中國石油大學（華東）理學院，山東青島 266580

一、前言

ATM設備自1937年問世以來發(fā)展迅速，人們已經(jīng)習慣使用ATM設備轉賬、查詢、提取現(xiàn)金。由于ATM設備具有分布地域復雜、犯罪誘惑性高、無固定人員值守等特點，在ATM服務區(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機中處于交易狀態(tài)的銀行卡進行取款、轉賬。此類案件的屢次發(fā)生，不僅給客戶造成不可估量的經(jīng)濟損失，也給各地公安機關造成巨大的壓力，同時給社會穩(wěn)定蒙上陰影。

為防止此類案件的發(fā)生，目前各大銀行ATM設備通常采用24小時監(jiān)控系統(tǒng)。這種非智能的檢測裝備對ATM設備上發(fā)生的犯罪活動進行調查、追蹤，需要耗費大量的人力物力，而且效果很不理想[2]。因此，需要一個能夠實時提醒持卡人取卡的報警系統(tǒng)。

針對以上需求，設計出一套基于紅外探測技術的ATM設備報警裝置，在不改變ATM后臺程序的前提下，當持卡人離開未取卡，此裝置能夠及時通過聲音和燈光提醒持卡人取卡。

二、系統(tǒng)總體設計方案

為實現(xiàn)ATM遺卡報警功能，需要設計實現(xiàn)紅外脈沖發(fā)射和接收、多路信號實時處理及聲光報警。本裝置主要由AT89C51中央控制芯片、持卡人檢測模塊（紅外發(fā)射模塊1、HS0038紅外接收一體化接收頭Q1、Q2）、銀行卡檢測模塊（紅外發(fā)射模塊2、HS0038紅外接收一體化探頭Q3、Q4）和報警模塊構成，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，間隔在可檢測范圍內，Q1在外Q2在內，發(fā)射模塊D4放置在ATM機插卡處上方，Q3Q4在插卡處下方相鄰放置，Q3在外側，Q4在內側。

首先進行持卡人檢測，先檢測到Q1后Q2，則持卡人進入；然后進行銀行卡檢測，先Q3后Q4則銀行卡插入；在持卡人操作結束之后，先Q4后Q3，表示銀行卡已取出，再Q2Q1表示持卡人離開，若未檢測到銀行卡取出，檢測到持卡人離開Q2Q1則報警。

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

三、系統(tǒng)硬件電路設計

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、三極管和電阻構成。調整電阻阻值，可改變通過紅外發(fā)光二極管的電流強度，為紅外發(fā)光二極管提供（可承受的功率范圍內）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、三極管實現(xiàn)，此裝置具有體積小，靈敏度高，價格低廉等優(yōu)點。

本系統(tǒng)需要的頻率為38kHz的紅外信號由單片機控制產(chǎn)生。單片機自帶的兩個定時器/計數(shù)器T0、T1有四種工作方式，在設計時選用計數(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以一定的時間間隔重復導通和截止。當三級管導通時，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，內附磁屏蔽，功率低，靈敏度高。HS0038接收38kHz的紅外信號，周期約為26μs，同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號[4]，在小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，接收距離可達35m，其內部結構如圖3所示。

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

3、控制芯片AT89C51

由美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機作為控制模塊，該單片機是一種自帶4k字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能COMS8位微處理器，采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容[6]。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，其工作效率非常高，并且可實現(xiàn)反復擦除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實現(xiàn)重啟和復位。

本設計中單片機的P1.0-P1.3接口分別與設置在銀行卡檢測區(qū)域和持卡人檢測區(qū)域的紅外一體化接收頭HS0038的輸出端連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。P2.7用于輸出38kHz方波信號控制紅外發(fā)射模塊。P1.4-P1.6作為單片機的輸出管腳，控制報警模塊。

4、報警模塊

報警模塊由3個LED和三個電阻構成，共陽極相接，用來顯示當前狀態(tài)，D1判斷用戶的進出，D2判斷銀行卡的插拔，D3用來報警。當單片機相應管腳P1.4-P1.6輸出低電平時，對應LED亮起。

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

四、系統(tǒng)軟件設計

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，單片機發(fā)送38kHz方波控制紅外發(fā)射裝置，持卡人檢測模塊與銀行卡檢測模塊進入檢測狀態(tài)，檢測模塊實時向單片機傳送解調后的數(shù)字信號。持卡人進入操作區(qū)插卡后，設備檢測到銀行卡進入插卡口，此時系統(tǒng)監(jiān)控銀行卡和持卡人狀態(tài)，若判斷到銀行卡取出，則本次服務結束，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)，則轉而進行持卡人狀態(tài)判斷，若持卡人離開，則觸發(fā)報警裝置，進行時長為30s的提醒，報警結束后，系統(tǒng)重新初始化；若持卡人未離開，則轉而繼續(xù)進行銀行卡狀態(tài)判斷。

2、紅外發(fā)射程序設計

本裝置所需紅外脈沖頻率為38kHz，該頻率可利用單片機定時器產(chǎn)生。在單片機工作方式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)生關鍵程序代碼如下：

3、紅外檢測程序設計

持卡人檢測區(qū)的紅外接收模塊負責檢測持卡人狀態(tài)。當持卡人進入檢測區(qū)，遮擋發(fā)射模塊的紅外信號，紅外接收模塊向單片機輸出低電平。各接收頭分別與單片機不同端口連接，單片機通過電平輸入的端口號，獲得紅外接收頭序號。當Q1、Q2依次被遮擋，即P1.0與P1.1先后檢測到低電平，說明持卡人走進ATM設備區(qū)域；相反，如果Q2、Q1依次被遮擋，說明持卡人離開ATM設備區(qū)域。

五、系統(tǒng)仿真

將程序寫入單片機運行，紅外發(fā)光二極管兩端檢測到的方波如圖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，且方波信號明顯，占空比理想[7]，完全符合HS0038紅外信號接收條件。

利用Proteus軟件驗證電路設計的正確性。仿真電路圖如圖6所示。

模擬報警過程時，紅外一體化接收頭HS0038用開關代替，開關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，開關打開電路斷電平高，開關閉合接地電平為低。

圖7所示，SW8、SW9依次閉合，模擬持卡人經(jīng)過紅外接收裝置，進入ATM設備操作區(qū)。利用SW6、SW7先后閉合，模擬銀行卡插入ATM設備。當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LED 亮，即系統(tǒng)報警。

以上仿真結果表明，報警裝置設計正確，且達到預期要求。

六、結論及意義

本文所述是針對持卡人在ATM設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構成的智能報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)所采用的紅外檢測方式成熟穩(wěn)定，可靠性高，檢測靈敏，系統(tǒng)整體高度智能化，能夠真正實現(xiàn)有效的自助安全守護。若其廣泛使用，對防止相關金融案件發(fā)生、降低ATM自助存取款風險，必將起到積極作用。