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提款機自動消毒與防護系統設計
MCU設計應用專欄(2)

【作者: 張獻中】   2007年01月22日 星期一

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目前之存提款機皆是配置於共場合中以供使用者利用,當使用者在利用這些存提款機時,大都係利用鍵盤或是觸控式螢幕來進行操控作業,然而,這些配置於公共場合中,且被許多各式各樣的使用者使用之提款機,存在著大量人體肉眼無法觀看到之細菌、病菌等,因此,使用者很有可能會因觸摸鍵盤或是觸控式面板,而間接將這些細菌、病菌進行傳播,嚴重者還有可能造成病菌之感染。


《圖一 HT46R24接腳圖》
《圖一 HT46R24接腳圖》

然而,目前衛生意識逐漸受到重視,為了避免病菌的傳播與感染,許多衛生單位針對這些長期暴露於外界、或配置於公共場合之提款機,皆要求維護管理者必須定期進行提款機之消毒工作,但是綜觀各消毒工作之進行,皆是以人工之方式,一一進行存提款機之消毒作業,這種以人工方式之消毒作業不僅需花費較多之人力,且以人工方式進行消毒,其功效亦非常有限,因此造成維護管理者之另一困擾,且使用者亦無法完全安心地使用存提款機。


此外,為了人們領錢的方便,便利商店、捷運站、加油站等,都有設置提款機,可說是處處可見。因此提款機的安全也成為了一個問題。雖然每台提款機都有設置監視器,但這種事後處理的方法卻比不上第一時間處理的方法要來的有效率。


於是針對這些問題,使我們做出提款機自動消毒與防護系統。本系統經過一預定時間後,藉由語音播報裝置(voice broadcast device)提醒使用者現在要進行提款機之消毒,請使用者稍後使用,並由電動閘門(electric gate)將提款機之操作空間形成一封閉空間,此時消毒裝置係藉由造霧器(brume maker)將儲存於儲水槽(reservoir)之消毒液體予以霧化後,藉由風扇裝置吹向該封閉空間中,以進行自動消毒作業。


防護裝置之振動感測器(vibratory sensor)係連接於微控制器(micro-controller),並配置於提款機之預定位置處,當振動感測器感測到提款機之振動時(遭到敲擊、破壞時),該振動感測器即產生一振動信號並發送至微控制器中,以控制電動閘門立即關閉,並藉由數據機(modem)與無線電(family radio system)和外界之防護系統(如警察局、保全公司等)進行聯繫。


《圖二 SD178A接腳圖》
《圖二 SD178A接腳圖》

作品介紹

提款機是被眾人使用的,因此鍵盤上就有許多我們肉眼看不見的病菌。所以本系統將會定時對提款機做出自動消毒的動作,使得提款機上的病菌減少到最低,讓社會大眾能用的安心。


另外,還增設了警報系統(alarm system)與監控中心(monitor center);警報系統是防止提款機遭到破壞,若提款機遭到破壞,則振動感測器將會啟動,並立即降下電動閘門,同時發出警告的聲音。接著再以語音經由無線電通知巡邏警察或保全人員前來處理。而監控中心一方面是可以得知提款機的消毒水用量,如此一來消毒水用完,即可派員前往補充。另一方面是監控提款機的使用情形,以達到第一時間派員前往處理任何的破壞事件。


工作原理

本系統含有下列裝置:


  • (1)設置微控制器(HT46R24),作為整個系統的核心;


  • (2)設置人體感測器(body sensor),使系統判斷提款機是否正在被人使用中;


  • (3)設置語音播報裝置,提醒使用者,現在提款機是處於何種狀態;


  • (4)設置電動閘門、造霧器,做到提款機定時定量密閉的消毒;


  • (5)設置振動感測器與有門的防護系統;


  • (6)設置有數據機與無線電,用來和監控中心作為聯繫。



如此一來提款機的附加功能與防護系統會更加完善。大眾在使用提款機時,也不會因為鍵盤的直接觸碰,而擔心碰到上一個使用著的病菌,或是把自己的病菌帶給下一個使用者,借此減少病菌的傳播感染。同時還可以隨時與警察局或者保全公司保持聯繫,以方便掌控提款機之使用情況。


《圖三 RS-232公頭》
《圖三 RS-232公頭》

微控制器HT46R24

此單晶片為八位元A/D Type微控制器,採用先進的COMS技術製造,具有低功率消耗、高執行速度的特性。內容含看門狗計數器、可程式計數器、類比-數位轉換介面(Analog to Digital Converter)、PWM輸出介面、I?C-Bus介面、省電模式(HALT Mode)、低電壓自動重置電路(Low Voltage Reset Circuit;LVR)及雙向I/O。其功能簡介如下:


