新型自助智能保险柜的优化与应用

巫文强

摘要

随着科技的发展和一些行业应用管理的需求，比如高速公路、加油站、超市等需要收取的现金比较多，在人员交班存放上面存在安全管理的问题，现有保险柜的功能不能满足这些需求。因此，我们设计出一种基于网络控制一体的自助智能保险柜。该保险柜利用现代网络技术与先进的智能微型计算机电控系统相结合，可以实现存款人员的身份识别、收款数据统计、远程管理、远程监控、报表打印等功能，极大的保障了收缴现金的安全。

【关键词】智能控制 远程管理 自助 安全

1 引言

本文提出一种结合现代计算机网络与微型计算机MCU、电机自动化控制相结合的一款自助智能保险柜，通过身份识别、信息上传、远程管理来达到管理现金安全的目的。

2 特点

自助：该智能保险柜放置于办公室、财务室、票据室等公司内部的公共场所，员工下班缴款或交接等可自助完成操作。

智能：该智能保险柜区别于一般保险柜，采用了摄像头、金属防爆键盘、lC卡读写器等方式识别用户的身份，同时操作数据本机和远端服务器同时保存和备份，避免了数据的丢失。

远程管理：管理者在远端办公室就可以查询员工的缴款明细，可形成报表，分析统计，打印等操作，同时可监控到设备的状态.远程开启关闭设备。

安全：该智能保险柜采用门板厚度达到国家公安部要求，采用德国进口旋转密码锁和机械钥匙锁，通过了公安部的检测，安全级别高于一般保险柜。

3 新型自助智能保险柜系统构成

3.1 外形结构组成

外形结构图由机柜、摄像头、显示器、打印机、读卡器、金属键盘、投放口、旋转密码锁、机械锁、投放口挡板等组成。

根据《人体工程学》设计，自助智能保险柜适合1.5m到1.8m的人群使用。

3.2 电路系统结构组成

电路系统可分为工控机系统和MCU控制系统。工控机系统由远程服务器、显示器、读卡器、摄像头、打印机等构成。MCU控制系统由快捷按键、落包传感器、电动骨轮、安全传感器等组成，工控机通过RS232接口与MCU控制板通讯，MCU控制系统控制电动骨轮、安全传感器、快捷按键、落包传感器等。工控机通过TCP/IP协议向远程服务器上传数据，电动骨轮在MCU控制系统的控制下打开与关闭，安全传感器时刻监测用户的安全，落包传感器检测存款包是否己掉落存款金库。

4 软件的设计方案

本系统上，计算机的操作系统为WindowsXP，开发语言采用C#，数据库为MicrosoftAccess，身份的识别方式有工号+密码、身份IC卡等方式登录.软件的设计功能有：

【投包操作】操作人員交班进行缴款投包

【IC卡写卡】录入新的身份IC卡，通过IC卡进入操作

【收费员管理】对收费员的工号、密码、姓名等信息进行添加、删除和修改

【数据源设置】设置机器是单机使用还是联网使用

【串口设置】设置通讯的串口号

【打印设置】设置本机是否要打印凭条

【查询统计】按工号、日期、时段等方式查询和统计缴款信息数据

MCU控制系统中，采用Microchip公司的14位中档单片机PIC16F77，通过金属键盘或身份IC卡识别身份，身份通过后，可录入相关缴款数据后，自助智能保险柜的投包口自动打开，操作者将准备好的存款包入入投包口，按【确认】按键后，缴款包自动落入保险金库。

5 电机驱动电路的设计方案

电机的驱动主要考虑过压、过流、过载、短路的保护，功能上要求电机可以正转、反转、过流停止保护、过载停止保护等。

电机驱动电路主要控制信号有电机转向控制信号DIR，电机转速控制信号PWM，Vl为驱动逻辑电路部分提供电源;V2和V3为电机驱动电源，采用双电源供电。在大功率驱动系统中，将控制电路与驱动电路电气隔离，减少驱动电路对其它电路干扰，逻辑运算后的控制信号通过光电隔离和放大后，分别驱动H桥上下臂，再驱动直流电机，实现对电机控制。

