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提款机自动消毒与防护系统设计
MCU设计应用专栏(2)

【作者: 張獻中】2007年01月22日 星期一

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目前之存提款机皆是配置于共场合中以供用户利用,当用户在利用这些存提款机时,大都系利用键盘或是触摸屏来进行操控作业,然而,这些配置于公共场合中,且被许多各式各样的用户使用之提款机,存在着大量人体肉眼无法观看到之细菌、病菌等,因此,用户很有可能会因触摸键盘或是触控式面板,而间接将这些细菌、病菌进行传播,严重者还有可能造成病菌之感染。


《图一 HT46R24接脚图》
《图一 HT46R24接脚图》

然而,目前卫生意识逐渐受到重视,为了避免病菌的传播与感染,许多卫生单位针对这些长期暴露于外界、或配置于公共场合之提款机,皆要求维护管理者必须定期进行提款机之消毒工作,但是综观各消毒工作之进行,皆是以人工之方式,一一进行存提款机之消毒作业,这种以人工方式之消毒作业不仅需花费较多之人力,且以人工方式进行消毒,其功效亦非常有限,因此造成维护管理者之另一困扰,且用户亦无法完全安心地使用存提款机。


此外,为了人们领钱的方便,便利商店、捷运站、加油站等,都有设置提款机,可说是处处可见。因此提款机的安全也成为了一个问题。虽然每台提款机都有设置监视器,但这种事后处理的方法却比不上第一时间处理的方法要来的有效率。


于是针对这些问题,使我们做出提款机自动消毒与防护系统。本系统经过一预定时间后,藉由语音播报装置(voice broadcast device)提醒用户现在要进行提款机之消毒,请用户稍后使用,并由电动闸门(electric gate)将提款机之操作空间形成一封闭空间,此时消毒装置系藉由造雾器(brume maker)将储存于储水槽(reservoir)之消毒液体予以雾化后,藉由风扇装置吹向该封闭空间中,以进行自动消毒作业。


防护装置之振动传感器(vibratory sensor)系连接于微控制器(micro-controller),并配置于提款机之预定位置处,当振动传感器感测到提款机之振动时(遭到敲击、破坏时),该振动传感器即产生一振动信号并发送至微控制器中,以控制电动闸门立即关闭,并藉由调制解调器(modem)与无线电(family radio system)和外界之防护系统(如警察局、保全公司等)进行联系。


《图二 SD178A接脚图》
《图二 SD178A接脚图》

作品介绍

提款机是被众人使用的,因此键盘上就有许多我们肉眼看不见的病菌。所以本系统将会定时对提款机做出自动消毒的动作,使得提款机上的病菌减少到最低,让社会大众能用的安心。


另外,还增设了警报系统(alarm system)与监控中心(monitor center);警报系统是防止提款机遭到破坏,若提款机遭到破坏,则振动传感器将会启动,并立即降下电动闸门,同时发出警告的声音。接着再以语音经由无线电通知巡逻警察或保全人员前来处理。而监控中心一方面是可以得知提款机的消毒水用量,如此一来消毒水用完,即可派员前往补充。另一方面是监控提款机的使用情形,以达到第一时间派员前往处理任何的破坏事件。


工作原理

本系统含有下列装置:


  • (1)设置微控制器(HT46R24),作为整个系统的核心;


  • (2)设置人体传感器(body sensor),使系统判断提款机是否正在被人使用中;


  • (3)设置语音播报装置,提醒用户,现在提款机是处于何种状态;


  • (4)设置电动闸门、造雾器,做到提款机定时定量密闭的消毒;


  • (5)设置振动传感器与有门的防护系统;


  • (6)设置有调制解调器与无线电,用来和监控中心作为联系。



如此一来提款机的附加功能与防护系统会更加完善。大众在使用提款机时,也不会因为键盘的直接触碰,而担心碰到上一个使用着的病菌,或是把自己的病菌带给下一个用户,借此减少病菌的传播感染。同时还可以随时与警察局或者保全公司保持联系,以方便掌控提款机之使用情况。


