智能門禁的可編程高效節(jié)能電源的設(shè)計(jì)

　　入口門禁系統(tǒng)顧名思義就是對(duì)出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)的門鎖基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是單純的機(jī)械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多么合理，材料多么堅(jiān)固，人們總能用通過各種手段把它打開。在出入人很多的通道(象辦公室，酒店客房)鑰匙的管理很麻煩，鑰匙丟失或人員更換都要把鎖和鑰匙一起更換。為了解決這些問題，就出現(xiàn)了電子磁卡鎖，電子密碼鎖，這兩種鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對(duì)出入口通道的管理程度，使通道管理進(jìn)入了電子時(shí)代，但隨著這兩種電子鎖的不斷應(yīng)用，它們本身的缺陷就逐漸暴露，磁卡鎖的問題是信息容易復(fù)制，卡片與讀卡機(jī)具之間磨損大，故障率高，安全系數(shù)低。密碼鎖的問題是密碼容易泄露，又無從查起，安全系數(shù)很低。同時(shí)這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品由于大多采用讀卡部分(密碼輸入)與控制部分合在一起安裝在門外，很容易被人在室外打開鎖。這個(gè)時(shí)期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當(dāng)時(shí)的門禁系統(tǒng)通常被人稱為電子鎖，應(yīng)用也不廣泛。

　　本文提出一種利用主機(jī)參與電源供電管理，使智能門禁可自動(dòng)進(jìn)入休眠，具有高效節(jié)能的電源電路模型。模型的特點(diǎn)是"電源一主機(jī)" 一體化，使得系統(tǒng)用電可實(shí)現(xiàn)全方位軟件控制，實(shí)際使用時(shí)可獲得實(shí)質(zhì)性高效節(jié)能效果。模型的研究內(nèi)容包括由用戶鑰匙啟動(dòng)供電機(jī)制、主機(jī)取代用戶鑰匙維持系統(tǒng)供電并由主機(jī)定時(shí)斷電方法、軟件控制F的系統(tǒng)分區(qū)供電機(jī)制等。實(shí)用表明用本模型供電的智能門禁符合人們?nèi)粘Ｊ褂瞄T禁用電要求，節(jié)能效果顯著，安全可靠。

　　1 邏輯模型

　　圖1所示是可使系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，可分時(shí)分區(qū)供電的智能門禁供電電源的邏輯模型圖。電源供電順序分為3級(jí)：

　　(I)為電網(wǎng)電壓變換級(jí)， 由雙路變壓器、主、輔電源整流、濾波等環(huán)節(jié)構(gòu)成;

　　(2)為主機(jī)、動(dòng)力部件供電級(jí)，由鑰匙啟動(dòng)供電電路、功率開關(guān)、程控電路及穩(wěn)壓電路等組成;

　　(3)分時(shí)分區(qū)供電級(jí)，由多路功率電子開關(guān)、穩(wěn)壓電路及控電路等組成。

　　圖I電源邏輯模型

　　1.1 鑰匙啟動(dòng)供電機(jī)制

　　開關(guān)電源模塊是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的新一帶開關(guān)電源產(chǎn)品，主要應(yīng)用于民用、工業(yè)和軍用等眾多領(lǐng)域，包括交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。由于采用模塊組建電源系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、系統(tǒng)升級(jí)容易等特點(diǎn)，模塊電源的應(yīng)用越來越廣泛。尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣，模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開關(guān)的大量使用，模塊電源功率密度越來越大，轉(zhuǎn)換效率越來越高，應(yīng)用也越來越簡單。產(chǎn)業(yè)投資不斷增加，市場需求逐步攀升。

　　這里的"鑰匙"是廣義的，可以是任何一種能用于智能門禁開鎖的特征信息載體。鑰匙啟動(dòng)供電電路由輔助電源供電，因作用時(shí)問短質(zhì)量要求不高，直接取自輔助電源的濾波輸出。當(dāng)鑰匙作用于鑰匙啟動(dòng)供電電路時(shí)，其輸出經(jīng)二極管D1使大功率電子開關(guān)導(dǎo)通，主電源濾波輸出，經(jīng)主機(jī)電源穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后向主機(jī)供電。圖I電源邏輯筷塑。

　　1.2 供電控制向量

　　由圖I可知，鑰匙啟動(dòng)供電之后，整個(gè)系統(tǒng)的供電都是在供電控制向量(記著PowerCON)的控制下進(jìn)行的。供電控制向量占用主機(jī)1個(gè)字節(jié)寬度的端口。POWERCON—D7控制二極管D2的陽極電壓;POWERCON·D6控制動(dòng)力電源電子開關(guān);其它6位用于分時(shí)分區(qū)供電控制。

