Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－技术与应用 注：大学生创新创业训Ｉ练计划项目（ＮＯ．２０１６１３６２） 摘要：设计一套基于红外探测的ＡＴＭ设备报警装置，用以解决持卡人自助办理业务后的遗卡问 题。根据ＡＴＭ设备的工作环境，使用一体化红外接收头ＨＳ００３８进行红外解码，以ＡＴＭＥＬ公司 ＡＴ８９Ｃ５１单片机作为控制单元，对持卡人及银行卡先后进行检测，实现遗卡报警的设计目的。 运用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件进行电路仿真，结果表明该系统能够准确、及时报警。 关键词：ＡＴＭ设备；红外探测；单片机 中图分类号：ＴＮ２１ ５ 收稿日期：２Ｏ１７－０５－１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００６—８８３Ｘ（２０１ ７）０６—００１ ３－０５ 基于红 卜探测的ＡＴＭ设备报警装置设计 李国政刘鹏张家赫王大洋姜少壮李代林 中国石油大学（华东）理学院，山东青岛２６６５８０ 一、前言 各报警装置，在不改变ＡＴＭ后台程序的前提下，当持 ＡＴＭ 查询、提取现金。由于ＡＴＭ设备具有分布地域复杂、 卡人离开未取卡，此装置能够及时通过声音和灯光提 醒持卡人取卡。 犯罪诱惑性高、无固定人员值守等特点，在ＡＴＭ服务 区域，盗窃案件频繁发生…。 二、系统总体设计方案 为实现ＡＴＭ遗卡报警功能，需要设计实现红外脉 近年来，不法分子利用他人遗忘在ＡＴＭ机中处 冲发射和接收、多路信号实时处理及声光报警。本装 置主要由ＡＴ８９Ｃ５１控制芯片、持卡人检测模块（红 外发射模块１、ＨＳ００３８红外接收一体化接收头Ｑ．、 于交易状态的银行卡进行取款、转账。此类案件的屡 次发生，不仅给客户造成不可估量的经济损失，也给 各地机关造成巨大的压力， 同时给社会稳定蒙上 阴影。 ０．２）、银行卡检测模块（红外发射模块２、ＨＳ００３８红外 接收一体化探头Ｑ 、Ｏ ）和报警模块构成，如图ｌ所示。 为防止此类案件的发生， 目前各大银行ＡＴＭ设备通常采 用２４小时监控系统。这种非智 能的检测装备对ＡＴＭ设备上发 生的犯罪活动进行调查、追踪， 需要耗费大量的人力物力，而且 效果很不理想［２］。因此，需要一 个能够实时提醒持卡人取卡的 报警系统。 针对以上需求，设计出一 套基于红外探测技术的ＡＴＭ设 ＿传■ Ｖｏｌ ２器３Ｎ世Ｏ京 ．０６＂Ｉ２ｏ。ｔａ １●２６。。４６＿曩 － 技术与应用Ｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 发光＿极管提供（町承受的 功率范 内）最合适、最佳 的工作状态 。红外光的发 射则通过红外发光二 极管配 合单”机、三极管实现，此 装置具有体积小，灵敏度高， 价格低廉等优点。 本系统需要的频率为 ３８ｋＨｚ的红外信号ｆ｝Ｉ 片机 控制产生。单片机自带的两 个定时器／计数器Ｔ０、Ｔ１ 有四种工作方式， ：设汁时 选用计数器ＴＯ，并ｎ选择 工作方式１，编 程序产生 ３８ｋＨｚ的方波并）Ｊｌ】载到一三极 管的基极。－－ｉ极管作为可控 其中，将红外发射模块ｌ放置在银行门口处，接 收头Ｑ。Ｑ 相邻放置，间隔在可检测范围内，Ｑ．在外 开关以一定的时间间隔重复导通和截止。当：＿二级管导 通时，红外发光二极管发射红外光。 ２、红外接收模块 红外接收模块由红外一体接收头ＨＳ００３８构成。 接收头由黑色环氧树脂封装， ：受日光、荧光灯等光 Ｑ 内，发射模块Ｄ 放置在ＡＴＭ机插卡处上方， Ｑ Ｑ 存捅 处Ｆ方相邻放置，Ｑ 在外侧，Ｑ 在内侧。 首先进行持卡人检测，先检测到Ｑ．后Ｑ ，则持 卡人进入：然后进行银行卡检测，先Ｑ 后Ｑ 则银行 卡插入；在持卡人操作结束之后，先Ｑ４后Ｑ ，表示 源干扰，内附磁屏蔽，功率低，灵敏度高。ＨＳ００３８接 收３８ｋＨｚ的红外信号，周期约为２６ｕｓ， 时能对信号进 行放大、检波、整形，得到１ＴＴ 电平的编码信号 】，在 小功率发射管发射信号情况下，接收距离叮达３５ｍ， 其内部结构如图３所示。 银行 己取出，再Ｑ：Ｑ．表示持卡人离开，若未检测到 银行 取出，检测到持卡人离开Ｑ Ｑ，则报警。 