
根據本發明的進一步方面，識別硬體處理設備的組件的方法包括以下步驟生成壓力波；測量由於此組件引起的壓力波的反射；將測量值與基準或基準集合之中的每一個基準進行比較；和基於此比較來進行識別。
此組件可以是硬幣管或硬幣管的集合。在此方法應用於硬幣管時，可以在涉及每個管生成的測量數據和各個類型管的相應存儲的基準數據特徵之間進行比較。
根據本發明的進一步方面，提供了一個硬幣處理設備，其包括裝置，用於通過測量容器(優選但不一定使用壓力波)並將此測量值與基準數據集進行比較來識別容器的類型，其中每個基準數據集與不同的容器類型相關；和用於通過將測量數據與相應的基準數據集進行比較來檢測容器的狀態的裝置。
容器的狀態可以是容器有多滿的指示，並且可以特別涉及由容器存儲的項目(item)的數量。
在所附的權利要求書中提出本發明的各個方面。
現在將參照附圖通過例子說明實施本發明的裝置安排，其中圖1是根據本發明的一個實施例的硬幣處理設備的示意圖；圖2是圖1的設備的硬幣管和傳感器陣列安排的示意圖；圖3是圖1中的硬幣處理設備的信號處理器的示意圖；圖4是利用圖1-3的設備記錄的數據點的顯示；圖5是利用圖1-3的設備生成的抽樣信號的示意圖；圖6是利用圖1-3的設備生成的基準信號的示意圖；和圖7是利用圖1-3的設備生成的並從圖5與6的信號中導出的差信號的示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，一個硬幣處理設備10包括一個硬幣驗證器12。硬幣14被插入到驗證器12中，並沿著路徑16行進，在該行進期間確定硬幣的有效性和幣值(denomination)。如果硬幣14被認為是無效的，則拒絕這些硬幣，並沿著路徑18從驗證器12中排出這些硬幣。如果被認為是有效的，這些硬幣則沿著路徑20被傳送到硬幣分離器22。
硬幣沿著硬幣分離器22內的路徑24並通過許多門(未顯示)，這些門用於依據此硬幣的幣值將此硬幣傳送到多個硬幣管之一。硬幣路徑26、28、30、32和34對應於硬幣管36、38、40、42和44。各個硬幣管36、38、40、42和44包括連接到信號處理器56的傳感器陣列46、48、50、52和54。例如，如果相應的硬幣管已滿，硬幣也可沿著路徑62被傳送到錢箱60。
硬幣分發器64被連接到硬幣管，並在要求找零錢時分發硬幣。
圖2說明了相應於圖1的硬幣管36、38、40、42和44之中的任何一個的硬幣管70，其中存儲有多個硬幣14。傳感器陣列72(相應於傳感器陣列46，48，50，52和54)包括放電器(spark gap)74形式的聲脈衝生成器和麥克風76。麥克風76被安置在距硬幣管70的基座之上的高度H處。
圖3是信號處理器56的示意性描述，該信號處理器包括連接到相應傳感器陣列46、48、50、52和54的模數轉換器(ADC)80。ADC 80也連接到具有存儲器84的微處理器82。傳感器陣列46、48、50、52和54也象一個溫度計86一樣被連接到微處理器82。
在下面的說明中，為了便於參考，將使用圖2中所示的硬幣管和傳感器陣列的元件。但是，應認識到，此說明可同等地應用到圖1-3中所示的任何一個相應的組件。
連接到傳感器陣列72的微處理器82引起放電器74放電。這導致聲脈衝在路徑78的方向中行進。由於脈衝撞擊到堆棧中最上面硬幣和其它表面，它被反射回麥克風76，麥克風為了響應反射的脈衝而生成信號。由麥克風76生成的信號通過ADC 80被轉換為數字形式，並且微處理器82(圖3)在特定的間隔對ADC的輸出進行抽樣，以生成多個存儲在存儲器84中的數據點。在此實施例中，此間隔是5.06μs。
