CN102400599B - 带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路，包括单片机主控模块，卷门机动作控制模块，限位接口，自动上锁模块，直流电源模块，及遥控接收器模块组成，在地面与卷帘门下缘之间设置有电控锁，同时将直流卷门机限位信号输出端引入到限位接口，电控锁与控制器输出端连接，控制器上连接有遥控接收器，并配有遥控发射器，卷帘门的卷门机为直流电机，直流电源模块包括市电变压整流电路和蓄电池，两电源同时与为直流卷门机供电。本发明可关门后自动上锁，能防止关门后门被人为抬起或者撬开，其安全性能很高；利用蓄电池供电可以在市电停电时仍驱动卷门机工作，使用更加方便。

Description

带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路

技术领域

本发明涉及一种卷帘门控制技术，特别涉及一种带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路。

背景技术

目前，公知的市面上使用的控制系统可以实现遥控电动开关门功能，但是还存在诸多缺点缺陷未被解决。这些缺陷主要包括：

1、所有的电动卷帘门，当门关到底后由于门的可卷的软特性，门都能从底部抬起来，窃贼可以进入，安全性能差；即使一些面积比较大的门，人手抬不动仍可以用棍子撬起，人可以轻松的爬进去，防盗安全性能很差。这是门控行业业内已知的电动卷帘门的致命缺点，但至今无法解决。

2、电动门在停电后，无法电动开启，若想开门只能通过留在卷门机上部的手闸缓慢拉开门体，若需要完全将门打开（或者关闭）要很长时间，开关门比较困难，电动门的方便快捷性能便不复存在。另外，手闸在外部，任何人都可以开关门，安全性无法保证。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提供一种带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路。

技术方案：一种带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路，包括单片（MCU）机主控模块，卷门机动作控制模块，及遥控接收器模块组成，还包括自动上锁模块，直流电源模块，限位接口，其中所述单片机（MCU）主控模块包括控制芯片U1和驱动芯片U2。限位接口一端通过两个信号线分别连接到直流电机的上限位输出端和下限位输出端(直流卷卷门机自带限位输出接口)，另一端接分别连接在光电耦合器U3，U4的一个输入端，U3，U4的输出端分别于与U1的一个输入端连接；自动上锁模块的电磁锁固定在面上，卷帘门的下缘固定有与电磁锁配合的铁块，（若是使用电插锁，则电插锁固定在门框中下方靠近地面位置，同时在门板上对应位置有与电插锁配合的插槽）电控锁的控制端与PNP达林顿管Q1连接后与控制芯片U1输出端连接；直流电源模块包括市电变压整流电路和蓄电池，市电变压整流电路输出直流电源的一支分别连接继电器JD1和JD3的常开端，继电器JD1和JD3的线圈分别与控制芯片U1输出端连接，继电器JD1和JD3的常闭端分别与直流卷门机的开、关控制端连接；市电变压整流电路的另一支通过防逆二极管D5后与蓄电池正极连接；还包括蓄电池电量检测电路：蓄电池正负极依次串联分压电阻R15和R16，两电阻公共端通过信号线与控制芯片U1的电压信号采集端连接；所述市电变压整流电路的输出端依次通过PNP达林顿管Q2、电阻R14和二极管D6后与蓄电池正极连接，该PNP达林顿管Q2的控制端与控制芯片U1的输出端连接。该系统不仅可以适用控制电动卷帘门，同样适用于控制电动卷帘窗。

还包括红外感应模块，该红外感应模块是在门框两侧靠近地面位置处分别安装有红外对射感应器，该两侧红外对射感应器的信号线与控制芯片输入端连接。红外对射感应器的信号端连接二极管D4的负极，二极管D4的正极通过电阻R9与控制芯片U1的信号输入端连接，同时二极管D4的正极连接高电平。

所述限位接口直接通过信号线采集直流卷门机的上限位输出信号和下限位输出信号。

控制芯片U1输出端连接有报警模块，控制芯片U1检测到红外对射感应器遮断信号但无开门信号时向报警模块输入报警信号。

所述控制芯片U1为W79F825，驱动芯片U2为ULN2003，控制芯片U1通过驱动芯片U2分别控制继电器JD1、继电器JD3、继电器JD5和达林顿管Q1。

一种针对所述电路的开、锁门控制及报警控制方法，关门时控制芯片U1检测直流电机的下限位信号启动电控锁进行锁门动作；开门时控制芯片U1接收到开门信号后控制达林顿管Q1断开，使电控锁释放；开门时控制芯片U1没有接收到开门信号，并检测到红外探头被遮断启动报警。