　　1.3 主機(jī)供電自控機(jī)制

　　當(dāng)鑰匙開啟主機(jī)電源，主機(jī)執(zhí)行的第一條指令就是通過電源口址給D2的陽極加上正電壓，進(jìn)而取代鑰匙的供電控制作用，即在鑰匙離開電源開啟位置或無法使D1陽極維持高電平時(shí)，主機(jī)電源的控制信號(hào)由電源端口提供。當(dāng)用戶超過一定的時(shí)間不操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)這一功能，主機(jī)必須設(shè)置一個(gè)定時(shí)中斷源。定時(shí)It~lhl在機(jī)接管電源控制后的初始過程中設(shè)置。用戶不操作系統(tǒng)是指用戶不用鑰匙或不通過鍵盤操縱系統(tǒng)兩種情況。設(shè)主機(jī)連續(xù)亡作時(shí)問為T，KK為在T中系統(tǒng)是否被用戶操作標(biāo)志，即KK=1表示在T內(nèi)用戶操作r系統(tǒng)，否~l1]KK=0。KK在系統(tǒng)的鍵盤掃描子程序中賦值。以RT為定時(shí)計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)主機(jī)自斷電算法如下：

　　1.4 分時(shí)分區(qū)供電機(jī)制

　　一些外部電路、部件、設(shè)備等不一定要和主機(jī)同步用電，也不需要維持和主機(jī)一樣的用電時(shí)間，例如以圖像識(shí)別信息為鑰匙的系，圖像的采樣功耗較大，但一般只是在采樣時(shí)刻出現(xiàn)，沒必要讓其和主機(jī)一樣地供電，應(yīng)采用何時(shí)啟用何時(shí)供電的方法控制使用電源;同樣，在主機(jī)電路板上，也可以按電路功能分塊供電，例如將一些不常用的接VI集成為一個(gè)電路模塊，需要時(shí)由主機(jī)先通過操作電源端口給其供電，然后再進(jìn)行相應(yīng)的端口操作。POWERCON低6位用于實(shí)現(xiàn)分時(shí)分區(qū)供電功能。每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)功率電子開關(guān)，6NI"共用一個(gè)穩(wěn)壓源，實(shí)用時(shí)應(yīng)注意6路功率總和是否在穩(wěn)壓源的負(fù)荷之內(nèi)。在負(fù)荷不成問題的情況下，主機(jī)可通過程改變POWERCON低6位取值實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)部分的分時(shí)分區(qū)供電。器件的壽命與其用電時(shí)間有關(guān)，通過分時(shí)分區(qū)供電可以減少部分器件的用電時(shí)間，因而有助于延長設(shè)備的壽命。

　　2 實(shí)用電路

　　圖2所示是介紹的系統(tǒng)電源實(shí)際電路圖的主機(jī)電源和分時(shí)分區(qū)電源部分，動(dòng)力電源電路較為簡單，未予畫出。鑰匙為像，光電傳感器對(duì)像卡操作進(jìn)行檢測。當(dāng)像卡使光電偶合信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，鑰匙啟動(dòng)電路輸出高電位，經(jīng)兩個(gè)二極管使三極管T2(903 1)開通，從而使T 1(T1 P127)開通。這里T1、T2構(gòu)成主電源功率開關(guān)。由T1輸出的濾波電壓經(jīng)4個(gè)二極管(1N4001)降壓，達(dá)到穩(wěn)壓管W1、W2(LM323K)輸入電壓的要求，wl提供主機(jī)電源，W2提供分時(shí)分區(qū)電源。主機(jī)系統(tǒng)以89C51為核心器件，利用89C51固有的并行接口P I對(duì)電源進(jìn)行編程控制。P 1.o/11于接管鑰匙控制。P1.1控制動(dòng)力電源供電(未畫)。P1.2控制取樣電源，功率開關(guān)T3，根據(jù)取樣工作時(shí)的電流負(fù)荷選用9013。P1.3控制端口電源，功率開關(guān)T4，根據(jù)端VI電路模塊工作時(shí)的電流負(fù)荷也選用90l 3。89C5I執(zhí)行的第1條指令是SETB PI.0;當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)工作T，89C51在時(shí)間中斷服務(wù)程序中執(zhí)行CLR P1.0指令，使P 1.0=0，經(jīng)兩個(gè)二極管(IN4001)使T2截止，進(jìn)而T I截止，系統(tǒng)自動(dòng)斷電。K為手動(dòng)控制開關(guān)。在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)將K合上，T1不受鑰匙和P1.0的控制，而P1.2、P1.3照常工作。

