新型自助智能保險柜的優化與應用

巫文強

摘要

隨著科技的發展和一些行業應用管理的需求，比如高速公路、加油站、超市等需要收取的現金比較多，在人員交班存放上面存在安全管理的問題，現有保險柜的功能不能滿足這些需求。因此，我們設計出一種基于網絡控制一體的自助智能保險柜。該保險柜利用現代網絡技術與先進的智能微型計算機電控系統相結合，可以實現存款人員的身份識別、收款數據統計、遠程管理、遠程監控、報表打印等功能，極大的保障了收繳現金的安全。

【關鍵詞】智能控制 遠程管理 自助 安全

1 引言

本文提出一種結合現代計算機網絡與微型計算機MCU、電機自動化控制相結合的一款自助智能保險柜，通過身份識別、信息上傳、遠程管理來達到管理現金安全的目的。

2 特點

自助：該智能保險柜放置于辦公室、財務室、票據室等公司內部的公共場所，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，同時操作數據本機和遠端服務器同時保存和備份，避免了數據的丟失。

遠程管理：管理者在遠端辦公室就可以查詢員工的繳款明細，可形成報表，分析統計，打印等操作，同時可監控到設備的狀態.遠程開啟關閉設備。

安全：該智能保險柜采用門板厚度達到國家公安部要求，采用德國進口旋轉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構成

3.1 外形結構組成

外形結構圖由機柜、攝像頭、顯示器、打印機、讀卡器、金屬鍵盤、投放口、旋轉密碼鎖、機械鎖、投放口擋板等組成。

根據《人體工程學》設計，自助智能保險柜適合1.5m到1.8m的人群使用。

3.2 電路系統結構組成

電路系統可分為工控機系統和MCU控制系統。工控機系統由遠程服務器、顯示器、讀卡器、攝像頭、打印機等構成。MCU控制系統由快捷按鍵、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協議向遠程服務器上傳數據，電動骨輪在MCU控制系統的控制下打開與關閉，安全傳感器時刻監測用戶的安全，落包傳感器檢測存款包是否己掉落存款金庫。

4 軟件的設計方案

本系統上，計算機的操作系統為WindowsXP，開發語言采用C#，數據庫為MicrosoftAccess，身份的識別方式有工號+密碼、身份IC卡等方式登錄.軟件的設計功能有：

【投包操作】操作人員交班進行繳款投包

【IC卡寫卡】錄入新的身份IC卡，通過IC卡進入操作

【收費員管理】對收費員的工號、密碼、姓名等信息進行添加、刪除和修改

【數據源設置】設置機器是單機使用還是聯網使用

【串口設置】設置通訊的串口號

【打印設置】設置本機是否要打印憑條

【查詢統計】按工號、日期、時段等方式查詢和統計繳款信息數據

MCU控制系統中，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，可錄入相關繳款數據后，自助智能保險柜的投包口自動打開，操作者將準備好的存款包入入投包口，按【確認】按鍵后，繳款包自動落入保險金庫。

5 電機驅動電路的設計方案

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

電機驅動電路主要控制信號有電機轉向控制信號DIR，電機轉速控制信號PWM，Vl為驅動邏輯電路部分提供電源;V2和V3為電機驅動電源，采用雙電源供電。在大功率驅動系統中，將控制電路與驅動電路電氣隔離，減少驅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，分別驅動H橋上下臂，再驅動直流電機，實現對電機控制。

直流電機驅動采用H型全橋式電路，這種驅動電路方便實現直流電機的四象限過行，分別對應正轉、正轉制動、反轉和反轉制動。組成H橋驅動電路的4只開關管工作在斬波狀態，Sl，S4為1組，S2，S3為1組，這2組狀態互補，當1組導通時，另1組必須截止。當Sl，S4導通時，S2，S3截止，電機兩端加正向電壓實現電機的正轉或反轉制動;當Sl，S4截止，S2，S3導通時，電機兩端為反向電壓，電機反轉或正轉制動。

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導通且S2，S3截止，到Sl，S4截止且S2，S3導通這2種狀態間轉換。這種情況理論上要求2組控制信號完全互補。但由于實際的開關器件都存在導通和截止時間，絕對互補控制會導致上下臂直通短路。為避免直通短路且保證各個開關管動作的協同性和同步性，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時間，這個校正過程既可通過硬件實現，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，在電路中可增加4個續流二極管Dl-D4，為電機線圈繞組提供續流回路。

6 安全性的設計方案

6.1 操作安全的保護方案和措施

在操作安全的保護措施上，采取了以下幾種措施：

（1）在投放口增設了一對紅外對射傳感器，當操作人員的手未離開安全區時，紅外對射傳感器被擋，設備停止工作，當遮擋超過1

分鐘時，設備發出聲音報警提示。

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，當這對傳感器出一故障，整個系統將停止使用，保護操作者的安全。在傳感器自檢程序的設計上，每一分鐘CPU切斷ULN2003的輸入，從而切斷傳感器發射端的電源，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。電機過流保護是針對電動機的峰值電流檢測及保護電路通過檢測流入電動機的電流來保護電機，方案用采樣/保持峰值電路，通過數據鎖存控制電路鎖存峰值的數字量，由反饋信號、放大器、采樣、A/D轉換、電機保護電路、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，節能環保安全。

（4）投放口增設擋板。增設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，配鐵片定位片可實現定位功能。當觸發點旋轉到輕觸開關的壓片時，輕觸開關閉合，輸入低電平給MCU，停止DC24V直流電機的轉動。在防盜上面，整個骨輪采用雙筒設計，外筒固定，內筒旋轉，投放口與保險金庫完全隔離。

參考文獻

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

[2]王萬森.面向對象規則庫設計的研究[J].計算機研究與發展，1996，33; 2-3.

[3]柴春雷，人體工程學（第二版）2016.

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

[5]林立，張俊亮.單片機原理及應用[M].電子工業出版社，2014.

[6]張青，宋世軍，張瑞軍，工程機械概論[M].化學工業出版社，2016.