智慧車匙保管器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉棟超 周中華 梁健華 吳來毅

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門新會(huì)供電局，廣東 江門 526100）

0 引言

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

為達(dá)到安全有效管理生產(chǎn)用車，嚴(yán)格規(guī)范用車申請和登記手續(xù)，及時(shí)登記回場記錄，從源頭上管控廉潔風(fēng)險(xiǎn)的目的，本文計(jì)劃設(shè)計(jì)一種智能化的車匙保管器。

當(dāng)前，信息技術(shù)高速發(fā)展，生物識(shí)別技術(shù)尤其是指紋識(shí)別技術(shù)快速普及。指紋識(shí)別技術(shù)自出現(xiàn)以來，經(jīng)歷了快速迭代，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景[1]。指紋認(rèn)證識(shí)別的實(shí)現(xiàn)是基于指紋圖像的匹配算法[2]，結(jié)合指紋識(shí)別應(yīng)用的趨勢，有研究者設(shè)計(jì)了一種基于指紋識(shí)別技術(shù)的智能儲(chǔ)物柜，代替廣泛應(yīng)用的條形碼儲(chǔ)物柜，既節(jié)省了紙張，又提高了儲(chǔ)物的安全性[3]。本文結(jié)合以上研究，采用指紋識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧車匙保管器的身份識(shí)別功能，做到專取專用、智能記錄。

1 總體設(shè)計(jì)路線

智慧車匙保管器采用三維專業(yè)繪圖軟件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用鋼材作為保管箱主體進(jìn)行加工安裝，利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為中樞，采用傳感器技術(shù)進(jìn)行信息采集，基于編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)記錄指紋信息和用車信息的功能。

智慧車匙保管器在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)要合理安排各部件位置，在節(jié)省材料的同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間利用率最大化，解決同時(shí)保管多把車匙的問題，與此同時(shí)，利用工控機(jī)作為控制中樞，實(shí)現(xiàn)柜門的開關(guān)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(gè)柜門大小為150.5 mm×167 mm，單排數(shù)量5個(gè)，上下兩排共計(jì)10個(gè)車匙保管倉，每個(gè)車匙保管倉深度為250 mm，內(nèi)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(shè)計(jì)有3個(gè)打孔機(jī)構(gòu)，方便上墻懸掛。智慧車匙保管器背部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用下翻門，背部預(yù)留空間進(jìn)行走線通信、控制聯(lián)動(dòng)等。

智慧車匙保管器的整體結(jié)構(gòu)可以分為機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路控制結(jié)構(gòu)兩部分。其中，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括三部分：保管器箱體、車匙保管倉、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；電路控制結(jié)構(gòu)包括線束、工控機(jī)、液晶顯示屏、指紋識(shí)別模塊、控制主板、開關(guān)量輸入信號采集器。

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

車匙保管器要實(shí)現(xiàn)保管車鑰匙、控制保管倉開關(guān)、記錄取用信息的功能，需要配合控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。為合理放置各個(gè)元件，預(yù)先采用設(shè)計(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械結(jié)構(gòu)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(gè)部分。左邊上部放置液晶顯示屏，下部安裝指紋識(shí)別模塊，內(nèi)部安裝工控機(jī)、控制主板、開關(guān)量輸入信號采集器；右邊分為上下兩排共計(jì)10個(gè)車匙保管倉，每個(gè)保管倉都有單獨(dú)的柜門。

聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(yīng)車匙保管倉門開啟和車匙狀態(tài)的檢測。

圖2 車匙保管倉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

鎖控單元的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[4]，利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)給對應(yīng)保管倉柜門施加電信號時(shí)，電流流過線圈產(chǎn)生磁場，將鎖止機(jī)構(gòu)收回，打開柜門。懸掛單元利用車匙本身重力，車匙懸掛時(shí)機(jī)構(gòu)受重力影響處于下位，車匙取出時(shí)機(jī)構(gòu)自動(dòng)復(fù)歸上位，將兩種狀態(tài)通過開關(guān)量輸入信號采集器轉(zhuǎn)化為電信號，達(dá)到檢測車匙狀態(tài)的目的。

1.2 電路控制結(jié)構(gòu)