　　圖2 可編程電源實(shí)例圖

　　3 實(shí)質(zhì)性節(jié)能措施

　　所謂電器設(shè)備節(jié)能是指在滿足同樣功能的前提下，減少用電。電子設(shè)備常用的節(jié)能辦法有器件節(jié)能法，即改高耗能元器件為低耗能元器件，如單片機(jī)有CMOS芯片和HMOSg片之分;交流電的導(dǎo)通角控制法，即在一個(gè)周期內(nèi)，通過控制供電份額減少無用輸出。圖1方案除了可使用常用節(jié)能辦法之外，更重要的是結(jié)合門禁使用特點(diǎn)，借助主機(jī)從3個(gè)方面實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性節(jié)能。

　　3.1 休眠節(jié)能

　　日常生活中操作門禁時(shí)間是很短的，絕大多數(shù)時(shí)間不需理睬門禁，在漫長的不操作時(shí)間內(nèi)，圖1方案自動(dòng)停止對(duì)系統(tǒng)供電，使系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。圖2電路供電下的系經(jīng)湖南省電子產(chǎn)品檢測分析所測試，開鎖狀態(tài)的最大功耗為小于40W，而休眠狀態(tài)功耗小于30roW.

　　3.2 有的放矢

　　程控分時(shí)分區(qū)供電使得系統(tǒng)的用電效率進(jìn)一步提高。供電設(shè)備的選擇，可以通過系統(tǒng)鍵盤，可以通過程序邏輯決策，也可以通過其它特定方式。程序控制下的用電主要是針對(duì)某一特殊功能，某一特定時(shí)間段等，啟動(dòng)某一特殊功能的電路模塊或設(shè)備，用電時(shí)間肯定小于T。這是系統(tǒng)在蘇醒狀態(tài)下，主機(jī)參與用電控制而帶來的實(shí)質(zhì)節(jié)能方法之一。

　　3.3 按需供電

　　動(dòng)力電源一般比主機(jī)電源電壓高，主要用于驅(qū)動(dòng)電磁、微型步進(jìn)電機(jī)及微型直流電機(jī)等鎖舌驅(qū)動(dòng)部件。由圖1可知，當(dāng)不需要提供動(dòng)力電源時(shí)，由主機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力電源電子開關(guān)控制信號(hào)。系統(tǒng)需要驅(qū)動(dòng)鎖舌時(shí)，主機(jī)按電源口址用指令打開相應(yīng)的功率電子開關(guān)，進(jìn)而動(dòng)力電源被JlnN鎖舌驅(qū)動(dòng)部件上，接下來主機(jī)運(yùn)行鎖舌驅(qū)動(dòng)程序。不同的驅(qū)動(dòng)部件有不同的驅(qū)動(dòng)程序，因而導(dǎo)致不同的用電方式。在主機(jī)軟件控制下的動(dòng)力電源是在系統(tǒng)需要驅(qū)動(dòng)鎖舌時(shí)才進(jìn)入用電設(shè)備。不需要驅(qū)動(dòng)鎖舌時(shí)，鎖舌驅(qū)動(dòng)部件幾乎無功耗。

　　4 結(jié)束語

　　根據(jù)門禁在日常生活中的實(shí)際使用情況，給智能門禁建立切合實(shí)際的用電機(jī)制是研究智能門禁不可回避的現(xiàn)實(shí)問題。本文從實(shí)用出發(fā)，建立"電源一主機(jī)"一體化工作機(jī)制，解決了如下兩個(gè)問題：(I)智能門禁系統(tǒng)用電的全方位軟件控制;(2)實(shí)質(zhì)性高效節(jié)能。

　　"電源一主機(jī)"一體化工作機(jī)制進(jìn)一步提高智能門禁的智能程度，有助于系統(tǒng)延長壽命，并為在額定壽命中實(shí)現(xiàn)0故障的理想目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本模已在所述系統(tǒng)中應(yīng)用，取得了較好的效果。 "電源一主機(jī)"一體化工作模式也可以借鑒于其他需要主機(jī)自控電源的系統(tǒng)，需要分時(shí)分區(qū)供電的系統(tǒng)。