户外核验一体机系统设计

刘 冰 牟岳泰

（公安部第一研究所，北京100048）

0 引言

近年来，电气设备都朝着功能模块化、集成化、一体化方向发展，一体机产品集成度较高，兼具多种使用功能，因此，各功能模块的兼容性、使用环境同一性成为衡量产品性能的重要指标。

该户外核验一体机是我所为某业务单位定制的一款高集成化产品，用于对特定群体进行身份及票据核验。与一般一体机相比，该核验一体机最大的使用特点是全天候工作在户外环境中。因此，如何保证核验一体机在各种天气条件下正常工作，成为此项目的重点和难点。

1 户外核验一体机功能概述

该核验一体机的系统功能为：放置在场馆入口处，对需要进入场馆的人员进行身份与票据核验，并利用提示灯光提示是否通过验证，对于未通过验证的人员，会进行语音提示。

身份验证功能集成了二代证阅读功能和护照阅读功能两部分，票据验证是通过条码阅读器对票据上的条形码进行识读，然后将身份信息和票据信息通过后台系统进行核验，并通过灯光提示区对核验结果进行显示。

2 户外核验一体机应用设计

首先，核验一体机作为集成度较高的电气设备，使用安全性、环境适应性、工作可靠性及运行稳定性是考量系统设计是否成功的重要标准。其次，在保证设备功能正常、性能稳定的前提下，进行简便直观的人性化设计，不仅便于现场用户使用，更有助于日常操作和日后维护。

户外核验一体机作为一款户外应用的电气设备，除一般电气设备的安全要求外，由于外界自然环境、天气情况的影响，对于防雷击、防漏电等用电安全问题应有更完善的解决方案。

户外式设备的使用环境较一般电气设备更为恶劣，最高的环境温度约为45℃、最低的环境温度约为－20℃，并且户外环境会出现雨、沙尘、冰、雪、霜等恶劣天气，相对湿度较大，太阳的辐射也较强烈，同时还要承受空气中含有的一些化学腐蚀介质的侵袭。因此，户外用设备通常在具有防潮、防轻微腐蚀性能的同时，其外壳对防尘、防水性能也有较高要求，外壳的设计、表面的涂料都应考虑太阳直晒和材料老化的影响。

核验一体机集成了二代证阅读、护照阅读、条码识别、指示灯显示、语音提醒、开关按钮6个功能模块，属集成度较高的一体机。每一个功能模块都有自己的工作环境的温度和湿度要求，只有每个模块都正常工作，一体机才能正常工作，因此，一体机内部必须满足各功能模块的工作环境要求。户外环境变化无常，为保证一体机的正常工作，必须为机体加装温度控制系统，保证机柜内的温度环境满足各功能模块的要求。

2.1 防雷击防漏电设计

该核验一体机露天户外使用，在进行身份及票据验证时，使用人群必然会接触到一体机功能模块和外壳，因此必须做到防漏电和防雷击，以保证人身和设备的安全。

第一，核验一体机外壳采用钣金件制作完成，并在机壳外表面喷涂一定厚度的耐晒耐磨损涂料，不仅保护了核验一体机外壳，也使得整个造型实用美观，更为重要的是涂料起到了绝缘的作用，避免了机柜内设备意外漏电情况下对人身造成伤害，同时也避免了户外遇雷击情况下对核验一体机各功能模块造成损坏；第二，设备外壳采用多点接地，并保证接地电阻足够小，若设备意外漏电或受到电击，可将电流直接导入大地，保证操作人员的人身安全和核验一体机设备不受侵害；第三，设备供电系统经过特殊设计，具有漏电保护和浪涌保护功能，在意外漏电或遭受雷击情况下，供电系统将主动断开电源，避免大电流对电气设备造成损坏；第四，设备机柜内装有熔断器，保证机柜内用电量的稳定，当有意外情况使得输出电流超过限值时，熔断器则自动断开电路，从而保证使用人员的人身安全和设备的使用安全。