为避免环境光干扰，提高可靠性，系统检测模块 的工作频率采用３８ｋＨｚ，并且采用单片机控制，无需 ＨＳ００３８用于接收来自红外发射模块的红外信号， 处理后传输给ＡＴ８９Ｃ５ｌ控制芯＂。在ＶＣＣ和 人为１ 预，具有操作性强、稳定性好、实时性突出等 优点。 三、系统硬件电路设计 系统的原理图如图２所示。系统主要 由红外发射模块、红外接收模块、控制芯 片ＡＴ８９Ｃ５ １以及报警模块组成。 １、红外发射模块 红外发射模块由红外发光二极管、三 极管和电阻构成。调整电阻阻值，可改变 通过红外发光＿二极管的电流强度，为红外 田 ● ＧＮＤ之间并入一个０．１ 的电容，用以改善信号质量 ］。 ３、控制芯片ＡＴ８９Ｃ５１ 由美国ＡＴＭＥＬ公司生产的ＡＴ８９Ｃ５１单片机作 为控制模块，该单片机是一种自带４ｋ字节ＦＬＡＳＨ存 储器的低电压、高性能ＣＯＭＳ８位微处理器，采用 ＡＴＭＥＬ高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标 准的ＭＣＳ一５ｌ指令集和输出管脚相兼容 】。由于将多 功能８位ＣＰＵ和闪速存储器组合在单个芯片中，其工 作效率非常高，并且可实现反复擦除１０００次。它的工 作电压范围为直流４．５～５．５Ｖ，全静态操作０～２４ＭＨｚ， 通过ＲＳＴ实现重启和复位。 本设计中单片机的Ｐ１．０ Ｐ１．３接口分别与设置在银 行卡检测区域和持卡人检测区域的红外一体化接收头 ＨＳ００３８的输出端连接，实现数据的接收。Ｐ２．７用于输 出３８ｋＨｚ方波信号控制红外发射模块。Ｐ１．４一Ｐ１．６作为 单片机的输出管脚，控制报警模块。 ４、报警模块 报警模块由３个ＬＥＤ和三个电阻构成，共阳极相 接，用来显示当前状态，Ｄ１判断用户的进出，Ｄ２判 断银行卡的插拔，Ｄ３用来报警。当单片机相应管脚 Ｐ１．４一Ｐ１．６输出低电平时，对应ＬＥＤ亮起。 当持卡人进入银行，Ｐ１．４输出低电平，Ｄｌ亮：当 银行卡插入ＡＴＭ机，Ｐ１．５输出低电平，Ｄ２亮；当持 卡人离开银行Ｐ１．４输出高电平，Ｄｌ灭；当银行卡拔 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ一技术与应用 出ＡＴＭ机，Ｐ１．５输出高电平，Ｄ２灭；当未拔卡（Ｄ２ 亮），持卡人离开银行（ＤＩ灭）时，Ｐ１．６输出低电平， Ｄ３亮，触发报警电路，报警持续３０ｓ。 四、系统软件设计 １、系统主程序流程 系统主程序流程图如图４所示。系统初始化后， 单片机发送３８ｋＨｚ方波控制红外发射装置，持卡人检 测模块与银行卡检测模块进入检测状态，检测模块实 时向单片机传送解调后的数字信号。持卡人进入操作 区插卡后，设备检测到银行卡进入插卡口，此时系统 监控银行卡和持卡人状态，若判断到银行卡取出，则 本次服务结束，返回初始化，等待下次执行；若判断 到银行卡处于未取出状态，则转而进行持卡人状态判 断，若持卡人离开，则触发报警装置，进行时长为３０ｓ 的提醒，报警结束后，系统重新初始化；若持卡人未 离开，则转而继续进行银行卡状态判断。 ２、红外发射程序设计 本装置所需红外脉冲频率为３８ｋＨｚ，该频率可利 用单片机定时器产生。在单片机工作方式１中，有： Ｔｘ（Ｍａｘ— ）： ｋＨｚ （１） ，厂 其中，Ｔ－０．１ｌａｓ，Ｍａｘ＝２ ，ｆ’表示中断频率。为输 出３８ｋＨｚ方波，厂’＝７２ｋＨｚ，代入公式（１），得 Ｘ＝６５５２３。故初始化ＴＨ０＝０ＸＦＦ，ＴＬ０＝０ＸＦ４。方波产 生关键程序代码如下： ｖｏｉｄ ｔｉｍｅｒ０（）ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ １ ｛ＴＬ０＝０ｘ ／／重置计数值 ＴＨ０＝０ｘｆｆ； ｓｈｉｂｏ＝一ｓｈｉｂｏ；／／电平翻转 ｝ ｖｏｉｄ ｍａｉｎ（１ ，／主函数 ｛ＴＭＯＤ＝０Ｘ０１；／／设置Ｔ０处于工作方式１ ＴＲ０＝Ｉ； ＥＴ０＝１； ＥＡ＝Ｉ： ／／开中断 ＴＬ０＝０ｘｆ４； ／／初始化 ＴＨＯ＝Ｏｘｆｆ； ｗｈｉｌｅ（１１ ／／主循环 ｝ ＿传■ Ｖｏｌ ２器３Ｎ世Ｏ意０６２Ｔｏｏｔａ１ｌ ２。