孫瑞軒,郝虎全,肖 磊

(河北省自動化研究所有限公司，河北 石家莊 050081)

0 引言

隨著經(jīng)濟與科技快速發(fā)展，新型金融犯罪手段也不斷出現(xiàn)，銀行在安防方面面臨著諸多挑戰(zhàn)。國內(nèi)銀行在運鈔箱轉(zhuǎn)運流程中，為保證運鈔箱安全，一般沿用簽字交接、鎖眼封條等傳統(tǒng)方式，存在著手續(xù)流程繁瑣、人為主觀干預(yù)性較強等問題，這些都會對運鈔箱的安全性產(chǎn)生不利影響。NB-IoT技術(shù)憑借其低功耗、廣覆蓋和低成本優(yōu)勢特點[1]，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政、環(huán)保、水利水電等行業(yè)[2-6]，本文針對運鈔箱轉(zhuǎn)運流程實現(xiàn)智能化、數(shù)字化監(jiān)管，利用NB-IoT技術(shù)設(shè)計了一套運鈔箱智慧管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文所述運鈔箱智慧管理系統(tǒng)，主要由運鈔箱狀態(tài)監(jiān)測模塊、門禁檢測模塊、信息采集模塊、系統(tǒng)管理軟件和數(shù)據(jù)庫組成。運鈔箱在進行交接過程中，交接人員通過信息采集模塊進行身份確認(rèn)和錄入，同時交接人員需確認(rèn)所交接運鈔箱的身份識別碼，在人員和運鈔箱身份均確認(rèn)無誤后可進行運鈔箱的交接；門禁檢測模塊安裝于交接通道中的安全門處，主要包括RFID識別設(shè)備和NB-IoT DTU，當(dāng)運鈔箱通過時， RFID識別設(shè)備能夠識別通過該區(qū)域的運鈔箱身份識別碼，并通過NB-IoT DTU將識別碼發(fā)送至云服務(wù)器；狀態(tài)監(jiān)測模塊安裝于運鈔箱內(nèi)，用于監(jiān)測運鈔箱的開閉狀態(tài)，該狀態(tài)數(shù)據(jù)可通過NB-IoT進行上傳；系統(tǒng)管理軟件布置于銀行系統(tǒng)各運鈔箱管理部門，用于對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的操作和顯示；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫搭建于云端，實現(xiàn)所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲、分析和傳輸。

管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)日常運鈔箱交接的無紙化、數(shù)字化操作，同時對于運鈔箱異常開啟能夠及時報警，可以有效提升銀行對運鈔箱管理的安全性。

2 硬件設(shè)計

運鈔箱智慧管理系統(tǒng)硬件部分主要包括運鈔箱狀態(tài)監(jiān)測模塊、門禁檢測模塊和信息采集模塊，三類模塊分別實現(xiàn)對運鈔箱開閉狀態(tài)、出入庫狀態(tài)和交接人員信息的監(jiān)測。

2.1 狀態(tài)監(jiān)測模塊設(shè)計

狀態(tài)監(jiān)測模塊主要由MCU、NB-IoT模塊、開關(guān)感應(yīng)器和電源模塊組成，該模塊安裝于運鈔箱內(nèi)部，可實現(xiàn)對運鈔箱開閉狀態(tài)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)無線上傳功能。

根據(jù)監(jiān)測模塊使用場景和頻度，同時考慮模塊使用的人性化，避免頻繁更換電池，該模塊采用低功耗設(shè)計，更換電池后可使用3個月以上。監(jiān)測模塊MCU選用MSP430系列MSP430F5529IPNR單片機，該處理器芯片可實現(xiàn)超低功耗：在激活模式下，所有系統(tǒng)時鐘激活，8MHz 頻率下閃存程序執(zhí)行時為 290μA/MHz；在待機模式下，供電在3.0V時芯片電流為1.4μA；在關(guān)閉模式下，完全RAM保持、電源監(jiān)視器可用、可以快速喚醒，供電電壓為3.0V 時芯片電流為1.1μA。MSP430F5529IPNR處理器芯片最小系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。

圖1 MSP430F5529IPNR最小系統(tǒng)電路原理圖

NB-IoT模塊選擇有人物聯(lián)網(wǎng)公司的NB73-G模塊，該模塊可以外置SIM卡槽和NB-IoT天線。該模塊具有高覆蓋的特性，比LTE提升20dBm增益，在地下車庫，深井等場景場景下依然可用。該模塊通過USART與單片機通信，初始化過程中設(shè)置通信目標(biāo)服務(wù)器及端口等信息即可開始正常工作。NB-IoT模塊電路原理圖如圖2所示。

