中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院，山東青島 266580

一、前言

ATM設(shè)備自1937年問世以來發(fā)展迅速，人們已經(jīng)習(xí)慣使用ATM設(shè)備轉(zhuǎn)賬、查詢、提取現(xiàn)金。由于ATM設(shè)備具有分布地域復(fù)雜、犯罪誘惑性高、無固定人員值守等特點(diǎn)，在ATM服務(wù)區(qū)域，盜竊案件頻繁發(fā)生[1]。

近年來，不法分子利用他人遺忘在ATM機(jī)中處于交易狀態(tài)的銀行卡進(jìn)行取款、轉(zhuǎn)賬。此類案件的屢次發(fā)生，不僅給客戶造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，也給各地公安機(jī)關(guān)造成巨大的壓力，同時(shí)給社會(huì)穩(wěn)定蒙上陰影。

為防止此類案件的發(fā)生，目前各大銀行ATM設(shè)備通常采用24小時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。這種非智能的檢測(cè)裝備對(duì)ATM設(shè)備上發(fā)生的犯罪活動(dòng)進(jìn)行調(diào)查、追蹤，需要耗費(fèi)大量的人力物力，而且效果很不理想[2]。因此，需要一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)提醒持卡人取卡的報(bào)警系統(tǒng)。

針對(duì)以上需求，設(shè)計(jì)出一套基于紅外探測(cè)技術(shù)的ATM設(shè)備報(bào)警裝置，在不改變ATM后臺(tái)程序的前提下，當(dāng)持卡人離開未取卡，此裝置能夠及時(shí)通過聲音和燈光提醒持卡人取卡。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

為實(shí)現(xiàn)ATM遺卡報(bào)警功能，需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)紅外脈沖發(fā)射和接收、多路信號(hào)實(shí)時(shí)處理及聲光報(bào)警。本裝置主要由AT89C51中央控制芯片、持卡人檢測(cè)模塊（紅外發(fā)射模塊1、HS0038紅外接收一體化接收頭Q1、Q2）、銀行卡檢測(cè)模塊（紅外發(fā)射模塊2、HS0038紅外接收一體化探頭Q3、Q4）和報(bào)警模塊構(gòu)成，如圖1所示。

其中，將紅外發(fā)射模塊1 放置在銀行門口處，接收頭Q1Q2相鄰放置，間隔在可檢測(cè)范圍內(nèi)，Q1在外Q2在內(nèi)，發(fā)射模塊D4放置在ATM機(jī)插卡處上方，Q3Q4在插卡處下方相鄰放置，Q3在外側(cè)，Q4在內(nèi)側(cè)。

首先進(jìn)行持卡人檢測(cè)，先檢測(cè)到Q1后Q2，則持卡人進(jìn)入；然后進(jìn)行銀行卡檢測(cè)，先Q3后Q4則銀行卡插入；在持卡人操作結(jié)束之后，先Q4后Q3，表示銀行卡已取出，再Q(mào)2Q1表示持卡人離開，若未檢測(cè)到銀行卡取出，檢測(cè)到持卡人離開Q2Q1則報(bào)警。

為避免環(huán)境光干擾，提高可靠性，系統(tǒng)檢測(cè)模塊的工作頻率采用38kHz，并且采用單片機(jī)控制，無需人為干預(yù)，具有操作性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性突出等優(yōu)點(diǎn)。

三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的原理圖如圖2所示。系統(tǒng)主要由紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊、控制芯片AT89C51 以及報(bào)警模塊組成。

1、紅外發(fā)射模塊

紅外發(fā)射模塊由紅外發(fā)光二極管、三極管和電阻構(gòu)成。調(diào)整電阻阻值，可改變通過紅外發(fā)光二極管的電流強(qiáng)度，為紅外發(fā)光二極管提供（可承受的功率范圍內(nèi)）最合適、最佳的工作狀態(tài)[3]。紅外光的發(fā)射則通過紅外發(fā)光二極管配合單片機(jī)、三極管實(shí)現(xiàn)，此裝置具有體積小，靈敏度高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

本系統(tǒng)需要的頻率為38kHz的紅外信號(hào)由單片機(jī)控制產(chǎn)生。單片機(jī)自帶的兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1有四種工作方式，在設(shè)計(jì)時(shí)選用計(jì)數(shù)器T0，并且選擇工作方式1，編寫程序產(chǎn)生38kHz的方波并加載到三極管的基極。三極管作為可控開關(guān)以一定的時(shí)間間隔重復(fù)導(dǎo)通和截止。當(dāng)三級(jí)管導(dǎo)通時(shí)，紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光。

2、紅外接收模塊

紅外接收模塊由紅外一體接收頭HS0038構(gòu)成。接收頭由黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功率低，靈敏度高。HS0038接收38kHz的紅外信號(hào)，周期約為26μs，同時(shí)能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號(hào)[4]，在小功率發(fā)射管發(fā)射信號(hào)情況下，接收距離可達(dá)35m，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

HS0038用于接收來自紅外發(fā)射模塊的紅外信號(hào)，處理后傳輸給AT89C51中央控制芯片。在VCC 和GND之間并入一個(gè)0.1μF的電容，用以改善信號(hào)質(zhì)量[5]。

3、控制芯片AT89C51

由美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)作為控制模塊，該單片機(jī)是一種自帶4k字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMS8位微處理器，采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容[6]。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，其工作效率非常高，并且可實(shí)現(xiàn)反復(fù)擦除1000次。它的工作電壓范圍為直流4.5～5.5V，全靜態(tài)操作0～24MHz，通過RST實(shí)現(xiàn)重啟和復(fù)位。