本发明的有益效果：1、本发明针对卷帘门可以被人为抬起或者撬起的缺陷，在控制系统中加入电控锁、报警接口。当门关到底部后，直流电机上的下限位输出信号被控制系统检到，然后控制电控锁的电磁锁吸合，电磁锁吸合后产生180-300公斤或者更大的力量将体门牢牢锁定在底部，使门体无法被撬开，或者是电控锁的电插锁电控锁的电插锁的“锁舌”伸出，插入到门板的插槽中，将门体锁在底部，使门体无法被撬开，这样市面上使用的卷门机的控制系统的一个致命缺陷得到解决，若关门上锁后门还被非法开启，则可以通过控制系统的报警接口及时报警，安全性更加有保障。

2、针对停电后无法开门或者开门缺陷,系统增加后蓄电池工作电源。有市电情况下，220V市电通经变压器降压，整流桥整流后变为+24V直流电给系统控制器，直流卷门机供电，同时作为蓄电池的充电电源。若市电停电,系统会在瞬间切换到蓄电池供电，保证系统正常工作。具体的方式是：市电存在时，控制通过其A/D口检测蓄电池电量，当检测到蓄电池电量少，电压低时，接通蓄电池充电回路，蓄电池充电：当检测到蓄电池充满时，充电回路断开，充电结束。若市电断电后备蓄电池回路接通，系统使用后备电源供电，保证其正常运行。

3、本发明既解决了现用的卷帘门控制系统在关门后可以人外抬起来或者被撬开的致命缺陷，提高其防盗性能，而且又引入后备电源，确保市电停电时系统正常运行，使停电时也可电动开门，在安全性和方便性上达到了完美结合。

4、该系统不仅可以适用控制电动卷帘门，同样适用于控制电动卷帘窗。

附图说明

图1是本发明的一种安装实施图；

图2是本发明的另一种安装实施图；

图3是开、锁门控制和报警控制框图；

图4是直流电源模块的控制框图；

图5为系统控制器的电路原理图。

图中：1.卷帘门的门机（即卷门机） ，2.控制芯片U1，3.上、下限位输出信号线 ，4.限位接口，5.铁板，6.电磁锁，7.卷帘门门板,8和9为红外对射（或反射）感应器（或红外探头），10.地平面，11.控制线导管，12.24V直流卷门机，13.电控锁，14.报警接口，15.遥控发射器，16.遥控接收器，17.24V蓄电池，18.插槽，19.为电插锁。

具体实施方式

实施例一：参见图1、图3，图4和图5，电磁锁固定在地面，卷帘门下缘固定有铁板5（或者是固定在门框中下方靠近地面位置的电插锁19，同时在门板上对应位置有与电插锁配合的插槽18），卷门机安装在卷轴的一侧并封闭，控制芯片安装在电机附近或者隐藏在墙体附近箱体中。电磁锁（或电插锁）的控制线通过PNP达林顿管Q1连接后与控制芯片U1输出端连接。同时，直流电机的限位输出线连接于控制器上的限位接口。

卷门机动作控制模块的卷帘门的卷门机为直流流电机，该直流电机的电源端同时与市电变压整流电路输出直流电和后备电源蓄电池连接，该直流电机开门控制端（UP）通过继电器JD1后与控制芯片U1的第一个输出控制端连接，直流电机关门控制端（CLOSE）通过继电器JD3后与控制芯片U1的第另一个输出控制端连接。 

控制芯片U1的信号输入端上连接有遥控接收器，并配有遥控发射器。当遥控发射器发射一个经编码的无线电指令，被遥控接收器接收，接收到无线电指令被送往控制芯片进行解码处理。控制芯片解析出其编码的含义后，控制卷帘门卷门机动作，或是开门或是关门或是在门体开关过程中停止。当门关到下限位时，下限位探头发出关门到下限位信号，控制芯片检测到下限位信号后，电控锁开始工作，将门牢牢锁在底部，直到下次接收到开门指令前，电控锁一直处于上锁状态。当接收到开门指令时，控制芯片先执行开锁动作，再执行开门动作。若未接收到开门指令而门被打开，则门体离开下限位，该信号会被控制芯片检测到并判断为非法开门，此时控制芯片会通过报警接口进行报警。

直流电源模块：参见图3和图4，当市电存在时，220V市电经过变压器T降压，整流桥BRIDEG整流转换为+24V直流电直接作为卷门机电源及蓄电池的后备电源，同时经转化给控制板的其余部分供电。于此同时，市电降压整流得到的24V直流海给蓄电池充电，蓄电池充电方式是：电阻R15，R16串联在蓄电池两端作为分压电阻，R15一端连接蓄电池的正极，R16的一端连接蓄电池的负极，R15，R16的公共端连接在单片机的17脚，系统程序单片机会在程序内设定两个值，一个是蓄电池满电量值（设为VO），另一个是直流卷帘门电机可以正常动作所需的最低临界电压（设定为VL)。单片机17脚处的电压值经单片机A/D转化为数字量后与单片机内部保存的蓄电池电量值比较，当检测到的蓄电瓶的电压值低于单片机内部的设定低电压值（VL）时，单片机的19脚使PNP型达林顿管Q2导通，+24V直流电源给蓄电瓶充电，以保证蓄电池是满电量。 当检测到的电压值与单片机内部设定的满电压值(VO)一样时，表示池充电充满，延时一段时间浮充后PNP型达林顿管Q2截止止，+24V直流电源电源断开，蓄电瓶充电停止。当市电停电时，由于整流桥无输出，二极管D5导通，蓄电池通过二极管D5放电，给卷门机及系统控制器提供电源，以保证系统在断电后仍可正常工作。后备电源的充电及断电时切换为蓄电池供电都是自动进行，无需人为干涉。

