智慧车匙保管器的结构设计

刘栋超  周中华 梁健华  吴来毅

广东电网有限责任公司江门新会供电局

摘   要：

在供电所日常生产管理工作中，车辆作为一种交通工具被频繁使用，然而现有的车匙保管措施为人力保管，工作效率低，安全性差，因此研究新型的车匙保管方式具有十分重要的意义。针对人力保管车匙存在的痛点，设计了一种智慧车匙保管器，利用指纹识别技术，结合软件编程，实现智能识别指纹开锁、自动记录取还信息等功能。该智慧车匙保管器占地面积小，可布置在车辆使用频繁的基层单位，取代人力保管，在安全性、便捷性等方面优势突出，对公司生产管理工作的开展具有积极意义。

0  引言

车辆作为运输工具与交通工具，在供电所的日常工作中占据十分重要的地位，因此车匙保管工作也十分重要。现有的车匙保管措施为人力保管，工作人员需要在纸质登记表上记录当天出勤的信息，登记回场里程数，并交换车匙至收纳盒。人力保管车匙不仅工作效率低，耗费人力资源，而且安全性差，无法有效追踪到个人，容易造成车匙乱放行为。另外，当前背景下对生产用车的廉洁管理要求越来越严格，防范员工公车私用、酒驾醉驾越来越重要。

为达到安全有效管理生产用车，严格规范用车申请和登记手续，及时登记回场记录，从源头上管控廉洁风险的目的，本文计划设计一种智能化的车匙保管器。

当前，信息技术高速发展，生物识别技术尤其是指纹识别技术快速普及。指纹识别技术自出现以来，经历了快速迭代，展现了广阔的应用前景[1]。指纹认证识别的实现是基于指纹图像的匹配算法[2]，结合指纹识别应用的趋势，有研究者设计了一种基于指纹识别技术的智能储物柜，代替广泛应用的条形码储物柜，既节省了纸张，又提高了储物的安全性[3]。本文结合以上研究，采用指纹识别技术实现智慧车匙保管器的身份识别功能，做到专取专用、智能记录。

1  总体设计路线

智慧车匙保管器采用三维专业绘图软件进行机械结构设计，采用钢材作为保管箱主体进行加工安装，利用工业控制计算机作为中枢，采用传感器技术进行信息采集，基于编程系统实现记录指纹信息和用车信息的功能。

智慧车匙保管器在设计结构时要合理安排各部件位置，在节省材料的同时实现空间利用率最大化，解决同时保管多把车匙的问题，与此同时，利用工控机作为控制中枢，实现柜门的开关与记录功能。

保管器主体为长方体，长1 140 mm，宽250 mm，高335 mm，其中液晶显示屏大小为225 mm×185 mm。单个柜门大小为150.5 mm×167 mm，单排数量5个，上下两排共计10个车匙保管仓，每个车匙保管仓深度为250 mm，内部有控制柜门开启的锁控和保存车匙的悬挂单元。保管器顶部设计有3个打孔机构，方便上墙悬挂。智慧车匙保管器背部结构设计采用下翻门，背部预留空间进行走线通信、控制联动等。

智慧车匙保管器的整体结构可以分为机械结构和电路控制结构两部分。其中，机械结构包括三部分：保管器箱体、车匙保管仓、联动机构；电路控制结构包括线束、工控机、液晶显示屏、指纹识别模块、控制主板、开关量输入信号采集器。

1.1  机械结构

车匙保管器要实现保管车钥匙、控制保管仓开关、记录取用信息的功能，需要配合控制器进行设计。为合理放置各个元件，预先采用设计软件绘制图纸，确保各元件不互相干涉，如图1所示。

机械结构主体部分为钢制、长方体状的保管器箱体，可以分为左右两个部分。左边上部放置液晶显示屏，下部安装指纹识别模块，内部安装工控机、控制主板、开关量输入信号采集器；右边分为上下两排共计10个车匙保管仓，每个保管仓都有单独的柜门。 联动机构由两部分组成，如图2所示，即锁控单元和悬挂单元，分别控制相应车匙保管仓门开启和车匙状态的检测。

锁控单元的设计参考文献[4]，利用电磁感应原理，当给对应保管仓柜门施加电信号时，电流流过线圈产生磁场，将锁止机构收回，打开柜门。悬挂单元利用车匙本身重力，车匙悬挂时机构受重力影响处于下位，车匙取出时机构自动复归上位，将两种状态通过开关量输入信号采集器转化为电信号，达到检测车匙状态的目的。    