圖4顯示了以上述方式導出的數據點90。
現在將參照圖5-7說明第一測量技術。
圖5說明了從數據點90導出的典型的抽樣波形92。抽樣波形92不僅基於點90，而且還基於另外的使用用於增加波形解析度的重構算法重構的點。從存儲的數據和任何相關的內插中導出波形的方式在信號重構的技術領域中是眾所周知的，並且將不在這裡進一步進行說明。
為了精確地確定在硬幣管70中的硬幣堆棧的高度，需要確定波形92的哪一部分可歸因於來自最上面硬幣的聲脈衝的反射。
在初步的校準操作中，當硬幣管70沒有硬幣時，點燃放電器74並且導出能夠被重建以形成基準波形100(圖6)的數據點。相應於此基準波形的數據點被存儲在存儲器84中，以便以後調用。由於此基準波形相應於一個空管，與隨後在測量操作中生成的抽樣波形92的比較將使可歸因於來自堆棧的最上面硬幣的聲脈衝的反射的抽樣波形的那些部分變得突出。
以相似的方式對具有不同尺度的其它管70進行校準。
在圖1-3中所示類型的硬幣處理設備被大量生產。如果以充分小的容差級別(tolerance level)生產這些設備，則在設備校準期間為管導出的數據點可用於其它的同一類型的設備。但是，如果容差級別不夠小，將不得不對每個設備進行校準。一旦硬幣處理設備被遷移並安裝在將要使用它的位置中，則可能需要進一步的校準。這避免了由於機制校準的變化對測量的影響，這些變化是由於遷移或安裝以及周圍環境條件(諸如溼度)的差異對測量的影響而導致的。
現在將參照圖5、6和7說明抽樣和基準波形比較的過程，圖5、6和7使用相同的數字來表示相同的特性。
我們發現抽樣和基準波形的第一個正波峰94可歸因於硬幣處理設備10而不是硬幣管70的部分。因此，所有出現在基準點96(在該點上任何一個波形在波峰94之後第一次穿過基線)之前的點在比較中被忽略。
首先，抽樣波形的振幅被標準化，以便執行可靠的比較。抽樣波形的第一負波峰98被作為基準，並且將一個適當的因子施加到抽樣波形上，以便此波峰98的振幅等於基準波形100的第一負波峰102。
一旦已將抽樣波形標準化來計算振幅中的差，則此波形必須被進一步標準化，以補償溫度變化。由於聲音的速度隨著用於傳播聲音的媒介的溫度變化而發生變化，所以在生成基準波形100和抽樣波形80時，周圍環境溫度中的差將表示為沿著x軸(時間軸)的波形的按比例縮放(scaling)。為了對此進行補償，根據下列等式，將一個縮放因子施加到抽樣波形 在等式(1)中，TC是溫度係數並表示施加于波形的因子。T是絕對溫度，在該溫度上執行特殊的測量。相似的相應於導出基準波形的溫度的縮放因子在被存儲於存儲器84之前被施加到基準波形。
可通過連接到微處理器82上的溫度計86(圖3)確定相應於抽樣波形的溫度。
一旦已經標準化波形以補償溫度和振幅之差，通過從抽樣波形上相應點的值中減去基準波形上每個點的值來計算抽樣波形和基準波形之間的差。
儘管已經以上述的方式對抽樣波形進行縮放以補償溫差，但發現，在計算差別時，即使在基準和抽樣波形之間沿著x-軸的按比例縮放(scale)上的微小差異也會導致顯著的錯誤。為了最小化這個錯誤，並保證在基準和抽樣波形上的相應點被用於差的計算中，抽樣波形上的每個點都與在時間上最靠近那個點的基準波形上的五個點進行比較。然後，基準波形上其差值是最小的點被用於通過從抽樣波形上相應點的值中減去基準波形上選擇點的值來導出差分波形(difference waveform)的點。