智慧車匙保管器控制中心采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使用220 V交流電源驅(qū)動(dòng)。工控機(jī)是專門為工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，采用總線結(jié)構(gòu)，除了具有CPU、硬盤、內(nèi)存、接口，還有專門的操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域[5]。液晶顯示屏采用電容式觸摸屏，與工控機(jī)進(jìn)行連接，作為工控機(jī)輸入設(shè)備和顯示設(shè)備，進(jìn)行人機(jī)交互。指紋識(shí)別模塊采用AS608半導(dǎo)體指紋識(shí)別模塊[6]，該模塊具有識(shí)別速度快、準(zhǔn)確性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，采用單口RS232接口與工控機(jī)進(jìn)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(guān)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(jié)合，將車匙狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電壓/電流信號，反饋工控機(jī)保管倉內(nèi)部車匙狀態(tài)信息。指紋識(shí)別、控制主板、開關(guān)量輸入信號采集器由24 V開關(guān)電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

智慧車匙保管器電路控制結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過工控機(jī)進(jìn)行編程可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一保管、屏幕交互、專取專用、數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 統(tǒng)一保管

供電所所有公車鑰匙由車匙保管器進(jìn)行統(tǒng)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(fā)生。同時(shí)，車匙保管器采用堅(jiān)固的鋼材制成，可以有效預(yù)防盜竊、破壞等情況的發(fā)生。車匙保管器統(tǒng)一保管后，安全性大大提高，減輕了工作人員負(fù)擔(dān)。

2.2 屏幕交互

液晶顯示屏可以進(jìn)行觸摸輸入，進(jìn)行指紋識(shí)別認(rèn)證身份信息后，屏幕顯示的界面如圖4所示，包括姓名、時(shí)間、車牌號碼，點(diǎn)擊對應(yīng)車牌號碼可以觸發(fā)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(tài)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(gè)保管倉編號與液晶顯示屏中的車牌號碼一一對應(yīng)，在取用車匙的時(shí)候點(diǎn)擊需要使用的車牌號碼，只打開對應(yīng)的柜門，避免胡亂取用。在歸還車匙時(shí)，同樣的操作可以避免歸還位置錯(cuò)誤，并且保管倉內(nèi)部可對車匙狀態(tài)進(jìn)行檢測。在“專取、專用、專還”的閉環(huán)流程下，管控方便，保管出錯(cuò)的概率大大降低。

2.4 數(shù)據(jù)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(shí)別模塊采集用戶指紋，信號通過接口發(fā)送給工控機(jī)，通過對比指紋找出用戶姓名；當(dāng)用戶通過液晶顯示屏輸入取匙信號后，對應(yīng)的車匙編號信息傳遞給工控機(jī)，并記錄當(dāng)前的車匙編號；工控機(jī)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(guān)量數(shù)據(jù)采集器采集車匙取用狀態(tài)，將信號傳回工控機(jī)，工控機(jī)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(yùn)行于工控機(jī)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序。

圖5 車匙保管器判斷邏輯

2.5 智能記錄

工控機(jī)在后臺(tái)記錄用戶的身份信息、使用車匙編號、取用時(shí)間、歸還時(shí)間，生成表格供管理員查看，對每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行記錄，相比人力保管更加方便、快捷、智能。同時(shí)，若取用人48 h內(nèi)沒有及時(shí)歸還車匙，車匙保管器會(huì)發(fā)出警告音提醒管理員查看。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種智慧車匙保管器，實(shí)現(xiàn)了車匙統(tǒng)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(chuàng)新性地使用指紋識(shí)別技術(shù)作為身份認(rèn)證手段，工控機(jī)作為車匙保管器中樞，在程序代碼的幫助下，與其他單元聯(lián)動(dòng)配合，軟硬件結(jié)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(huán)節(jié)上保證質(zhì)量、工藝優(yōu)良，具有安全實(shí)用的保管效果；其次，提高了生產(chǎn)車輛管理的工作效率，更能降低車匙管理人員的工作強(qiáng)度；然后，能夠準(zhǔn)確記錄車匙的領(lǐng)取與歸還時(shí)間節(jié)點(diǎn)，從而與車輛管理系統(tǒng)中的申請用車記錄進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)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(fā)生員工隨意公車私用的行為。