直流电机驱动采用H型全桥式电路，这种驱动电路方便实现直流电机的四象限过行，分别对应正转、正转制动、反转和反转制动。组成H桥驱动电路的4只开关管工作在斩波状态，Sl，S4为1组，S2，S3为1组，这2组状态互补，当1组导通时，另1组必须截止。当Sl，S4导通时，S2，S3截止，电机两端加正向电压实现电机的正转或反转制动;当Sl，S4截止，S2，S3导通时，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。

实际控制中，需要不断使电机在4个象限之间切换，也即在Sl，S4导通且S2，S3截止，到Sl，S4截止且S2，S3导通这2种状态间转换。这种情况理论上要求2组控制信号完全互补。但由于实际的开关器件都存在导通和截止时间，绝对互补控制会导致上下臂直通短路。为避免直通短路且保证各个开关管动作的协同性和同步性，2组控制信号理论上要求互为倒相，而实际必须相差一个一定长的死区时间，这个校正过程既可通过硬件实现，即在上下桥臂的2组控制信号之间增加延时，也可通过软件实现，在电路中可增加4个续流二极管Dl-D4，为电机线圈绕组提供续流回路。

6 安全性的设计方案

6.1 操作安全的保护方案和措施

在操作安全的保护措施上，采取了以下几种措施：

（1）在投放口增设了一对红外对射传感器，当操作人员的手未离开安全区时，红外对射传感器被挡，设备停止工作，当遮挡超过1

分钟时，设备发出声音报警提示。

在传感器的选型上，采用国际知名品牌欧姆龙的E3Z-T61，MCU时刻监测这对传感器的信号，并且采取了一分钟轮检一次的方法，当这对传感器出一故障，整个系统将停止使用，保护操作者的安全。在传感器自检程序的设计上，每一分钟CPU切断ULN2003的输入，从而切断传感器发射端的电源，然后检测接收端输出电平的变化，从而判断传感器是否正常。在接收传感器信号的输入设计上，采用IN4148作隔离二极管，通过HC14作波形整合后输入到CPU作处理，能有效的起到信号的抗干扰作用。

（2）限流。电机过流保护是针对电动机的峰值电流检测及保护电路通过检测流入电动机的电流来保护电机，方案用采样/保持峰值电路，通过数据锁存控制电路锁存峰值的数字量，由反馈信号、放大器、采样、A/D转换、电机保护电路、译码显示等组成。

（3）低功率电机。在电机的选型上精心挑选，采用低功率电机，确保在电路失控的情况下，电机满载不会伤及到使用者，节能环保安全。

（4）投放口增设挡板。增设透明有机玻璃挡板的目的是为防止操作者的手、衣物等不小心被内滚筒夹住，挡板利用重力的作用，在使用完成后自动盖好投放口。

6.2 投放口模块的定位设计方案

投放口模块的功能有：投包定位、落包定位、防盗，采用DC24V直流电机控制，投放口模块在MCU的控制下旋转运动，有两个位置需要停止，投包口位置和落包口位置，采用日本欧姆龙的轻触开关，配铁片定位片可实现定位功能。当触发点旋转到轻触开关的压片时，轻触开关闭合，输入低电平给MCU，停止DC24V直流电机的转动。在防盗上面，整个骨轮采用双筒设计，外筒固定，内筒旋转，投放口与保险金库完全隔离。

参考文献

[1]金聪，郭京蕾，人工智能原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2009. 3.12-16.P20-27.

[2]王万森.面向对象规则库设计的研究[J].计算机研究与发展，1996，33; 2-3.

[3]柴春雷，人体工程学（第二版）2016.

[4]（美）克里斯南，永磁无刷电机及其驱动技术[M]，机械工业出版社，2013.

[5]林立，张俊亮.单片机原理及应用[M].电子工业出版社，2014.

[6]张青，宋世军，张瑞军，工程机械概论[M].化学工业出版社，2016.