圖7表示以此方式從圖5和6的波形中生成的差分波形110。為了計算硬幣堆棧的高度，識別差分波形110上最大的負波峰112。門限值114被設置為波峰112的振幅的40％，並且在箭頭116的方向對於相應於200μs的距離對此差分波形進行掃描。第一個遇到的超過門限值114的負波峰被作為由於來自堆棧中最上面硬幣的聲脈衝反射而生成的波形的那個部分。如果沒有遇到這樣的波峰，則在計算中使用最大的負波峰112。但是應當認識到，上面引用的數量40％和200μs對描述的實施例是特定的，並且預計這些數量可能會為了適應不同的條件而改變。
然後，根據下列公式計算堆棧高度S=H-Vt2----(2)]]>在等式(2)中，S是堆棧高度，H是麥克風76距硬幣管70的基座之上的高度(圖2)，以及t是在對應於最上面硬幣的波峰的放電啟動之後的時間。V是在293°K時的聲速，其為331.29m/s。
使用此設備測量高度H，包括生成用於包含單個硬幣的管的抽樣波形以及根據等式(3)計算H′H=Vt2----(3)]]>V與前面定義的一樣，而t′是為單個硬幣生成的抽樣波形的識別波峰的時間。
一旦計算出H′，通過從H′中減去已知的單個硬幣的厚度來導出H。
空的硬幣管不用於計算H′，這是因為此管的底部的半開放特性能夠引起相位改變，導致定時錯誤，其能轉化為結果中的顯著錯誤。
當計算具有相對較少的硬幣的硬幣堆棧的高度時，將抽樣波形用作差分波形來計算H，這是因為基準和抽樣波形對於這兩者之間將進行的可靠比較來說太相似了。在該實施例中，當在此堆棧中有五個或更少的硬幣時，使用該技術。
也可以通過第二測量技術來確定硬幣堆棧的高度。
以此方式生成圖5中所示類型的第一抽樣波形。當微處理器檢測到硬幣已被相應的硬幣管70接收到或從相應的硬幣管70中被分發時，以與第一抽樣波形相同的方式生成第二抽樣波形，其也具有圖5中所示的類型。
然後從對應於較高硬幣堆棧高度的抽樣波形中減去對應於較低硬幣堆棧高度的抽樣波形。從第二波形中減去第一波形還是從第一波形中減去第二波形將因此取決於是已執行了分發還是已執行了接收操作。
所得到的差分波形將具有對應於兩個測量的硬幣堆棧中較高的一個堆棧的波峰。然後，參照等式(2)和(3)以上面描述的方式計算此堆棧的高度。
在第二技術中，振幅和/或軸的標準化可在相減之前應用於這兩個波形或之一。但是，在優選實施例中，不執行時間軸標準化(即，溫度補償)。如果在導出第二波形之前在生成第一抽樣波形之後存在顯著的時間延遲，則放棄第一測量並重新開始此過程。這保證在第一抽樣波形和第二波形之間不存在顯著的溫差，並因此不必標準化任何一個波形以補償溫差。但是，由於沒有對抽樣波形應用溫度補償，所以在推斷堆棧高度時根據進行測量時的溫度來調整在這些等式中的V(聲音的速度)。通過溫度計86來確定此溫度。利用等式(4)給出在特定溫度上V的較好的近似值。
VT=(401)T----(4)]]>這裡T是進行測量時的絕對溫度(以開氏絕對溫度Kelvin為單位)，而VT是以米每秒為單位的速度。
在優選實施例中，使用第一和第二測量技術來驗證測量是正確的。
這樣，均使用第一測量技術來分析第一和第二抽樣波形以及比較各個硬幣堆棧高度，以驗證它們相差一個硬幣。然後，檢查利用第二測量技術確定的硬幣堆棧的高度，以查看它是否與使用第一技術導出的測量值一致。因此，存在兩個檢查來驗證當前的測量是正確的。