６０４６田 ■一 技术与应用＿Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ３、红外检测程序设计 持卡人检测 的红外接收模块负责 检测持卡人状态。当持江人进入榆测区， 遮挡发射模块的红外信号，红外接收模 块向单ｊ＿【＿机输ｍ低电平。 接收头分别 与单片机不同端ｒ＝ｌ连接，单片机通过电 平输入的端口号’，获得红外接收头序号。 当Ｑ，、Ｑ！依次被遮捎，Ｉ｛『ｊ Ｐ１．０ Ｐ１，１ 先后检测到低电平，说明持卡÷人走进 ＡＴＭ设备 域：相反， 果Ｑ 、Ｑ 依次 被遮挡，说明持卡人离开ＡＴＭ设备区域。 ｖｏｉｄ ｒｅｎ０ ｛ａｐｐ： ／／检测人的进出 ｉｆ（ｒｅｎ１－－０）／／先榆测红外接收头１， ｛ｄｅｌａｙ（）： ／／软件消抖 ｌｆ（ｒｅｎ１＝＝０、 方波信号明显，＾空比理想 ，充个符合ＨＳ００３８ 外 ＩＨ受收条件。 利用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件验证电路ｌｌ殳计ｔ的正确性。仍 电踏 ｌ划６断示。 ｛ｆ０ｒ（ ＿Ｏ｜ｉ＜２ＯＯ ｉ＋＋）／／在愉测到１ ｊ ，检测２是 被遮挡 ＝模拟报警过程时，红外一体化接收 ＨＳ００３８川 天代 ，７１＝关 １０００； ＳＷ 、ＳＷ 、ＳＷ 、ＳＷ。的打开与闭合分别代表红外‘体１Ｚｊ＃ｑｔｚ Ｑ 、 Ｑ 、Ｑ 、Ｑ 接收到电平信号的高与低。ＬＥＤ灯 ，代表持卜人离开且 忘记取出银行卡。按电路所示，开火打１）Ｆ电路 电、ｈ ，，ｒ火 合接 地电平为低。 ｗｈｉｌｅ（ｊ一１ ｛ｉｆ（ｒｅｎ２－－０） ｛ｂ＝Ｏ： ／／ｂ－０，说明持 人进入ＡＴＭ机操忤范同 ｗｈｉｌｅ（ｒｅｎ２＝＝０、： ｇｏｔｏ ａｐｐ； 图７所示，ＳＷ 、ＳＷ。依次闭合，模拟持 人 过红外接Ｉ 置， ｝｝｝｝｝ 同理，通过Ｑ 、Ｑ 实现银行 插入及取出愉洲。 进入ＡＴＭ设备操作区。利用ＳＷ 、ＳＷ 先后１＇４Ｊ合，｛＝５ｌ拟 ｛Ｊ：卜插入 ＡＴＭ设备。当ＳＷ 、ＳＷ 先后闭合 ， 没有技 ｔｉ ＳＷ，、ＳＷ 依次闭 五、系统仿真 将程序 ｊ入￡ 片机运仃， 外技光二极骨两端榆 合的情况卜就发生ＳＷ。、ＳＷ 依次 合，达代表持 人离）ｆ：ＩＩ没仃取仁， 此时ＬＥＤ亮，即系统报警。 以上仿真结果表明，报警装置改汁 确，ｌＩ‘达到预 术。 测到的方波７』ｊ ５。从示波器可以读【ｌ１Ｊ，红外 极管 的发光频率为３８．４６１ ５ｋＨｚ，处于议筹可控范 内，¨． 六、结论及意义 本文所述足针对持卡人存ＡＴＭ发箭取款』 遗忠 卜 的一种 尝试。该装置是由红外发光 极竹、红外‘仆化接收 干¨ ”机构成 的智能报警系统。该系统所采川的红外榆测方式成熟稳定，・，Ｊ． 性高， 检测灵敏，系统整体高度智能化，能够真ＪＪ： 若其广泛使用，对防Ｊｔ：ｇｌ关金融案件发 必将起到积极作用。 订效的 ｌＩＪＪ安个＝Ｊ’＝『：护。 低ＡＴＭ『１ｊＩＪＪ仃取款 险， 参考文献 图５电路产生的方波信号 ［１］张桂月．基于Ｊ２ＥＥ的ＡＴＭ银行报警 控系统的没汁 Ｊ 脱［Ｄ】成占１ｊ：电子 田 Ｉ 科技大学，２０１】：１．９． ［２］张家炜，杨丽梅，郭Ｈ何红ＡＴＭ系统ｈ动识别功能拓展及安全监摔［Ｊ］计．算 ＪＯｌＬ Ｙ＇Ｊ１０堆与控．２００９，１９（Ｉ）：９１一ｌｌ６． 『３１张桂青，陈 ，陶兜，汪明堪 物联网的无线红外转发器的设计［Ｊ１ｌ测 控技术，２０１５，３４（４）：ｌ】６—１ １９． ［４］十 伟生，郑小真．红外遥控在节能乖１无线操作方面的应用［Ｊ］．红外技术， ２００６，２８（４）：２２４—２２６ ［５】何立民．单片机心Ｉ｝］系统抗ｆ 扰技术［Ｍ】．大连：人连理工大学出版社， １９９５． ［６］俞国亮ＭＣＳ一５１ 片机原理及应用［Ｍ】．北京：清华人学出版社，２００８：８． ［７】Ｙｏｕｎｇ—Ｃｈａｎ Ｊａｎｇ，Ｊｕｎ—Ｈｙｕｎ Ｂａｅ ａｎｄ Ｈｏｎｇ—Ｊｕｎｅ Ｐａｒｋ Ａ Ｄｉｇｉｔａｌ ＣＯＭＳ ＰＷＣＬ ｗｉｔｈ Ｆｉｘｅｄ—Ｄｅｌａｙ Ｒｉｓｉｎｇ Ｅｄｇｅ ａｎｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｌＩ：Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｂｒｉｅｆｓ．２００６，５３（１Ｏ）．１０６３—１０６７ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－技术与应用 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ＡＴＭ ａｌａｒｍｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＩ Ｇｕｏ—ｚｈｅｎｇ、ＬＩＵ Ｐｅｎｇ、ＺＨＡＮＧ Ｊｉａ—ｈｅ、ＷＡＮＧ Ｄａ—ｙａｎｇ． ＪＩＡＮＧ Ｓｈａｏ—ｚｈｕａｎｇ，ＬＩ Ｄａｉ—ｌｉｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ０，ｒ），Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ．ＱｉＪｌｇｄａｒ） ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ＡＴＭ ａｌａｒｍｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｐｅｏｐｌｅ ｏｆｔｅｎ ｆｏｒｇｅｔ ｔｈｅｉｒ ｃａｒｄｓ ｉｎ ＡＴＭｓ ａｆｔｅｒ ｓｅｌｆ－ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ＡＴＭｓ． ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｈｅａｄ ＨＳ００３８ ａｓ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｃｅｌｌ ａｎｄ ａｎ ＡＴ８９Ｃ５ １ ｆｒｏｍ ＡＴＭＥＬ ａｓ ｃｅｎｔｒａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｔｅｃｔｓ ｔｈｅ ｃａｒｄ ｈｏｌｄｅｒ ａｎｄ ｂａｎｋ ｃａｒｄ ｉｎ ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｔｏ ｒｅｍｉｎｄ ｔｈｅ ｃａｒｄ ｈｏｌｄｅｒ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ｃａｒｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｉＳ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ Ｐｒｏｔｅｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌａｒｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｔｒｉｇｇｅｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｉｎ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴＭ；Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＳＣＭ 作者简介 李国政，中国石油大学（华东）理学院，在读小科 ， 主要研究方向为光电检测，图象处理，智能控制系统。 通讯地址：中国石油大学（华东）理学院 邮编：２６６５８０ 邮箱：ｌｉｇｕｏｚｈｅｎｇ７１９＠１６３．ｃｏｍ 刘鹏，中国石油大学（华东）理学院，硕上研究，｝：， 师，生要研究方向为可见光通信及其 ＝ｌｌ 射频通信领域、 物联例领域的应用研究。 张家赫，中国石油大学（华东）理学院，本科 ｌ 篮 研究方向为激光传感和光纤传感网络。 王大洋，中国石油大学（华东）理学院，本科生，｝ 研究方向为光学无线通信及其在远距离通信、定似领域 的应用研究。 姜少壮，中国石油大学（华东）理学院，本科 ，ｌ 蛆 研究方向为光电检测，光谱分析。 李代林，中国石油大学（华东）理学院，硕士研究，｛ ， 副教授，主要研究方向为光电成像与机器视觉。 Ｉ