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


  • (2)提供一個外部中斷以及1~3個內部中斷;


  • (3)兩個具溢位中斷的16-bit 計時/事件計數器;


  • (4)提供PFD(Programmable Frequency Divider),可作為音效之產生;


  • (5)類似精簡指令(RISC-like)架構,63個高功能指令,一個指令週期只需要四個CLOCK的時間;


  • (6)程式記憶體(Program Counter Memory):8Kx16;


  • (7)資料記憶體(Data Memory):384x8;


  • (8)十六層堆疊;


  • (9)類比-數位轉換介面:八個通道,解析度達十個位元。



語音IC SD178A(語音播報裝置)

語音播報裝置之特色如下:


  • (1)單一晶片解決方案,可轉換Big5中文碼及ASCII碼為語音輸出;


  • (2)電壓:適用2.6V~5.2V;


  • (3)單一系統時脈,採用RC振盪方式;


  • (4)內建12 位元高品質數位/類比轉換器;


  • (5)具有省電模式及喚醒功能,減少電源耗損;


  • (6)提供14輸出接腳;


  • (7)提供命令碼,可輕易控制輸出接腳的狀態;


  • (8)撥放語音時,提供暫停、結束、撥放等控制命令碼;


  • (9)44pin QFP包裝。



應用

  • (1)語言學習教育產品;


  • (2)電子書,全球定位導航系統,及個人數位助理機等各種掌上型、行動式語音輸出裝置;


  • (3)短訊息語音輸出。



《圖四 RS-232母頭》
《圖四 RS-232母頭》

RS-232

本專題是透過數據機與監控中心取得連繫,而現在的數據機大多提供RS-232的通訊埠(communication port),因此要如何控制數據機,就必須了解RS-232的通訊協定(communication protocol)。


RS-232的接頭通常為9Pin的接頭,又可分為公頭(Male Connecter)與母頭(Female Connecter)兩種,如(圖三)與(圖四)所示。其中每隻接腳的功能也詳列於(表一)。採用的微控制器並沒有提供RS-232的通訊協定,所以需要利用計時器(timer)、中斷與輸出入接腳來模擬RS-232的時序圖(Timing Diagram ),如(圖五)所示。


  


(表一) RS-232腳位編號及意義表

腳位

簡寫

意義

Pin1

CD

載波偵測

Pin2

RXD

接收字元

Pin3

TXD

傳送字元

Pin4

DTR

資料端備妥

Pin5

GND

地線

Pin6

DSR

資料備妥

Pin7

RTS

要求傳送

Pin8

CTS

清除以傳送

Pin9

RI

響鈴偵測


系統功能

現今的提款機都沒有自動消毒系統,本專題將可以做出定時定量消毒的動作,此外,我們還設置了監控中心以及電動閘門。電動閘門不僅是在消毒時行成密閉空間,且禁止人們使用,當提款機遭受到破壞時,電動閘門也會立即降下,此時可以阻絕提款機再度遭受到破壞,並且即時與保全中心聯繫,使得防護功能更上一層。


人體感測器功能

當提款機進行消毒時,必須降下電動閘門,因此須要借由人體感測器來得知當時是否有人在使用提款機,否則夾傷使用者,就失去提款機自動消毒的美意。


語音播報功能

當計時器所設定的消毒時間一到,語音播報系統會播放「提款機即將進行消毒請勿使用」。當提款機消毒完畢後,語音播報系統會播放「提款機消毒完畢請使用」。當提款機遭到破壞時,語音播報系統會播放「北台灣技術學院提款機遭破壞請派人處理」。當消毒水沒有了,語音播報系統會撥放「北台灣技術學院提款機消毒水用完請派人處理」。


《圖五 RS-232時序圖》
《圖五 RS-232時序圖》

造霧器功能

當計時器所設定的消毒時間一到,電動閘門會自動降下來,造霧氣開始啟動造霧功能,藉由風扇將霧氣送到提款機裡,藉此做到提款機定時定量密閉的消毒。當消毒完畢後,造霧氣停止動作,風扇會持續運轉,將鍵盤吹乾,然後升起電動閘門。


防護系統功能

當提款機遭到破壞的時候,電動閘門馬上降下來,語音播報系統會播放「北台灣技術學院提款機遭破壞請派人處理」,並且將此語音透過無線電傳送給巡邏警員,接著借由數據機將訊息傳至監控中心,請它派員前來處理。


