智慧車匙保管器的結構設計

劉棟超 周中華 梁健華 吳來毅

（廣東電網有限責任公司江門新會供電局，廣東 江門 526100）

0 引言

車輛作為運輸工具與交通工具，在供電所的日常工作中占據十分重要的地位，因此車匙保管工作也十分重要。現有的車匙保管措施為人力保管，工作人員需要在紙質登記表上記錄當天出勤的信息，登記回場里程數，并交換車匙至收納盒。人力保管車匙不僅工作效率低，耗費人力資源，而且安全性差，無法有效追蹤到個人，容易造成車匙亂放行為。另外，當前背景下對生產用車的廉潔管理要求越來越嚴格，防范員工公車私用、酒駕醉駕越來越重要。

為達到安全有效管理生產用車，嚴格規范用車申請和登記手續，及時登記回場記錄，從源頭上管控廉潔風險的目的，本文計劃設計一種智能化的車匙保管器。

當前，信息技術高速發展，生物識別技術尤其是指紋識別技術快速普及。指紋識別技術自出現以來，經歷了快速迭代，展現了廣闊的應用前景[1]。指紋認證識別的實現是基于指紋圖像的匹配算法[2]，結合指紋識別應用的趨勢，有研究者設計了一種基于指紋識別技術的智能儲物柜，代替廣泛應用的條形碼儲物柜，既節省了紙張，又提高了儲物的安全性[3]。本文結合以上研究，采用指紋識別技術實現智慧車匙保管器的身份識別功能，做到專取專用、智能記錄。

1 總體設計路線

智慧車匙保管器采用三維專業繪圖軟件進行機械結構設計，采用鋼材作為保管箱主體進行加工安裝，利用工業控制計算機作為中樞，采用傳感器技術進行信息采集，基于編程系統實現記錄指紋信息和用車信息的功能。

智慧車匙保管器在設計結構時要合理安排各部件位置，在節省材料的同時實現空間利用率最大化，解決同時保管多把車匙的問題，與此同時，利用工控機作為控制中樞，實現柜門的開關與記錄功能。

保管器主體為長方體，長1 140 mm，寬250 mm，高335 mm，其中液晶顯示屏大小為225 mm×185 mm。單個柜門大小為150.5 mm×167 mm，單排數量5個，上下兩排共計10個車匙保管倉，每個車匙保管倉深度為250 mm，內部有控制柜門開啟的鎖控和保存車匙的懸掛單元。保管器頂部設計有3個打孔機構，方便上墻懸掛。智慧車匙保管器背部結構設計采用下翻門，背部預留空間進行走線通信、控制聯動等。

智慧車匙保管器的整體結構可以分為機械結構和電路控制結構兩部分。其中，機械結構包括三部分：保管器箱體、車匙保管倉、聯動機構；電路控制結構包括線束、工控機、液晶顯示屏、指紋識別模塊、控制主板、開關量輸入信號采集器。

1.1 機械結構

車匙保管器要實現保管車鑰匙、控制保管倉開關、記錄取用信息的功能，需要配合控制器進行設計。為合理放置各個元件，預先采用設計軟件繪制圖紙，確保各元件不互相干涉，如圖1所示。

圖1 智慧車匙保管器機械結構

機械結構主體部分為鋼制、長方體狀的保管器箱體，可以分為左右兩個部分。左邊上部放置液晶顯示屏，下部安裝指紋識別模塊，內部安裝工控機、控制主板、開關量輸入信號采集器；右邊分為上下兩排共計10個車匙保管倉，每個保管倉都有單獨的柜門。

聯動機構由兩部分組成，如圖2所示，即鎖控單元和懸掛單元，分別控制相應車匙保管倉門開啟和車匙狀態的檢測。

圖2 車匙保管倉聯動機構

鎖控單元的設計參考文獻[4]，利用電磁感應原理，當給對應保管倉柜門施加電信號時，電流流過線圈產生磁場，將鎖止機構收回，打開柜門。懸掛單元利用車匙本身重力，車匙懸掛時機構受重力影響處于下位，車匙取出時機構自動復歸上位，將兩種狀態通過開關量輸入信號采集器轉化為電信號，達到檢測車匙狀態的目的。

