基于树莓派的自动售货机安保系统

2018-01-09李根赵锦

电脑知识与技术 2017年34期

李根+赵锦

摘要：鉴于树莓派具有处理能力强、运算速度快、超低功耗和片上资源丰富等特点，本文设计了基于树莓派的自动售货机安保系统。该系统既可以监测暴力破坏盗窃行为也可以监测技术开锁盗窃行为。当系统监测到盗窃信息时，拨打管理人员电话，启动现场报警装置，同时将被盗信息和现场图片上传给上位机，工作人员根据上位机上的信息进行相应处理。该系统功能完善，能实现自动售货机的安防功能，具有较高的实用价值。

关键词：自动售货机；技术开锁盗窃；暴力破坏盗窃；树莓派；远程操控

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）34-0037-04

Abstract： In this paper， vending machine security system Based on Raspberry Pi was designed because Raspberry Pi has some advantages such as strong processing ability， fast operation speed， low power consumption and rich resources on chip et. The system can detect the stealing information that was produced by violent destruction or unlocking by technical means. When the system detects any stealing information it will phone the manager， start the alarm device， and send the stolen information and the on-site photographs to the host computer. The manager can carry out corresponding treatment according to the information accepted by the host computer. This system can realize the vending machine security function， in which the practical value of this design is well exhibited.

Key words： vending machine；crime of unlocking by technical means；crime of violent destruction；Raspberry Pi；remote control

随着人工智能的发展，自动售货机由于节省人力成本，摆放位置不限，使用方便等优点，受到了运营商和消费者的一致青睐。目前在医院、学校、地铁站、公园、街边等公共场所都有自动售货机的身影，可以说自动售货机已经成为现代生活的一部分。但由于无人值守，自动售货机经常会发生打砸等暴力破坏以及技术开锁盗窃事件，让运营商苦不堪言。通过智能控制系统对现场的盗窃信号进行采集并通过无线网络向后台管理人员发送信息可以很好地解决这一问题。但目前的盗窃信号采集主要集中在暴力打砸进行的盗窃，针对技术开锁进行的盗窃研究较少[1，2]，且使用的主控中心多为单片机，硬件安装和操作都比较麻烦[3，4]；管理人员接收被盗信号时，无法进行远程控制，因此如果发现误报警，无法直接关闭现场报警装置，即便是真的有盗窃行为发生，也不能第一时间进行处理。

通过以上分析，我们开发了基于树莓派的自动售货机安保系统。该系统的优点在于采用树莓派3代 B+作为主控中心，相比于单片机或者DSP的片上编程，树莓派可以运行Linux或者windows系统，具有处理能力强、运算速度快、超低功耗和片上资源丰富等特点，具有明显的优势[5，6]。另外本系统既可以监测暴力破坏盗窃行为也可以监测技术开锁盗窃行为，并能通过现场报警装置和后台管理人员的处理及时终止盗窃行为。该系统智能程度高，安全可靠，可全方位保护自动售货机的安全，因此该技术具有很大的商业潜力。

1 系统总体设计及原理

该系统包括现场中控端和上位机远程监控端两部分，现场中控端包括信号采集模块、主控中心模块、SIM模块、现场报警模块，其中主控中心模块里包括了盗窃信号识别模块和无线模块。上位机远程监控端包括手机端和PC端。

信号采集模块包括振动传感器阵列、磁力开关和摄像头。振动传感器阵列用于采集售货机受到撞击时产生的振动信号。振动传感器使用高灵敏震动传感器SW-1801P报警感应模块，在本设计中由于要求对于振动传感的准确性，所以不能使用单个传感器，要使用多个传感器进行组网，组成一个传感器阵列，来监测自动售货机不同部位的振动强度。磁力开关用于采集门被打开时产生的电信号，磁力开关模块所用的传感器的原理非常简单，通过感应磁场的有无，输出不同的信号。当在传感器位于磁场的范围内，一直输出高电平的信号，当传感器离开磁场，则输出低电平的信号，所以我们通过监测传感器输出的信号，来间接监测门是否打开。摄像头用于采集现场的图像。

盗窃信号识别模块对采集来的信号进行识别，来确定是否存在暴力破坏盗窃行为或技术开锁盗窃行为。振动传感器仲裁机制用于识别是否存在暴力破坏盗窃行为，传感器仲裁机制根据不同位置的振动传感器振动信号有不同的加权值对所采集的振动信号进行分析，当这些传感器阵列采集到的振动信号加权后的值超过警戒值，传感器仲裁机制，将其判定为暴力破坏盗窃行为。身份识别模块用来识别是否存在技术开锁盗窃行为，在树莓派这一端，我们在Python上设定全局变量，身份认证标识位，这个变量只有在接受上位机正确的命令的时候才能被使能。当识别到售货机的门被打开，树莓派就会扫描该标识位，如果这个位被使能了，那么树莓派不会报警，如果这个位未被使能，树莓派就会发生報警行为。

主控中心接收到信号识别模块上传的盗窃信号后发出报警指令，启动SIM模块拨打后台管理人员的电话，同时进行现场报警闪光灯报警，并通过无线网络将现场图片上传给上位机。

上位机远程监控端包括手机端和PC端，后台管理人员接到主控中心打来的电话，在上位机通过无线网络调取现场图片信息并进行远程管理，实现对自动售货机的远程操控。

2 系统硬件设置

2.1 磁力开关

如图2所示，磁力开关有三个接口，一个是VCC，一个为GND，另一个为OUT，是输出信号。树莓派给磁力开关供电，并通过树莓派上的GIOP接口从磁力开关的OUT口得到门的开、关信号。图3为磁力开关与树莓派的接线图。

2.2 振动传感器阵列

振动传感器使用高灵敏振动传感器SW-1801P报警感应模块，该传感器使用监测方式依然设定GPIO口为输入模式。由于要求对于振动传感的准确性，所以不能使用单个传感器，在这里共使用四个振动传感器组成阵列。如图4所示振动传感器一共需要用3个引脚，需要给定5V的电源，另一端为信号输出，原理同磁力开关传感器。四个振动传感器与树莓派的接线如图5所示。

2.3 报警闪光灯及继电器模块

为了控制报警闪光灯我们引入继电器模块，当我们的树莓派给出报警信号，继电器模块，会让电路连通，报警灯开始工作，当我们的树莓派没有给信号，电路一直处于断开状态，报警灯没有电就不工作。

我们把继电器和报警灯组合起来，然后从继电器中引出一根信号线接到树莓派上面，树莓派可以通过一根信号线来控制报警灯的通断了。

2.4 摄像头模块

本系统采用有线的具有CSI接口的摄像头来实现图像信息的采集，树莓派上设置有CSI接口，摄像头可通过该接口直接与树莓派相连。图7为摄像头模块的实物图。

2.5 声音播放设备

声音播放，就如同我们的音响，也是直接插在樹莓派的音频接口即可，树莓派的硬件上集成了声卡，并自带声卡驱动。

2.6 SIM模块的硬件设计

SIM模块如图8所示，从图中可以看出，SIM模块通过串口进行通信，所以在树莓派上面还需要增加一个USB转串口的工具。然后树莓派通过USB和串口相连，我们通过串口协议发送数据给AT指令给SIM模块，让SIM模块，拨打电话，发短信，挂断电话等等。

3 软件关键技术和流程设计

3.1 磁力开关的软件设计

图9为磁力开关开门和关门时信号输出的信号抓取，在中线处可以信号显示出一个上升沿，我们在软件中抓取这个上升沿，即可监测门是否被打开。