新型自助智能保險柜的優(yōu)化與應(yīng)用

巫文強

摘要

隨著科技的發(fā)展和一些行業(yè)應(yīng)用管理的需求，比如高速公路、加油站、超市等需要收取的現(xiàn)金比較多，在人員交班存放上面存在安全管理的問題，現(xiàn)有保險柜的功能不能滿足這些需求。因此，我們設(shè)計出一種基于網(wǎng)絡(luò)控制一體的自助智能保險柜。該保險柜利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與先進(jìn)的智能微型計算機電控系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)存款人員的身份識別、收款數(shù)據(jù)統(tǒng)計、遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、報表打印等功能，極大的保障了收繳現(xiàn)金的安全。

【關(guān)鍵詞】智能控制 遠(yuǎn)程管理 自助 安全

1 引言

本文提出一種結(jié)合現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)與微型計算機MCU、電機自動化控制相結(jié)合的一款自助智能保險柜，通過身份識別、信息上傳、遠(yuǎn)程管理來達(dá)到管理現(xiàn)金安全的目的。

2 特點

自助：該智能保險柜放置于辦公室、財務(wù)室、票據(jù)室等公司內(nèi)部的公共場所，員工下班繳款或交接等可自助完成操作。

智能：該智能保險柜區(qū)別于一般保險柜，采用了攝像頭、金屬防爆鍵盤、lC卡讀寫器等方式識別用戶的身份，同時操作數(shù)據(jù)本機和遠(yuǎn)端服務(wù)器同時保存和備份，避免了數(shù)據(jù)的丟失。

遠(yuǎn)程管理：管理者在遠(yuǎn)端辦公室就可以查詢員工的繳款明細(xì)，可形成報表，分析統(tǒng)計，打印等操作，同時可監(jiān)控到設(shè)備的狀態(tài).遠(yuǎn)程開啟關(guān)閉設(shè)備。

安全：該智能保險柜采用門板厚度達(dá)到國家公安部要求，采用德國進(jìn)口旋轉(zhuǎn)密碼鎖和機械鑰匙鎖，通過了公安部的檢測，安全級別高于一般保險柜。

3 新型自助智能保險柜系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 外形結(jié)構(gòu)組成

外形結(jié)構(gòu)圖由機柜、攝像頭、顯示器、打印機、讀卡器、金屬鍵盤、投放口、旋轉(zhuǎn)密碼鎖、機械鎖、投放口擋板等組成。

根據(jù)《人體工程學(xué)》設(shè)計，自助智能保險柜適合1.5m到1.8m的人群使用。

3.2 電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

電路系統(tǒng)可分為工控機系統(tǒng)和MCU控制系統(tǒng)。工控機系統(tǒng)由遠(yuǎn)程服務(wù)器、顯示器、讀卡器、攝像頭、打印機等構(gòu)成。MCU控制系統(tǒng)由快捷按鍵、落包傳感器、電動骨輪、安全傳感器等組成，工控機通過RS232接口與MCU控制板通訊，MCU控制系統(tǒng)控制電動骨輪、安全傳感器、快捷按鍵、落包傳感器等。工控機通過TCP/IP協(xié)議向遠(yuǎn)程服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)，電動骨輪在MCU控制系統(tǒng)的控制下打開與關(guān)閉，安全傳感器時刻監(jiān)測用戶的安全，落包傳感器檢測存款包是否己掉落存款金庫。

4 軟件的設(shè)計方案

本系統(tǒng)上，計算機的操作系統(tǒng)為WindowsXP，開發(fā)語言采用C#，數(shù)據(jù)庫為MicrosoftAccess，身份的識別方式有工號+密碼、身份IC卡等方式登錄.軟件的設(shè)計功能有：

【投包操作】操作人員交班進(jìn)行繳款投包

【IC卡寫卡】錄入新的身份IC卡，通過IC卡進(jìn)入操作

【收費員管理】對收費員的工號、密碼、姓名等信息進(jìn)行添加、刪除和修改

【數(shù)據(jù)源設(shè)置】設(shè)置機器是單機使用還是聯(lián)網(wǎng)使用

【串口設(shè)置】設(shè)置通訊的串口號

【打印設(shè)置】設(shè)置本機是否要打印憑條

【查詢統(tǒng)計】按工號、日期、時段等方式查詢和統(tǒng)計繳款信息數(shù)據(jù)

MCU控制系統(tǒng)中，采用Microchip公司的14位中檔單片機PIC16F77，通過金屬鍵盤或身份IC卡識別身份，身份通過后，可錄入相關(guān)繳款數(shù)據(jù)后，自助智能保險柜的投包口自動打開，操作者將準(zhǔn)備好的存款包入入投包口，按【確認(rèn)】按鍵后，繳款包自動落入保險金庫。

5 電機驅(qū)動電路的設(shè)計方案

電機的驅(qū)動主要考慮過壓、過流、過載、短路的保護(hù)，功能上要求電機可以正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、過流停止保護(hù)、過載停止保護(hù)等。