2.2 防雨防尘设计

户外环境气候多变，风沙、暴雨、雨雪等恶劣天气时有发生。因此，核验一体机的外壳防护设计必须达到相应要求和标准，才能保证设备在户外环境中不受破坏。

首先，考虑到雨雪天气时，路面会有积水情况，因此在设计之初就保证机柜内200mm位置以下无任何电气设备，这样，即使在200mm水深情况下，核验一体机内部电气设备也不受影响；其次，核验一体机并非密闭设计，若核验一体机进水，会影响机柜内环境湿度，有可能对设备造成损坏。因此，在核验一体机底部采用导流设计，如有雨水经开放的通风窗进入机柜内部，可通过机柜底部的导流槽流出，保证机柜内无任何积水现象；第三，由于使用环境的特殊性，为核验一体机专门设计了具有防刀刺、防紫外线和防水作用的防护罩，在特殊情况下对设备起到保护作用。经测试，核验一体机的外壳防护等级达到了IP55标准。

2.3 温度调节设计

由于户外工作环境恶劣，冬季雨雪天气温度低至－20℃，夏季高温可达40℃、地表温度更高达60℃，为保证一体机正常工作，必须在机柜内加装温控系统，实时调节一体机内部温度，保证满足各功能模块的工作温度要求。

首先，在设备内部集成一套温度控制系统。该温控系统由温度控制器、加热器和散热风扇组成。温控器设有高温、低温2个控制点，该控制点的设定取决于各功能模块中最严苛的工作温度要求，因此将工作温度设置为0～45℃。当机柜内部温度低于0℃时，加热器启动工作，对机柜内环境进行加热，当内部温度加热到5℃后，加热器自动切断；当机柜内部温度高于45℃时，散热风扇开始运转，强制通风降温，当内部温度降低到40℃后，风扇停止运转。这套温控系统可保证机柜的环境温度维持在设置的工作温度范围内，从而保证核验一体机的正常工作状态。其次，为配合温控系统工作，在设备内部紧贴外壁处，附着10mm厚的保温层，最大程度保障机柜内的工作温度。

经摸底测试，在－10～50℃环境下，核验一体机功能正常。温控系统电路接线图如图1所示。

图1 温控系统电路接线图

3 人性化设计

户外核验一体机是面向大众的应用型设备，友好、简单、直观的使用操作体验对于使用者是十分重要的。

为最大程度便于用户使用，在核验一体机表面，将二代证阅读功能区和护照阅读功能区分开，并用丝印注明各功能区信息，使用户在实际操作使用时对各功能区作用一目了然，大大提高了核验一体机的使用便利性。更人性化的设计体现在将票据核验功能模块设计在了机身的内侧，并调试了条码阅读器的阅读距离，在实际使用过程中，用户只需将票面条码区贴到机身，即可对票据信息进行核验，解决了用户不易掌握条码识读位置的问题。同时，核验一体机设计有灯光提示区，该区域设计鲜明醒目，用于显示核验结果：当身份及票据信息核验通过时，灯光提示区显示绿色常亮箭头；当身份及票据核验不通过时，灯光提示区显示红色闪烁叉，同时伴有语音提示，用以提醒工作人员进行人工核验。这样就缓解了现场工作人员的压力，又提高了通行速度。

4 结语

目前，该核验一体机已交付用户处使用15个月。经用户现场实际使用验证，户外核验一体机的功能满足设计要求，在户外环境运行安全可靠。该户外核验一体机的投入使用，不仅降低了现场工作人员的工作强度和工作压力，还大大提高了场馆人员核验的工作效率。进而，工作人员可通过后台系统，对进入场馆的人员信息进行管理和分析，推进了场馆管理和应用的电子化进程。以往，人工核验无法对个人信息进行甄别，最多只能维持一下现场秩序。如今，户外核验一体机为监管重复进馆、使用他人身份信息或票据信息进馆和破坏现场秩序等不当行为提供了有力的技术保障。

我所研制的户外核验一体机经前期的开发测试、现场试运行到最终的用户投入使用，一切进程均得到了用户方的一致认可。