圖2 NB-IoT模塊電路原理圖

開關(guān)感應(yīng)器主要由開關(guān)和磁鐵構(gòu)成，其中，開關(guān)部分主要是一個常開型的干簧管；磁鐵部分主要是一個內(nèi)部含有永久磁鐵的永磁體，用于提供穩(wěn)定的磁場。當(dāng)開關(guān)與磁鐵間隔非常近，即智慧監(jiān)測模塊處于關(guān)閉狀態(tài)時，開關(guān)感應(yīng)器處于工作狀態(tài)；而當(dāng)開關(guān)部分與磁鐵部分間隔較遠(yuǎn)，即智慧監(jiān)測模塊處于打開狀態(tài)時，開關(guān)感應(yīng)器處于關(guān)閉狀態(tài)。該部分電路原理圖如圖3所示。

圖3 開關(guān)感應(yīng)器電路原理圖

電源模塊選用3.8V鋰電池組為監(jiān)測模塊供電，電源模塊內(nèi)部采用662K輸入電壓轉(zhuǎn)化為合適的電壓，662K是一款高精度的穩(wěn)壓芯片，輸出電壓偏差±2%，最大工作電壓：6.0V，當(dāng)Vin=3.8V且Vout=3.3V時Iout=300mA，可以滿足智慧監(jiān)測模塊的供電需求，如圖4所示。

圖4 電源模塊電路原理圖

2.2 門禁檢測模塊設(shè)計

門禁檢測模塊主要包括RFID識別設(shè)備和NB-IoT DTU。RFID識別設(shè)備采用UHF超高頻電子標(biāo)簽一體機，輸出功率達(dá)至30dBm(可調(diào))，配置12dBi天線，典型識別距離1～5米，工作頻率FCC 902～928MHz。本系統(tǒng)中使用RS232接口對RFID識別設(shè)備進行參數(shù)設(shè)置，使用RS485接口將標(biāo)簽數(shù)據(jù)通過NB-IoT DTU發(fā)送至數(shù)據(jù)庫；NB-IoT DTU選用有人物聯(lián)網(wǎng)公司的USR-NB700 V2產(chǎn)品，該款DTU支持串口數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)的雙向透傳。通過門禁檢測模塊，運鈔箱出入庫數(shù)據(jù)信息將與交接信息自動匹配并上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，門禁檢測模塊功能示意圖如圖5所示。

圖5 門禁檢測模塊功能示意圖

2.3 信息采集模塊設(shè)計

信息采集模塊主要包括身份證閱讀器、指紋采集器，此模塊用于將進行運鈔箱派發(fā)和收回交接工作的人員信息錄入系統(tǒng)并存儲至數(shù)據(jù)庫。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件部分主要包括數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)應(yīng)用軟件，數(shù)據(jù)庫用于存儲系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)并實現(xiàn)與各模塊和系統(tǒng)應(yīng)用軟件進行數(shù)據(jù)交互。

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計搭建

數(shù)據(jù)庫搭建于云服務(wù)器上，具有易于部署、安全性高、可維護性好和顯著降低用戶使用成本等優(yōu)勢。系統(tǒng)在云服務(wù)器中預(yù)裝了SQL Server 2016，通過Microsoft SQL Server Management Studio可對其進行數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)查詢等工作。數(shù)據(jù)處理軟件中集成了對數(shù)據(jù)庫的讀寫操作，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時存儲、按需調(diào)取數(shù)據(jù)等功能。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計編制

系統(tǒng)應(yīng)用軟件基于B/S架構(gòu)設(shè)計搭建，采用JavaScript語言編制，具有運鈔箱數(shù)據(jù)實時顯示、歷史報警數(shù)據(jù)查詢、歷史交接記錄和人員管理等功能，用戶可實時觀察所有運鈔箱的監(jiān)測數(shù)據(jù)，有助于其快速判斷運鈔箱的實時狀態(tài)并執(zhí)行相應(yīng)措施進行處理。系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要包含5個功能：出入庫管理、人員管理、歷史交接記錄、運鈔箱狀態(tài)顯示和報警信息記錄，運鈔箱派出和接收時軟件工作流程分別如圖6、圖7所示。

圖6 運鈔箱派發(fā)軟件工作流程圖

圖7 運鈔箱接收軟件工作流程圖

4 結(jié)束語

運鈔箱作為銀行現(xiàn)金流轉(zhuǎn)的重要載體，其在押運轉(zhuǎn)運過程的安全性一直備受重視。本文研發(fā)的基于NB-IoT的運鈔箱智慧管理系統(tǒng)，充分利用NB-IoT的廣覆蓋、低功耗和低成本優(yōu)勢，為對運鈔箱押運轉(zhuǎn)運流程實現(xiàn)數(shù)字化、智能化監(jiān)管提供了一套有效的解決方案。