1.2 電路控制結構

智慧車匙保管器控制中心采用工業控制計算機，使用220 V交流電源驅動。工控機是專門為工業領域設計的計算機，采用總線結構，除了具有CPU、硬盤、內存、接口，還有專門的操作系統、控制網絡和協議，廣泛應用于工業領域[5]。液晶顯示屏采用電容式觸摸屏，與工控機進行連接，作為工控機輸入設備和顯示設備，進行人機交互。指紋識別模塊采用AS608半導體指紋識別模塊[6]，該模塊具有識別速度快、準確性高、價格低等優點，采用單口RS232接口與工控機進行連接通信?？刂浦靼宀捎肦S485電鎖控制板，該主板通常用作超市、快遞寄存柜控制主板，通過給鎖控單元傳遞信號，控制保管倉柜門的開啟；開關量輸入信號采集器采用RS485電壓電流模擬量采集模塊，與懸掛單元結合，將車匙狀態轉化為電壓/電流信號，反饋工控機保管倉內部車匙狀態信息。指紋識別、控制主板、開關量輸入信號采集器由24 V開關電源進行驅動。

智慧車匙保管器電路控制結構如圖3所示，通過工控機進行編程可以實現統一保管、屏幕交互、專取專用、數據采集與信號傳輸、智能記錄等功能。

圖3 智慧車匙保管器電路控制結構

2 功能實現

2.1 統一保管

供電所所有公車鑰匙由車匙保管器進行統一保管，存放在固定位置，避免車匙丟失、隨意取用等問題的發生。同時，車匙保管器采用堅固的鋼材制成，可以有效預防盜竊、破壞等情況的發生。車匙保管器統一保管后，安全性大大提高，減輕了工作人員負擔。

2.2 屏幕交互

液晶顯示屏可以進行觸摸輸入，進行指紋識別認證身份信息后，屏幕顯示的界面如圖4所示，包括姓名、時間、車牌號碼，點擊對應車牌號碼可以觸發保管倉柜門開啟。另外，通過顯示屏還可以查詢車匙使用記錄、車匙狀態是否在線等。

圖4 液晶顯示屏界面

2.3 專取專用

通過編寫程序代碼使每個保管倉編號與液晶顯示屏中的車牌號碼一一對應，在取用車匙的時候點擊需要使用的車牌號碼，只打開對應的柜門，避免胡亂取用。在歸還車匙時，同樣的操作可以避免歸還位置錯誤，并且保管倉內部可對車匙狀態進行檢測。在“專取、專用、專還”的閉環流程下，管控方便，保管出錯的概率大大降低。

2.4 數據采集與信號傳輸

用戶在液晶顯示屏選擇登錄后，通過指紋識別模塊采集用戶指紋，信號通過接口發送給工控機，通過對比指紋找出用戶姓名；當用戶通過液晶顯示屏輸入取匙信號后，對應的車匙編號信息傳遞給工控機，并記錄當前的車匙編號；工控機通過接口將信號傳輸給控制主板，控制主板控制鎖控單元開鎖；用戶取用鑰匙后，懸掛單元與開關量數據采集器采集車匙取用狀態，將信號傳回工控機，工控機判斷取匙是否成功，并記錄取用信息。

車匙保管器判斷邏輯與信號傳輸路徑如圖5所示，按照此判斷邏輯編寫運行于工控機操作系統的應用程序。

圖5 車匙保管器判斷邏輯

2.5 智能記錄

工控機在后臺記錄用戶的身份信息、使用車匙編號、取用時間、歸還時間，生成表格供管理員查看，對每個環節進行記錄，相比人力保管更加方便、快捷、智能。同時，若取用人48 h內沒有及時歸還車匙，車匙保管器會發出警告音提醒管理員查看。

3 結語

本文設計了一種智慧車匙保管器，實現了車匙統一保管、專取專用、屏幕交互、智能記錄取用信息等功能。智慧車匙保管器創新性地使用指紋識別技術作為身份認證手段，工控機作為車匙保管器中樞，在程序代碼的幫助下，與其他單元聯動配合，軟硬件結合，解決了人力保管車匙存在的問題。

智慧車匙保管器的研制具有多重意義：首先，在制作環節上保證質量、工藝優良，具有安全實用的保管效果；其次，提高了生產車輛管理的工作效率，更能降低車匙管理人員的工作強度；然后，能夠準確記錄車匙的領取與歸還時間節點，從而與車輛管理系統中的申請用車記錄進行充分的數據對比，提高了車輛安全管理的可靠性；最后，可防止因車匙保管人員工作疏忽大意發生員工隨意公車私用的行為。