摘要：综合应用多种类型传感器可以将开关量进行统一数字编码，并结合集成芯片进行数字逻辑判断，可以实现针对流程相对固定、操作统一规范的“技防”设备的开发。此全电路方式具备单片机上电即工作的高效率，且免除了软件开发过程，也无需任何操作系统，即可实现智能化工作，开发成本低且开发进度快。在后期维护方面，无需专业人员，只需对使用人员进行简单培训，即可通过更换备件的方式，及时迅速排除故障。本文主要介绍使用光电传感器、接近传感器、磁控元件、集成芯片等成品装置或元器件，探索并实践全电路智能化设备的低成本开发的实例。

关键词：验证柜台；传感器；数字逻辑；软布防；技防

在各个机场、车站、口岸等需要逐一比对人、证（票）的通行关口中，存在着票、登机牌、护照等通关凭证上漏盖验讫章或者漏验人员的风险。漏验、漏章会给相关单位、执勤人员、当事人以及其他关联人员带来不小的影响和麻烦，有些机场甚至出现过因漏检而导致航班延误、旅客复检的情况。尽管漏检、漏章发生的概率很小，但在当前国内外对公共安全高度重视的情况下，漏验或者漏章就很可能让某些不良企图者有机可乘，从而对公共安全构成威胁。

在当前各种技术防范手段日新月异的情况下，解决验证柜台漏验、漏章问题的技防方案相对较少，或者附带此功能的方案造价较高，如人脸识别方案，此类高端方案受审批、资金、工程规模等因素的制约，实现周期比较长且需要对现有场地进行大规模改造，给正常工作带来一定影响，并且后续维护成本较高。此外，在实际使用过程中，如遇故障导致重启系统，也会由于自检时间等原因，导致通关流程中断现象明显。因此，本案旨在针对大部分的验证柜台（安检、边检、客运），利用传感器和集成电路设计并开发出一套低成本、易实现、易维护的通用设备，迅速响应且通电即可工作。该设备专用于票、证检查（核对）关口容易出现的纰漏，提供技术防范措施。从某种意义上来说，本案提出了一套功能齐全、实现简单易行、针对性强且低成本的解决方案。经过对机场安检的前期调研，从现场勘查以及工作规范与制度中提炼出一般票证检查的流程和易出现的问题。具体流程如下：检查员就位，受检人员排队依次接受检验，检查员接过票、证，逐一对被检人员进行人、证（票）比对，合格后在相应处加盖验讫章放行。在此过程中，检查员应注意有无未被检查的人员自行通过验证台进入后续流程，同时，在被放行人员通过验证柜台时，检查员需注意观察是否有人尾随越过检查环节。然而，在高峰期，检查员可能面临较大压力。并且可能偶遇特殊情况，如检查员精神状态不佳，需要询问受检人员以进一步核实等。

在这些情况下，可能出现其他排队人员因某些原因脱离检查人员视线，未经检查直接进入后续流程。

根据流程和问题的总结，我们规划在技防方面应实现以下几个功能：

①避免未验票证及须盖章物品如登机牌（票）、护照未被加盖验讫章的功能；

②警示出现未经检验者越过验证环节擅自进入后续流程的功能；

③协助并监督检查人员规范操作的功能；

④对允许范围内人员进行非单方同时确认例外放行的功能。

其中，第①、②、③项功能为主要功能。

在功能确定后，物理实现方式多采用单片机或其他小型化智能平台实现。考虑到目标流程中需要监测的关键点数量较少，可以使用位数较少的数字化编码。只采用单片机外围器件来实现逻辑功能，以免去代码编写的麻烦。这样既可以兼顾方案开发成本，也方便日后的维护。一旦发生故障，只需使用单位内的人员根据具体现象将相关的传感器或芯片进行更换，即可快速恢复功能，以达到快速处置的目的。具体设计过程如下：

一、防漏盖（章）模组

此模组对应实现规划功能1，即避免未验票证个须盖章物品（如登机牌、护照）未被盖章。

根据实地考察和调研了解到，曾出现检查人员由于身体状况不佳或注意力不集中，只扫描了票、证的识别信息，而未将验讫章正确盖在票、证上的现象，这是操作方面产生遗漏的一个特例，但其他原因產生的人的精力分配原因造成的漏盖验讫章偶尔会发生，此小概率事件尚无法完全杜绝，故而，作为“技防”方案，相应的功能模块应能够规范、监督和识别此套盖章动作。考虑到模型化方式，需具备以下条件：