《图三 RS-232公头》
《图三 RS-232公头》

微控制器HT46R24

此单芯片为八位A/D Type微控制器,采用先进的COMS技术制造,具有低功率消耗、高执行速度的特性。内容含看门狗计数器、可程序计数器、模拟-数字转换接口(Analog to Digital Converter)、PWM输出接口、I?C-Bus接口、省电模式(HALT Mode)、低电压自动重置电路(Low Voltage Reset Circuit;LVR)及双向I/O。其功能简介如下:


  • (1)工作电压:2.2V~5.5V(fsys=4MHz);4.5V~5.5V(fsys=8MHz);


  • (2)提供一个外部中断以及1~3个内部中断;


  • (3)两个具溢位中断的16-bit 计时/事件计数器;


  • (4)提供PFD(Programmable Frequency Divider),可作为音效之产生;


  • (5)类似精简指令(RISC-like)架构,63个高功能指令,一个指令周期只需要四个CLOCK的时间;


  • (6)程序内存(Program Counter Memory):8Kx16;


  • (7)数据存储器(Data Memory):384x8;


  • (8)十六层堆栈;


  • (9)模拟-数字转换接口:八个信道,分辨率达十个位。



语音IC SD178A(语音播报装置)

语音播报装置之特色如下:


  • (1)单一芯片解决方案,可转换Big5中文码及ASCII码为语音输出;


  • (2)电压:适用2.6V~5.2V;


  • (3)单一系统频率,采用RC振荡方式;


  • (4)内建12 位高质量数字/模拟转换器;


  • (5)具有省电模式及唤醒功能,减少电源耗损;


  • (6)提供14输出接脚;


  • (7)提供命令码,可轻易控制输出接脚的状态;


  • (8)拨放语音时,提供暂停、结束、拨放等控制命令码;


  • (9)44pin QFP包装。



应用

  • (1)语言学习教育产品;


  • (2)电子书,全球定位导航系统,及个人数字助理机等各种掌上型、行动式语音输出装置;


  • (3)短讯息语音输出。



《图四 RS-232母头》
《图四 RS-232母头》

RS-232

本专题是透过调制解调器与监控中心取得连系,而现在的调制解调器大多提供RS-232的通讯端口(communication port),因此要如何控制调制解调器,就必须了解RS-232的通讯协议(communication protocol)。


RS-232的接头通常为9Pin的接头,又可分为公头(Male Connecter)与母头(Female Connecter)两种,如(图三)与(图四)所示。其中每只接脚的功能也详列于(表一)。采用的微控制器并没有提供RS-232的通讯协议,所以需要利用定时器(timer)、中断与输出入接脚来仿真RS-232的时序图(Timing Diagram ),如(图五)所示。


(表一) RS-232脚位编号及意义表

脚位

简写

意义

Pin1

CD

载波侦测

Pin2

RXD

接收字符

Pin3

TXD

传送字符

Pin4

DTR

数据端备妥

Pin5

GND

地线

Pin6

DSR

数据备妥

Pin7

RTS

要求传送

Pin8

CTS

清除以传送

Pin9

RI

响铃侦测


系统功能

现今的提款机都没有自动消毒系统,本专题将可以做出定时定量消毒的动作,此外,我们还设置了监控中心以及电动闸门。电动闸门不仅是在消毒时行成密闭空间,且禁止人们使用,当提款机遭受到破坏时,电动闸门也会立即降下,此时可以阻绝提款机再度遭受到破坏,并且实时与保全中心联系,使得防护功能更上一层。


人体传感器功能

当提款机进行消毒时,必须降下电动闸门,因此须要借由人体传感器来得知当时是否有人在使用提款机,否则夹伤用户,就失去提款机自动消毒的美意。


语音播报功能

当定时器所设定的消毒时间一到,语音播报系统会播放「提款机即将进行消毒请勿使用」。当提款机消毒完毕后,语音播报系统会播放「提款机消毒完毕请使用」。当提款机遭到破坏时,语音播报系统会播放「北台湾技术学院提款机遭破坏请派人处理」。当消毒水没有了,语音播报系统会拨放「北台湾技术学院提款机消毒水用完请派人处理」。


《图五 RS-232时序图》
《图五 RS-232时序图》

造雾器功能

当定时器所设定的消毒时间一到,电动闸门会自动降下来,造雾气开始启动造雾功能,藉由风扇将雾气送到提款机里,藉此做到提款机定时定量密闭的消毒。当消毒完毕后,造雾气停止动作,风扇会持续运转,将键盘吹干,然后升起电动闸门。