  


系統架構

硬體方塊圖

(圖六)為本專題的硬體方塊圖,其中可分為消毒功能部分與防護功能部份。


《圖六 系統方塊圖》
《圖六 系統方塊圖》

 


消毒功能部分

  • (1)HT46R24計時器之設定時間一到,提款機會自動啟用消毒程序;


  • (2)語音播報裝置會立即提醒現場排隊的民眾,現在要進行提款機消毒,請使用者稍後再使用,同時借助人體感測器來得知當時是否有人在使用提款機;


  • (3)如無人使用,則電動閘門自動的關起來,隨即啟動造霧器將儲存於儲水槽之消毒液體予以霧化後,藉由風扇裝置吹進封閉空間中;


  • (4)消毒完畢後,啟動風扇裝置將霧氣吹乾,接著閘門再度打開;


  • (5)語音播報系統會提醒民眾,現在消毒完畢,請繼續使用提款機;


  • (6)消毒水若沒友了,則消毒系統則會發出語音通知管理員處理;


  • (7)並將消毒水用完訊息,經由數據機傳至監控中心。


  •   



防護功能部份

  • (1)若提款機遭到破壞,則振動感測器將會啟動,同時發出警告的聲音;


  • (2)電動閘門將會自動降下來;


  • (3)語音播報系統透過無線電通知巡邏員警或保全人員發生破壞的地點;


  • (4)並將警訊經由數據機傳至監控中心。



軟體流程圖

本系統流程圖共分為造霧系統流程圖與防破壞系統流程圖。


  


造霧系統流程圖


《圖七 造霧系統流程圖》
《圖七 造霧系統流程圖》

防破壞系統流程圖


《圖八 防破壞系統流程圖》
《圖八 防破壞系統流程圖》

操作方式

  • (1)當人經過提款機的時候,人體感測器會閃爍一下,若持續站在提款機前超過10秒以上,則人體感測器會持續亮著。此時,代表提款機正在被人使用當中;


  • (2)計時器所設定的時間一到,經由人體感測器得知沒人使用時,電動閘門會自動降下來。語音播報裝置播報提款機即將進行消毒的訊息,隨即開始啟動風扇和造霧器進行造霧消毒的動作;


  • (3)消毒完成後,造霧氣關閉,風扇持續運轉,把鍵盤吹乾,電動閘門升起,語音播報裝置播報提款機消毒完畢;


  • (4)若此提款機遭到破壞,振動感測器將立即啟動,此時電動閘門降下,可防止有心人士二度破壞提款機,並且等待管理員前來處理;


  • (5)監控中心:當某地的提款機端消毒水沒有時,該地的提款機端會發送一訊號(包含地點、事件)給監控中心,請監控中心告知管理員已無消毒水,並請立即補充。而當有人破壞提款機時,會啟動提款機的防盜系統,並發送一訊號到監控中心,請監控中心派人前來處理。



《圖九 北台灣提款機實體圖》
《圖九 北台灣提款機實體圖》

現今的提款機都沒有自動消毒系統,但是如今透過我們製作出來的系統,將可以做出定時定量密閉的消毒動作,以及防止有心人破壞提款機,如此一來可以讓人們使用提款機時既乾淨又放心。


《圖十 北台灣提款機電動閘門關閉》
《圖十 北台灣提款機電動閘門關閉》

結論

相較於現有技術,本專題之提款機自動消毒系統係藉由一消毒裝置自動定時將消毒液體予以霧化後,利用風扇裝置吹向該存提款機之操作空間,此技術手段不僅可免去傳統之存提款機皆須藉由人工之方式進行消毒作業之程序,其更可有效維持存提款機消毒之效果,以提供維護管理者在維護上更為方便,且使用者於使用存提款機時亦可更加放心,創造使用者極為便利與乾淨之使用環境。


再者,本專題之防護系統更可即時地當提款機受到外力破壞時,立即放下電動閘門以防止破壞程度之蔓延,並隨即通知外界之防護系統,達到最佳之防護效果,因此展現本專題極佳之商業附加價值。


  


  ---作者為北台灣科學技術學院電子工程系副教授---


<參考資料:


[1] HT46R24資料手冊,盛群半導體股份有限公司。


[2] 張義和,主流電腦輔助電路設計PROTEL99 SE,全華科技圖書股份有限公司。


[3] 鍾啟仁,HT46XX微控制器理論與實務寶典,全華科技圖書股份有限公司。


[4] 王國榮,Visual Basic 6.0教本,旗標出版社,2001年2月。 >


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