首先，票、证应放置于指定范围；其次，验讫章应在指定范围内以一定压力按压在票、证上面，保证有印油印；最后，纸质票据的替代品（智能终端）也应当适用此模组的识别。

基于以上三点，对于检查员接过的票、证、验讫章、智能终端，包括摆放位置和验讫章压力部分的模组进行如下设计：

①在柜台桌面上预埋光电开关，用于感应票、证是否放置在规定的合理范围内；毗邻光电开关还可以预埋接近开关，用于感应代替纸质票、证的智能终端设备；

②在规定范围内的落章区设置压力板，采用微动开关作为核心元件，用于接收落章的压力并产生按压信号；

③在落章区增设干簧管，并在验讫章处内置磁铁，以磁控的方式明确落章的压力是由验讫章传导而来。磁控方式还可以避免非磁性物品或人体肢体产生的压力误触发，从而确保验证柜台仅对管理范围内的磁性物品进行验证。各功能单元设计：

（一）光电传感单元

此单元用于判决票（证）是否被正确放置于指定范围内，并输出相应的信号。它由漫反射NPN型光电开关和光电耦合器等外围器件构成，其输出的信号传输至甲块74LS138芯片的1脚，与A节点连接的时基信号保持电路单元。光电开关垂直向上安装，内嵌于壳体上表面开槽处，以凹陷下沉的方式放置。

（二）接近开关单元

此单元与光电传感单元作用类似，用于智能终端二维码代替登机牌等票据上的条形码场景。当智能终端被正确放置时，将会输出相应的位置确认信号。本单元由电感式NPN型接近开关和光电耦合器等外围器件构成，其输出信号传输至甲块74LS138芯片的3脚，与A节点连接时基信号保持电路单元。接近开关与光电开关紧密安放于壳体上表面（接近开关感应面嵌入壳体开槽处，与上表面平齐，以抵消壳体厚度对感应距离的影响）。

在使用智能终端二维码代替登机牌等票据上的条形码场景中，由于无需盖章，本案设计思路为：在智能终端被上述傳感器识别到的情况下，用验讫章空压盖章区进行虚拟盖章，以补全判决信号数据位。

（三）磁控及微动开关组单元

该单元的作用是感知验讫章是否到位，并施加一定压力时盖章印出章印。验讫章内含磁铁，盖章时逼近壳体上表面内所埋干簧管，使其导通，完成验讫章就位判决。当施加一定外力将验讫章向下压时，微动开关导通，完成盖章成功（有章印）判决。根据实际情况，微动开关属于频繁承压器件，易损耗。为了防止微动开关因长时间频繁使用而失效，以至于影响整个装置的正常工作，采用单微动开关和单干簧管串联成组，构成“与”逻辑后，将多个串联组进行并联形成“或”逻辑的方式，放置在电路中，可有效避免易损器件因单点失效而导致的问题。

在判决压力功能方面，这样的设计确保了承受机械压力的机构不会出现单点失效；在判决验讫章是否到位的功能方面，这样的设计可以避免不同人员习惯差异带来的磁感判决偏差。

此单元输出的压力和磁控串联“与”逻辑信号，传输至甲块74LS138芯片的2脚。

以上三个单元在验证柜台桌面下壳体内的相对位置如图1所示。

二、布、撤防与放行模组

此模组对应实现规划功能2，以避免未经检验者越过本流程擅自进入后续流程，并对例外放行的情况进行技术监管。

在票、证检验期间，必须防止未经检验人员通行，完成检验并确认合格后，才会给予放行。在实际工作中，检查员应当礼貌地目送过检人员通过验证柜台，同时可观察是否有尾随人员。

通常情况下，逐一放行关口由通过闸机来实现。但在本案应用场景中，公共场所必须考虑紧急疏散的需求，因此不适合使用闸机这类硬物理设施。取而代之的是使用软物理手段，即设置带有感应区的光栅来进行布防，并辅助监控人员的操作。当确认检验合格并准备放行时，检查员按下放行按钮以确认操作，同时礼貌地目送被检人员进入通道入口。此时，由于放行按钮已被按下，光栅失去电力供应，人员通过时不会触发报警。

在有些情况下，工作人员可能因为换岗等原因需要经过布防区，或者被检人员可能中止流程后需要逆向离开通道，均会触发已经处于布防状态的光栅发出报警信号。因此，需要在有人引导和监管的模式下进行例外放行，也就是光栅临时撤防功能。通过一个逻辑电路可以实现这一功能：换岗工作人员或者负责引导逆行退出的工作人员按下远端光栅处按键，再由柜台内的检查员按下放行按钮，形成“与”逻辑。在此逻辑下，光栅可以临时撤防，以便人员通过。由于是“与”逻辑的相关操作，这意味着至少有两名工作人员来监管例外放行事件，以防止误触发行为，目的是确保例外放行行为不会出现单方面的确认，从而保证安全万无一失。

