一種智能門(mén)禁的可編程高效節能電源的實(shí)現

　入口門(mén)禁系統顧名思義就是對出入口通道進(jìn)行管制的系統，它是在傳統的門(mén)鎖基礎上發(fā)展而來(lái)的。傳統的機械門(mén)鎖僅僅是單純的機械裝置，無(wú)論結構設計多么合理，材料多么堅固，人們總能用通過(guò)各種手段把它打開(kāi)。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(wèn)題，就出現了電子磁卡鎖，電子密碼鎖，這兩種鎖的出現從一定程度上提高了人們對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(zhù)這兩種電子鎖的不斷應用，它們本身的缺陷就逐漸暴露，磁卡鎖的問(wèn)題是信息容易復制，卡片與讀卡機具之間磨損大，故障率高，安全系數低。密碼鎖的問(wèn)題是密碼容易泄露，又無(wú)從查起，安全系數很低。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(mén)外，很容易被人在室外打開(kāi)鎖。這個(gè)時(shí)期的門(mén)禁系統還停留在早期不成熟階段，因此當時(shí)的門(mén)禁系統通常被人稱(chēng)為電子鎖，應用也不廣泛。

　　本文提出一種利用主機參與電源供電管理，使智能門(mén)禁可自動(dòng)進(jìn)入休眠，具有高效節能的電源電路模型。模型的特點(diǎn)是"電源一主機" 一體化，使得系統用電可實(shí)現全方位軟件控制，實(shí)際使用時(shí)可獲得實(shí)質(zhì)性高效節能效果。模型的研究?jì)热莅ㄓ捎脩?hù)鑰匙啟動(dòng)供電機制、主機取代用戶(hù)鑰匙維持系統供電并由主機定時(shí)斷電方法、軟件控制F的系統分區供電機制等。實(shí)用表明用本模型供電的智能門(mén)禁符合人們日常使用門(mén)禁用電要求，節能效果顯著(zhù)，安全可靠。

　　1 邏輯模型

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

　�。↖）為電網(wǎng)電壓變換級， 由雙路變壓器、主、輔電源整流、濾波等環(huán)節構成；

　�。�2）為主機、動(dòng)力部件供電級，由鑰匙啟動(dòng)供電電路、功率開(kāi)關(guān)、程控電路及穩壓電路等組成；

　�。�3）分時(shí)分區供電級，由多路功率電子開(kāi)關(guān)、穩壓電路及控電路等組成。

　　1．1 鑰匙啟動(dòng)供電機制

　　開(kāi)關(guān)電源模塊是現代電子技術(shù)發(fā)展的新一帶開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，主要應用于民用、工業(yè)和軍用等眾多領(lǐng)域，包括交換設備、接入設備、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(chē)電子、航空航天等。由于采用模塊組建電源系統具有設計周期短、可靠性高、系統升級容易等特點(diǎn)，模塊電源的應用越來(lái)越廣泛。尤其近幾年由于數據業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式供電系統的不斷推廣，模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。隨著(zhù)半導體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開(kāi)關(guān)的大量使用，模塊電源功率密度越來(lái)越大，轉換效率越來(lái)越高，應用也越來(lái)越簡(jiǎn)單。產(chǎn)業(yè)投資不斷增加，市場(chǎng)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(mén)禁開(kāi)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(wèn)短質(zhì)量要求不高，直接取自輔助電源的濾波輸出。當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(kāi)關(guān)導通，主電源濾波輸出，經(jīng)主機電源穩壓電路穩壓后向主機供電。圖I電源邏輯筷塑 

　　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)系統的供電都是在供電控制向量(記著(zhù)POWERCON)的控制下進(jìn)行的。供電控制向量占用主機1個(gè)字節寬度的端口。POWERCON—D7控制二極管D2的陽(yáng)極電壓；POWERCON·D6控制動(dòng)力電源電子開(kāi)關(guān)；其它6位用于分時(shí)分區供電控制。 

　　1．3 主機供電自控機制

　　當鑰匙開(kāi)啟主機電源，主機執行的第一條指令就是通過(guò)電源口址給D2的陽(yáng)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(kāi)電源開(kāi)啟位置或無(wú)法使D1陽(yáng)極維持高電平時(shí)，主機電源的控制信號由電源端口提供。當用戶(hù)超過(guò)一定的時(shí)間不操作系統時(shí)，系統應自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。為實(shí)現這一功能，主機必須設置一個(gè)定時(shí)中斷源。定時(shí)It~lhl在機接管電源控制后的初始過(guò)程中設置。用戶(hù)不操作系統是指用戶(hù)不用鑰匙或不通過(guò)鍵盤(pán)操縱系統兩種情況。設主機連續亡作時(shí)問(wèn)為T(mén)，KK為在T中系統是否被用戶(hù)操作標志，即KK=1表示在T內用戶(hù)操作r系統，否~l1]KK=0。KK在系統的鍵盤(pán)掃描子程序中賦值。以RT為定時(shí)計數器，實(shí)現主機自斷電算法如下：