1.2  电路控制结构

智慧车匙保管器控制中心采用工业控制计算机，使用220 V交流电源驱动。工控机是专门为工业领域设计的计算机，采用总线结构，除了具有CPU、硬盘、内存、接口，还有专门的操作系统、控制网络和协议，广泛应用于工业领域[5]。液晶显示屏采用电容式触摸屏，与工控机进行连接，作为工控机输入设备和显示设备，进行人机交互。指纹识别模块采用AS608半导体指纹识别模块[6]，该模块具有识别速度快、准确性高、价格低等优点，采用单口RS232接口与工控机进行连接通信。控制主板采用RS485电锁控制板，该主板通常用作超市、快递寄存柜控制主板，通过给锁控单元传递信号，控制保管仓柜门的开启；开关量输入信号采集器采用RS485电压电流模拟量采集模块，与悬挂单元结合，将车匙状态转化为电压/电流信号，反馈工控机保管仓内部车匙状态信息。指纹识别、控制主板、开关量输入信号采集器由24 V开关电源进行驱动。

智慧车匙保管器电路控制结构如图3所示，通过工控机进行编程可以实现统一保管、屏幕交互、专取专用、数据采集与信号传输、智能记录等功能。

2  功能实现

2.1  统一保管

供电所所有公车钥匙由车匙保管器进行统一保管，存放在固定位置，避免车匙丢失、随意取用等问题的发生。同时，车匙保管器采用坚固的钢材制成，可以有效预防盗窃、破坏等情况的发生。车匙保管器统一保管后，安全性大大提高，减轻了工作人员负担。

2.2  屏幕交互

液晶显示屏可以进行触摸输入，进行指纹识别认证身份信息后，屏幕显示的界面如图4所示，包括姓名、时间、车牌号码，点击对应车牌号码可以触发保管仓柜门开启。另外，通过显示屏还可以查询车匙使用记录、车匙状态是否在线等。

   

2.3  专取专用

通过编写程序代码使每个保管仓编号与液晶显示屏中的车牌号码一一对应，在取用车匙的时候点击需要使用的车牌号码，只打开对应的柜门，避免胡乱取用。在归还车匙时，同样的操作可以避免归还位置错误，并且保管仓内部可对车匙状态进行检测。在“专取、专用、专还”的闭环流程下，管控方便，保管出错的概率大大降低。

2.4  数据采集与信号传输

用户在液晶显示屏选择登录后，通过指纹识别模块采集用户指纹，信号通过接口发送给工控机，通过对比指纹找出用户姓名；当用户通过液晶显示屏输入取匙信号后，对应的车匙编号信息传递给工控机，并记录当前的车匙编号；工控机通过接口将信号传输给控制主板，控制主板控制锁控单元开锁；用户取用钥匙后，悬挂单元与开关量数据采集器采集车匙取用状态，将信号传回工控机，工控机判断取匙是否成功，并记录取用信息。

车匙保管器判断逻辑与信号传输路径如图5所示，按照此判断逻辑编写运行于工控机操作系统的应用程序。

   

2.5  智能记录

工控机在后台记录用户的身份信息、使用车匙编号、取用时间、归还时间，生成表格供管理员查看，对每个环节进行记录，相比人力保管更加方便、快捷、智能。同时，若取用人48 h内没有及时归还车匙，车匙保管器会发出警告音提醒管理员查看。

3  结语

本文设计了一种智慧车匙保管器，实现了车匙统一保管、专取专用、屏幕交互、智能记录取用信息等功能。智慧车匙保管器创新性地使用指纹识别技术作为身份认证手段，工控机作为车匙保管器中枢，在程序代码的帮助下，与其他单元联动配合，软硬件结合，解决了人力保管车匙存在的问题。

智慧车匙保管器的研制具有多重意义：首先，在制作环节上保证质量、工艺优良，具有安全实用的保管效果；其次，提高了生产车辆管理的工作效率，更能降低车匙管理人员的工作强度；然后，能够准确记录车匙的领取与归还时间节点，从而与车辆管理系统中的申请用车记录进行充分的数据对比，提高了车辆安全管理的可靠性；最后，可防止因车匙保管人员工作疏忽大意发生员工随意公车私用的行为。

审核编辑：汤梓红