三、逻辑判决模组

以上经过模型化梳理的逻辑功能模组，需要集中进行逻辑判决。为了最大限度减少开发和生产成本，常规方法是通过软件或单片机实现。本案采用的方法是将各个功能模组输出的信号（不超过7个）进行二进制编码，形成三位二进制数据，并利用74LS138三－八线译码器芯片进行逻辑判决，达到性价比最优设计的目的。同时，为了方便插拔更换和降低运维难度，芯片上设计了芯片座，极大降低运维难度。具体连接方式为：

74LS138芯片的16脚为正电源输入端，8脚接电源地，1脚、2脚、3脚分别接收各个功能模组输出的信号形成的三位二进制数据D0、D1、D2，15脚至9脚以及7脚为8个非逻辑输出端。

（一）电源转换单元

由于市面上各类主流传感器的工作电压范围一般为直流12V及以上，而本案逻辑判决单元所用的核心IC芯片74LS138，工作电压最高只有直流5V，故用三端稳压集成电路7805为逻辑判决单元核心器件74LS138芯片供电。

（二）传感器信号逻辑编码单元（桌面组）

该单元由一片74LS138为核心构成，在电路中的编号为74LS138甲，并具备即时提醒功能，其提示范围控制在柜台范围内，利用中等强度的声音和光线提示检查员及时纠偏。

本单元的基本工作原理是将防漏盖（章）模组中光电传感单元的信号转变为数据D0，磁控及微动开关组单元的信号转变为数据D1，接近开关单元的信号转变为数据D3，然后对这些信号进行统一编码，使用二进制进行逻辑编码以便进一步分析和处理。

传感器信号逻辑编码单元（桌面组）单元芯片真值表和节点与管脚对应关系如表1：

（三）信号保持单元

为了在统一判决（按下放行按钮）前能保持一段时间的非同步信号，需要设计信号保持单元，实现类似内存的功能。此单元还具有操作流程的时间窗口作用，如果操作时间超过窗口设置，即判定为流程中断，系统将自动复位，检查员可重新进行判决，这样可以避免因中断可能导致的遗忘和流程缺失。

此单元由3片555芯片为核心组成，能够接收光电传感单元、接近开关单元、逻辑判决单元甲的输出信号，并通过延时的方式保持一定时间，然后提供给逻辑判决单元乙的输入端2A1和2A2。如果检查员的操作明显快于时间窗口设置，在光电传感单元或接近开关单元有输出信号时，系统将认定为下一检查周期的开始，并对系统进行针对下一周期的操作，自动复位。

在具体过程中，芯片555甲起复位作用，当其接收到光电传感单元或接近开关单元低电平信号后，会发出一个窄脉冲，对芯片555乙和芯片555丙进行复位操作。芯片555乙接收到逻辑判决单元甲输出的低电平信号后，会发出高电平信号“2A1”给逻辑判决单元乙的芯片74LS138乙的2脚。此外，设计中还考虑到条形码或二维码的扫描功能。当终端电脑成功扫描后，会通过驱动蜂鸣器发声的方式表示扫码成功，扫描头的蜂鸣器脉冲信号可以被采样利用。因此还设置了芯片555丙，用于接收采样到的扫描头蜂鸣器的脉冲信号，并将发出高电平信号于2A2节点，供逻辑判决单元乙的芯片74LS138乙的3脚使用。

（四）逻辑分析判决单元乙（行为组）

74LS138乙为该单元的核心构成，作用是判决布防区撤防条件以及检测是否有非法通行行为，并在验证柜台之外的范围内，通过广播强声、光警示信号来提醒人们，起到比较明显的公共提示作用。当布防区出现非法通行行为时，会发出警示信号，提醒相关人员增援。在点居中，该芯片1脚接电阻和放行开关组成的分压网络连接，平时1脚经电阻接+VDD，以保持其初始状态，2A0节点处于高电平状态。当KF放行开关保持闭合时，1脚接地，使得2A0节点立即变为低电平状态。逻辑分析判决单元乙（行为组）芯片真值表和节点与管脚对应关系如表2。

四、结束语

①本案验证了电子电路可用于二进制编码与流程节点之间的逻辑对应；

②通过延时电路建立的时间窗可起到1位数据的缓存作用；

③仅使用电子电路，对采集到的多路信号按逻辑电平分多次进行逐级判决或筛选，不通过可编程器件也能实现一定的智能应用。

作者单位：冯浩 吉林省民航机场集团有限公司信息管理部

参  考  文  献

[1]季顺宁，聂佰玲.传感器与自动检测技术[M].北京：机械工业出版社，2019.106-107.

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[3]卢松柏，王春，高莉春.浅析传统基建企业新基建发展切入点于着力点[J].网络安全和信息化，2021，1：37-38.