本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的P1.0-P1.3接口分別與設(shè)置在銀行卡檢測(cè)區(qū)域和持卡人檢測(cè)區(qū)域的紅外一體化接收頭HS0038的輸出端連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。P2.7用于輸出38kHz方波信號(hào)控制紅外發(fā)射模塊。P1.4-P1.6作為單片機(jī)的輸出管腳，控制報(bào)警模塊。

4、報(bào)警模塊

報(bào)警模塊由3個(gè)LED和三個(gè)電阻構(gòu)成，共陽(yáng)極相接，用來顯示當(dāng)前狀態(tài)，D1判斷用戶的進(jìn)出，D2判斷銀行卡的插拔，D3用來報(bào)警。當(dāng)單片機(jī)相應(yīng)管腳P1.4-P1.6輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)LED亮起。

當(dāng)持卡人進(jìn)入銀行，P1.4輸出低電平，D1亮；當(dāng)銀行卡插入ATM機(jī)，P1.5輸出低電平，D2亮；當(dāng)持卡人離開銀行P1.4輸出高電平，D1滅；當(dāng)銀行卡拔出ATM機(jī)，P1.5輸出高電平，D2滅；當(dāng)未拔卡（D2亮），持卡人離開銀行（D1滅）時(shí)，P1.6輸出低電平，D3亮，觸發(fā)報(bào)警電路，報(bào)警持續(xù)30s。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)主程序流程

系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。系統(tǒng)初始化后，單片機(jī)發(fā)送38kHz方波控制紅外發(fā)射裝置，持卡人檢測(cè)模塊與銀行卡檢測(cè)模塊進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài)，檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)向單片機(jī)傳送解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)。持卡人進(jìn)入操作區(qū)插卡后，設(shè)備檢測(cè)到銀行卡進(jìn)入插卡口，此時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控銀行卡和持卡人狀態(tài)，若判斷到銀行卡取出，則本次服務(wù)結(jié)束，返回初始化，等待下次執(zhí)行；若判斷到銀行卡處于未取出狀態(tài)，則轉(zhuǎn)而進(jìn)行持卡人狀態(tài)判斷，若持卡人離開，則觸發(fā)報(bào)警裝置，進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)為30s的提醒，報(bào)警結(jié)束后，系統(tǒng)重新初始化；若持卡人未離開，則轉(zhuǎn)而繼續(xù)進(jìn)行銀行卡狀態(tài)判斷。

2、紅外發(fā)射程序設(shè)計(jì)

本裝置所需紅外脈沖頻率為38kHz，該頻率可利用單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生。在單片機(jī)工作方式1中，有：

其中，T=0.1μs，Max=216，f'表示中斷頻率。為輸出 38kHz方 波，f' =72kHz，代入公式（1），得X=65523。故初始化TH0=0XFF，TL0=0XF4。方波產(chǎn)生關(guān)鍵程序代碼如下：

3、紅外檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

持卡人檢測(cè)區(qū)的紅外接收模塊負(fù)責(zé)檢測(cè)持卡人狀態(tài)。當(dāng)持卡人進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，遮擋發(fā)射模塊的紅外信號(hào)，紅外接收模塊向單片機(jī)輸出低電平。各接收頭分別與單片機(jī)不同端口連接，單片機(jī)通過電平輸入的端口號(hào)，獲得紅外接收頭序號(hào)。當(dāng)Q1、Q2依次被遮擋，即P1.0與P1.1先后檢測(cè)到低電平，說明持卡人走進(jìn)ATM設(shè)備區(qū)域；相反，如果Q2、Q1依次被遮擋，說明持卡人離開ATM設(shè)備區(qū)域。

五、系統(tǒng)仿真

將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)運(yùn)行，紅外發(fā)光二極管兩端檢測(cè)到的方波如圖5。從示波器可以讀出，紅外二極管的發(fā)光頻率為38.4615kHz，處于誤差可控范圍內(nèi)，且方波信號(hào)明顯，占空比理想[7]，完全符合HS0038紅外信號(hào)接收條件。

利用Proteus軟件驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的正確性。仿真電路圖如圖6所示。

模擬報(bào)警過程時(shí)，紅外一體化接收頭HS0038用開關(guān)代替，開關(guān)SW8、SW9、SW6、SW7的打開與閉合分別代表紅外一體化接收頭Q1、Q2、Q3、Q4接收到電平信號(hào)的高與低。LED燈亮，代表持卡人離開且忘記取出銀行卡。按電路所示，開關(guān)打開電路斷電平高，開關(guān)閉合接地電平為低。

圖7所示，SW8、SW9依次閉合，模擬持卡人經(jīng)過紅外接收裝置，進(jìn)入ATM設(shè)備操作區(qū)。利用SW6、SW7先后閉合，模擬銀行卡插入ATM設(shè)備。當(dāng)SW6、SW7先后閉合后，在沒有發(fā)生SW7、SW6依次閉合的情況下就發(fā)生SW9、SW8依次閉合，這代表持卡人離開且沒有取卡，此時(shí)LED 亮，即系統(tǒng)報(bào)警。

以上仿真結(jié)果表明，報(bào)警裝置設(shè)計(jì)正確，且達(dá)到預(yù)期要求。

六、結(jié)論及意義

本文所述是針對(duì)持卡人在ATM設(shè)備取款后遺忘銀行卡問題的一種嘗試。該裝置是由紅外發(fā)光二極管、紅外一體化接收頭和單片機(jī)構(gòu)成的智能報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)所采用的紅外檢測(cè)方式成熟穩(wěn)定，可靠性高，檢測(cè)靈敏，系統(tǒng)整體高度智能化，能夠真正實(shí)現(xiàn)有效的自助安全守護(hù)。若其廣泛使用，對(duì)防止相關(guān)金融案件發(fā)生、降低ATM自助存取款風(fēng)險(xiǎn)，必將起到積極作用。