儘管任何數量的測量都是可能的，但執行測量所花費的時間可導致對硬幣堆棧的連續測量是不切實際的，由於它能夠幹擾除了硬幣堆棧高度計算之外的許多處理中所牽涉的微處理器82的操作。因此，當接通設備10時，進行硬幣堆棧高度的測量，並重複此過程，直到當前的測量被驗證。此後，通過從測量計算的硬幣數量中減少或加上接收到的和分發的硬幣的數量，保持堆棧中硬幣數量的連續記錄(running tally)。如果希望的話，系統可以被安排為防止堆棧中硬幣的高度水平高於和/或低於相應的極限，直到完成驗證，以防止不正確的操作。
硬幣的厚度變化會導致在從堆棧的高度中確定堆棧中硬幣的數量時的差錯。這樣的差錯是累積性的，並因此在大的硬幣堆棧中可能特別明顯。由於這個原因，如果連續記錄確定堆棧已經下落到預定門限值以下，則重新開始堆棧的測量，直到再次完成驗證。在該實施例中，該門限值是十個硬幣。
也已發現，基準波形100是硬幣管的特徵。通過存儲多個基準波形，微處理器82能夠區分不同的硬幣管，在如圖1的實施例中所示硬幣驗證器被配置為以使不同的硬幣管可以連接到驗證器以容納不同幣值或不同貨幣的組合時，這特別有用。
當新的硬幣管被連接到驗證器時，生成相應於空的硬幣管的抽樣波形，並將其與多個存儲的基準波形進行比較，每個基準波形對應於不同的硬幣管。抽樣波形被標準化，並且以上述方式應用對溫差的補償。然後，通過從每個存儲的基準波形中減去抽樣波形，並注意導致最小差的基準波形，能夠識別正確的硬幣管。
在進一步的實施例中，硬幣管形成了一個集合，並且通過用一個集合代替另一個來改變硬幣管。隨後，對一個特定集合之中的每個管，可根據上述程序來識別此特定集合。將此集合中的每個管的抽樣波形與存儲的基準波形相比較。通過組合各個管的結果，能夠識別此集合。在處理硬幣管的集合時，在組合整個集合的結果時，可補償一個管的錯誤識別或不識別。
以此方式識別硬幣管和硬幣管集合不需要利用複雜詳細的識別例行程序(諸如識別機器可讀代碼)對微處理器進行編程或在硬幣管或硬幣管集合改變時人工改變相關設置。
在上面的安排中，使用溫度傳感器來調整抽樣波形的時間軸，以匹配基準波形的時間軸。顯然，可以代替地或另外地調整基準波形軸。不在存儲之前標準化基準波形，而是根據生成它的溫度，當設備在特定溫度上處於受控制的環境中時，可生成此波形。進一步的可選辦法是存儲生成基準波形時的溫度，因此只需要單個時間軸標準化過程(根據此溫度和導出抽樣波形時的溫度之間的差異)。
同樣地，對於一對波形的時間軸標準化，不使用溫度傳感器，也能夠使用其它技術來匹配時間軸。例如，使用特性匹配程序來分析波形，以標準化這些波形。這樣的特性匹配在信號分析和比較的技術領域中是眾所周知的，並且在這裡不再進一步描述。作為選擇，這些波形可以進行相關，以確定時間軸的相對縮放比例。
振幅標準化也可應用於被比較的波形之一或全部，並且在這些波形之一是基準波形時，可以在存儲之前進行振幅標準化。
在測量反射壓力波的情況下，可應用所描述的方法和相關設備。例如，GB-A-2357617公開了測量在聲脈衝的發射和反射之間的時間，以確定硬幣驗證器的配置(例如，是否存在硬幣存儲器(store))、檢測硬幣存儲器的尺寸、檢測是否存在被卡住的硬幣、或檢測在自動販賣機中的產品數量。當前的方法和設備可用於獲得這些測量之中任何一個測量的更高的精確度。
權利要求