電機驅(qū)動電路主要控制信號有電機轉(zhuǎn)向控制信號DIR，電機轉(zhuǎn)速控制信號PWM，Vl為驅(qū)動邏輯電路部分提供電源;V2和V3為電機驅(qū)動電源，采用雙電源供電。在大功率驅(qū)動系統(tǒng)中，將控制電路與驅(qū)動電路電氣隔離，減少驅(qū)動電路對其它電路干擾，邏輯運算后的控制信號通過光電隔離和放大后，分別驅(qū)動H橋上下臂，再驅(qū)動直流電機，實現(xiàn)對電機控制。

直流電機驅(qū)動采用H型全橋式電路，這種驅(qū)動電路方便實現(xiàn)直流電機的四象限過行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)制動。組成H橋驅(qū)動電路的4只開關(guān)管工作在斬波狀態(tài)，Sl，S4為1組，S2，S3為1組，這2組狀態(tài)互補，當(dāng)1組導(dǎo)通時，另1組必須截止。當(dāng)Sl，S4導(dǎo)通時，S2，S3截止，電機兩端加正向電壓實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動;當(dāng)Sl，S4截止，S2，S3導(dǎo)通時，電機兩端為反向電壓，電機反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。

實際控制中，需要不斷使電機在4個象限之間切換，也即在Sl，S4導(dǎo)通且S2，S3截止，到Sl，S4截止且S2，S3導(dǎo)通這2種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。這種情況理論上要求2組控制信號完全互補。但由于實際的開關(guān)器件都存在導(dǎo)通和截止時間，絕對互補控制會導(dǎo)致上下臂直通短路。為避免直通短路且保證各個開關(guān)管動作的協(xié)同性和同步性，2組控制信號理論上要求互為倒相，而實際必須相差一個一定長的死區(qū)時間，這個校正過程既可通過硬件實現(xiàn)，即在上下橋臂的2組控制信號之間增加延時，也可通過軟件實現(xiàn)，在電路中可增加4個續(xù)流二極管Dl-D4，為電機線圈繞組提供續(xù)流回路。

6 安全性的設(shè)計方案

6.1 操作安全的保護(hù)方案和措施

在操作安全的保護(hù)措施上，采取了以下幾種措施：

（1）在投放口增設(shè)了一對紅外對射傳感器，當(dāng)操作人員的手未離開安全區(qū)時，紅外對射傳感器被擋，設(shè)備停止工作，當(dāng)遮擋超過1

分鐘時，設(shè)備發(fā)出聲音報警提示。

在傳感器的選型上，采用國際知名品牌歐姆龍的E3Z-T61，MCU時刻監(jiān)測這對傳感器的信號，并且采取了一分鐘輪檢一次的方法，當(dāng)這對傳感器出一故障，整個系統(tǒng)將停止使用，保護(hù)操作者的安全。在傳感器自檢程序的設(shè)計上，每一分鐘CPU切斷ULN2003的輸入，從而切斷傳感器發(fā)射端的電源，然后檢測接收端輸出電平的變化，從而判斷傳感器是否正常。在接收傳感器信號的輸入設(shè)計上，采用IN4148作隔離二極管，通過HC14作波形整合后輸入到CPU作處理，能有效的起到信號的抗干擾作用。

（2）限流。電機過流保護(hù)是針對電動機的峰值電流檢測及保護(hù)電路通過檢測流入電動機的電流來保護(hù)電機，方案用采樣/保持峰值電路，通過數(shù)據(jù)鎖存控制電路鎖存峰值的數(shù)字量，由反饋信號、放大器、采樣、A/D轉(zhuǎn)換、電機保護(hù)電路、譯碼顯示等組成。

（3）低功率電機。在電機的選型上精心挑選，采用低功率電機，確保在電路失控的情況下，電機滿載不會傷及到使用者，節(jié)能環(huán)保安全。

（4）投放口增設(shè)擋板。增設(shè)透明有機玻璃擋板的目的是為防止操作者的手、衣物等不小心被內(nèi)滾筒夾住，擋板利用重力的作用，在使用完成后自動蓋好投放口。

6.2 投放口模塊的定位設(shè)計方案

投放口模塊的功能有：投包定位、落包定位、防盜，采用DC24V直流電機控制，投放口模塊在MCU的控制下旋轉(zhuǎn)運動，有兩個位置需要停止，投包口位置和落包口位置，采用日本歐姆龍的輕觸開關(guān)，配鐵片定位片可實現(xiàn)定位功能。當(dāng)觸發(fā)點旋轉(zhuǎn)到輕觸開關(guān)的壓片時，輕觸開關(guān)閉合，輸入低電平給MCU，停止DC24V直流電機的轉(zhuǎn)動。在防盜上面，整個骨輪采用雙筒設(shè)計，外筒固定，內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)，投放口與保險金庫完全隔離。

參考文獻(xiàn)

[1]金聰，郭京蕾，人工智能原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009. 3.12-16.P20-27.

[2]王萬森.面向?qū)ο笠?guī)則庫設(shè)計的研究[J].計算機研究與發(fā)展，1996，33; 2-3.

[3]柴春雷，人體工程學(xué)（第二版）2016.

[4]（美）克里斯南，永磁無刷電機及其驅(qū)動技術(shù)[M]，機械工業(yè)出版社，2013.

[5]林立，張俊亮.單片機原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[6]張青，宋世軍，張瑞軍，工程機械概論[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2016.