防护系统功能

当提款机遭到破坏的时候,电动闸门马上降下来,语音播报系统会播放「北台湾技术学院提款机遭破坏请派人处理」,并且将此语音透过无线电传送给巡逻警员,接着借由调制解调器将讯息传至监控中心,请它派员前来处理。


系统架构

硬件方块图

(图六)为本专题的硬件方块图,其中可分为消毒功能部分与防护功能部份。


《图六 系统方块图》
《图六 系统方块图》

消毒功能部分

  • (1)HT46R24定时器之设定时间一到,提款机会自动启用消毒程序;


  • (2)语音播报装置会立即提醒现场排队的民众,现在要进行提款机消毒,请用户稍后再使用,同时借助人体传感器来得知当时是否有人在使用提款机;


  • (3)如无人使用,则电动闸门自动的关起来,随即启动造雾器将储存于储水槽之消毒液体予以雾化后,藉由风扇装置吹进封闭空间中;


  • (4)消毒完毕后,启动风扇装置将雾气吹干,接着闸门再度打开;


  • (5)语音播报系统会提醒民众,现在消毒完毕,请继续使用提款机;


  • (6)消毒水若没友了,则消毒系统则会发出语音通知管理员处理;


  • (7)并将消毒水用完讯息,经由调制解调器传至监控中心。



防护功能部份

  • (1)若提款机遭到破坏,则振动传感器将会启动,同时发出警告的声音;


  • (2)电动闸门将会自动降下来;


  • (3)语音播报系统透过无线电通知巡逻警察或保全人员发生破坏的地点;


  • (4)并将警讯经由调制解调器传至监控中心。



软件流程图

本系统流程图共分为造雾系统流程图与防破坏系统流程图。


造雾系统流程图


《图七 造雾系统流程图》
《图七 造雾系统流程图》

造雾系统流程图


《图八 防破坏系统流程图》
《图八 防破坏系统流程图》

防破坏系统流程图

  • 操作方式


  • (1)当人经过提款机的时候,人体传感器会闪烁一下,若持续站在提款机前超过10秒以上,则人体传感器会持续亮着。此时,代表提款机正在被人使用当中;


  • (2)定时器所设定的时间一到,经由人体传感器得知没人使用时,电动闸门会自动降下来。语音播报装置播报提款机即将进行消毒的讯息,随即开始启动风扇和造雾器进行造雾消毒的动作;


  • (3)消毒完成后,造雾气关闭,风扇持续运转,把键盘吹干,电动闸门升起,语音播报装置播报提款机消毒完毕;


  • (4)若此提款机遭到破坏,振动传感器将立即启动,此时电动闸门降下,可防止有心人士二度破坏提款机,并且等待管理员前来处理;



《图九 北台湾提款机实体图》
《图九 北台湾提款机实体图》

现今的提款机都没有自动消毒系统,但是如今透过我们制作出来的系统,将可以做出定时定量密闭的消毒动作,以及防止有心人破坏提款机,如此一来可以让人们使用提款机时既干净又放心。


《图十 北台湾提款机电动闸门关闭》
《图十 北台湾提款机电动闸门关闭》

结论

北台湾提款机电动闸门关闭


相较于现有技术,本专题之提款机自动消毒系统系藉由一消毒装置自动定时将消毒液体予以雾化后,利用风扇装置吹向该存提款机之操作空间,此技术手段不仅可免去传统之存提款机皆须藉由人工之方式进行消毒作业之程序,其更可有效维持存提款机消毒之效果,以提供维护管理者在维护上更为方便,且用户于使用存提款机时亦可更加放心,创造用户极为便利与干净之使用环境。


再者,本专题之防护系统更可实时地当提款机受到外力破坏时,立即放下电动闸门以防止破坏程度之蔓延,并随即通知外界之防护系统,达到最佳之防护效果,因此展现本专题极佳之商业附加价值。


---作者为北台湾科学技术学院电子工程系副教授---


<参考数据:


[1] HT46R24数据手册,盛群半导体股份有限公司。


[2] 张义和,主流计算机辅助电路设计PROTEL99 SE,全华科技图书股份有限公司。


[3] 钟启仁,HT46XX微控制器理论与实务宝典,全华科技图书股份有限公司。


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