1.一種用於確定在硬幣存儲器中的硬幣數量的方法，包括以下步驟生成聲脈衝；根據所述存儲器對所述脈衝的反射來生成第一波形；將第一波形與第二波形進行比較；和根據所述比較來計算所述數量。
2.根據權利要求1的方法，其中第二波形是在校準操作中導出的基準波形。
3.根據權利要求1的方法，其中當不同數量的硬幣位於所述硬幣存儲器中時，從聲脈衝的反射中導出第二波形。
4.根據權利要求3的方法，包括以下步驟在硬幣存儲器執行硬幣分發或硬幣接收操作之一之前，生成第一波形；和在硬幣存儲器執行硬幣分發或硬幣接收操作之一之後，生成第二波形。
5.根據權利要求4的方法，包括以下步驟如果硬幣存儲器在預定間隔內未執行所述操作，則忽略第一波形，並生成另一波形。
6.根據前述任何一項權利要求的方法，其中所述比較包括識別第一或第二波形之中的一部分的步驟，所述部分可歸因於所述硬幣存儲器中的最上面硬幣對所述脈衝的反射。
7.根據前述任何一項權利要求的方法，其中所述數量表示硬幣堆棧的高度。
8.根據前述任何一項權利要求的方法，包括在所述比較之前在標準化時間軸上按比例縮放這兩個波形或其中一個波形的步驟。
9.根據權利要求8的方法，其中按比例縮放基於生成第一波形時的測量溫度。
10.根據權利要求8的方法，包括以下步驟將第一波形的至少一個特性與第二波形的相應特性進行匹配；和參照該特性對這兩個波形或其中一個波形按比例縮放。
11.根據權利要求8的方法，其中將第一和第二波形相關，以確定按比例縮放因子。
12.根據前述任何一項權利要求的方法，包括在所述比較之前將第一和第二波形之一或這兩個波形的振幅標準化的步驟。
13.根據前述任何一項權利要求的方法，其中所述比較是從第一和第二波形之一中減去另一個波形。
14.一種用於識別硬幣存儲器的方法，包括以下步驟通過檢測由所述硬幣存儲器反射的聲脈衝來生成抽樣波形；和將所述抽樣波形與多個基準波形進行比較，其中每個基準波形對應於一個已知的硬幣存儲器。
15.根據權利要求14的方法，包括以下步驟生成基準波形；和在校準期間存儲這些基準波形。
16.根據前述任何一項權利要求的方法，其中通過放電來生成所述脈衝。
17.一種硬幣處理設備，包括用於執行根據前述任何一項權利要求的方法的裝置。
18.一種硬幣處理設備，包括具有至少一個硬幣容器的硬幣存儲器；用於存儲基準數據集的裝置，每一個數據集對應於相應的硬幣存儲器類型；用於通過從硬幣存儲器中導出測量數據並將所述測量數據與多個基準數據集進行比較來識別硬幣存儲器類型的裝置；和用於通過導出測量數據並將所述測量數據與可應用於所述容器的基準數據相比較來測量所述容器中的硬幣水平的裝置。
19.根據權利要求18的硬幣處理設備，其中所述硬幣存儲器包括多個容器，並且識別裝置從每個容器中導出測量數據。
20.根據權利要求18或19的硬幣處理設備，包括溫度計。
21.根據權利要求18-20之中任何一項權利要求的硬幣處理設備，其中測量裝置適用於執行根據權利要求1-16之中任何一項權利要求的方法。
全文摘要
一種測量在硬幣處理設備中的容器特徵的方法，包括從由此容器反射的聲脈衝中生成數據集和分析此數據集。該分析包括將此數據集與一個或多個存儲的數據集相比較，這被用於確定在硬幣管中硬幣堆棧的高度和/或用於識別硬幣管。
文檔編號G01S15/88GK1501094SQ20031012033
公開日2004年6月2日 申請日期2003年10月24日 優先權日2002年10月24日
發明者D·M·弗爾諾, D M 弗爾諾 申請人:馬爾斯公司