　　1．4 分時(shí)分區供電機制

　　一些外部電路、部件、設備等不一定要和主機同步用電，也不需要維持和主機一樣的用電時(shí)間，例如以圖像識別信息為鑰匙的系 ，圖像的采樣功耗較大，但一般只是在采樣時(shí)刻出現，沒(méi)必要讓其和主機一樣地供電，應采用何時(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)由主機先通過(guò)操作電源端口給其供電，然后再進(jìn)行相應的端口操作。POWERCON低6位用于實(shí)現分時(shí)分區供電功能。每一位對應一個(gè)功率電子開(kāi)關(guān)，6NI"共用一個(gè)穩壓源，實(shí)用時(shí)應注意6路功率總和是否在穩壓源的負荷之內。在負荷不成問(wèn)題的情況下，主機可通過(guò)程改變POWERCON低6位取值實(shí)現系統相關(guān)部分的分時(shí)分區供電。器件的壽命與其用電時(shí)間有關(guān)，通過(guò)分時(shí)分區供電可以減少部分器件的用電時(shí)間，因而有助于延長(cháng)設備的壽命。 

2 實(shí)用電路

　　圖2所示是介紹的系統電源實(shí)際電路圖的主機電源和分時(shí)分區電源部分，動(dòng)力電源電路較為簡(jiǎn)單，未予畫(huà)出。鑰匙為像 ，光電傳感器對像卡操作進(jìn)行檢測。當像卡使光電偶合信號的狀態(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(kāi)通，從而使T 1(T1 P127)開(kāi)通。這里T1、T2構成主電源功率開(kāi)關(guān)。由T1輸出的濾波電壓經(jīng)4個(gè)二極管(1N4001)降壓，達到穩壓管W1、W2(LM323K)輸入電壓的要求，wl提供主機電源，W2提供分時(shí)分區電源。主機系統以89C51為核心器件，利用89C51固有的并行接口P I對電源進(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(huà))。P1．2控制取樣電源，功率開(kāi)關(guān)T3，根據取樣工作時(shí)的電流負荷選用9013。P1．3控制端口電源，功率開(kāi)關(guān)T4，根據端VI電路模塊工作時(shí)的電流負荷也選用90l 3。89C5I執行的第1條指令是SETB PI．0；當系統連續工作T，89C51在時(shí)間中斷服務(wù)程序中執行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，系統自動(dòng)斷電。K為手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。在系統調試時(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)倒圖

　　3 實(shí)質(zhì)性節能措施

　　所謂電器設備節能是指在滿(mǎn)足同樣功能的前提下，減少用電。電子設備常用的節能辦法有器件節能法，即改高耗能元器件為低耗能元器件，如單片機有CMOS芯片和HMOS；g；片之分；交流電的導通角控制法，即在一個(gè)周期內，通過(guò)控制供電份額減少無(wú)用輸出。圖1方案除了可使用常用節能辦法之外，更重要的是結合門(mén)禁使用特點(diǎn)，借助主機從3個(gè)方面實(shí)現實(shí)質(zhì)性節能。

　　3．1 休眠節能

　　日常生活中操作門(mén)禁時(shí)間是很短的，絕大多數時(shí)間不需理睬門(mén)禁，在漫長(cháng)的不操作時(shí)間內，圖1方案自動(dòng)停止對系統供電，使系統進(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(kāi)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)分區供電使得系統的用電效率進(jìn)一步提高。供電設備的選擇，可以通過(guò)系統鍵盤(pán)，可以通過(guò)程序邏輯決策，也可以通過(guò)其它特定方式。程序控制下的用電主要是針對某一特殊功能，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備，用電時(shí)間肯定小于T。這是系統在蘇醒狀態(tài)下，主機參與用電控制而帶來(lái)的實(shí)質(zhì)節能方法之一。

　　3．3 按需供電

　　動(dòng)力電源一般比主機電源電壓高，主要用于驅動(dòng)電磁、微型步進(jìn)電機及微型直流電機等鎖舌驅動(dòng)部件。由圖1可知，當不需要提供動(dòng)力電源時(shí)，由主機產(chǎn)生動(dòng)力電源電子開(kāi)關(guān)控制信號。系統需要驅動(dòng)鎖舌時(shí)，主機按電源口址用指令打開(kāi)相應的功率電子開(kāi)關(guān)，進(jìn)而動(dòng)力電源被JlnN鎖舌驅動(dòng)部件上，接下來(lái)主機運行鎖舌驅動(dòng)程序。不同的驅動(dòng)部件有不同的驅動(dòng)程序，因而導致不同的用電方式。在主機軟件控制下的動(dòng)力電源是在系統需要驅動(dòng)鎖舌時(shí)才進(jìn)入用電設備。不需要驅動(dòng)鎖舌時(shí)，鎖舌驅動(dòng)部件幾乎無(wú)功耗。

　　4 結束語(yǔ)

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

　　"電源一主機"一體化工作機制進(jìn)一步提高 智能門(mén)禁的智能程度，有助于系統延長(cháng)壽命，并為在額定壽命中實(shí)現0故障的理想目標奠定了堅實(shí)的基礎。本模 已在所述系統中應用，取得了較好的效果。 "電源一主機"一體化工作模式也可以借鑒于其他需要主機自控電源的系統，需要分時(shí)分區供電的系統。

一種智能門(mén)禁的可編程高效節能電源的實(shí)現