由于遥控信号的发射和接收编码采用美国的Keeloq跳码技术, Keeloq编码量大不易重码；密码位64位数据不易被扫描和破译，安全性极高。但Keeloq跳码需要要在第一次使用前，对编译码器进行一次"学习"，使编译码器的密码同步，才可以使用。所以在使用前要先将遥控器与控制芯片进行对码“学习”。

若图1中卷帘门处于打开状态，遥控器发射器与控制芯片对码学习完毕后，遥控器发射器发射一个关门信号，

控接收器接收信号并进行解码处理，控制芯片2读取遥控接收器的信号进行二次解码处理，处理完毕后控制芯片发出控制信号，控制卷帘门的卷门机1执行关门动作，这样卷帘门门板7向下运动。在关门过程中，若门体7正下方有人或者有其障碍物体，红外对射探头8和9之间被遮挡，控制芯片也会立即控卷帘门的卷门机1停止关门动作，这样不仅保护了门下人的安全及物品的安全，也防止了门体撞到障碍物损坏。

   若门体7正下方无人或者有其他物体，门将继续向下关门，当门关到底部时，直流卷门机的下限位信号输出，控制芯片检测到到下限位信号后，发出信号控制使电磁锁6通电工作，电磁锁工作时产生180-300公斤或者更大的磁力与固定在门板上的铁板5吸合在一起，并且电磁锁一直保持吸合状态，这样门就被牢牢所在底部，无法抬起或者撬开。

当控制芯片接收到遥控发射的开门指信号时，将会先执行开锁动作，然后再让执行开门动作。若在电磁锁以上锁后但未接到开门信号前，门体被非法打开，有人或者物体进入时会遮断红外对射感应器，这个这个遮断信号会被控制芯片检测到为非法开门信号，此时控制芯片会通过报警接口报警，以保证用户的财产安全。

本实施例的控制器原理图参见图5：控制器部分的主要单片机（MCU）主控模块，自动上锁模块，后备电源控制模块，卷门机动作控制模块，限位接口，及遥控接收器模块组成。

图中，主控芯片U1为W79E825，芯片U2是ULIN2003（由七个硅NPN达林顿管组成高耐压、大电流达林顿陈列），S1是遥控器对码学习按键，S2是手动开关门按键,LED1卷门机工作指示灯，LED2是UPS蓄电池低电压指示灯，LED3是遥控器对码指示灯，LED4是蓄电池充电指示灯。主控芯片各个管脚在本设计中的用途如下：

管脚	作用	管脚	作用
				1	对码学习指示灯	11	卷门机工作指示
2	蓄电池充电指示	12	电控锁
				3	直流卷门机下限位信号采集	13	卷门机关继电器JD3
4	红外探头	14
				5	接地	15	电源+5V
6	晶振	16	卷门机开继电器JD1
				7	晶振	17	蓄电瓶电压检测
8	遥控信号接收	18	对码、手动按键
				9	报警继电器JD5	19	UPS开关继电器
10	蓄电池低电指示	20	直流卷门机下限位信号采集

首先。遥控发射器发射信号，遥控接收器接收后进行解码处理后送往单片机U1的8脚进行再次解码处理，解码完毕单片机根距码含义，执行下一步动作。当遥控器发射的是开门信号时，单片机的16脚发出一个高电平信号，卷门机驱动继电器JD1吸合，卷门机开门；当遥控器发射的是关门信号时，单片机的13脚发出一个高电平信号，卷门机驱动继电器JD3吸合，卷门机关门。

自动上锁功能的实现：  由于直流卷门机上自带限位设置旋钮和限位输出信端，可在使用前调好门体的上限位和下限位。如图，直流电机的上限位输出端、下限位输出端于控制器的限位接口连接，限位借口的上限位端与光电耦合器U3的输入端连接，下限位端与光电耦合器U4的输入端连接， U3的输出端与单片机的第3脚连接，U4的输出端与单片机的第20脚连接。当门体运动到下限位后，直流卷门的上下限位输出一信号，该信号时U4的输入端导通，U4的输入端导通后驱动U4输出端导通，连接U4在输出端的单片机的第20脚变为低电平，即卷门机已关门到下限位，则通过高电平信号使图4中的PNP型达林顿管Q1开启， CON1端子上接的电磁锁电源接通，电磁锁开始工作，门体被锁上。

当控制器接收到开门信号时， 单片机12脚首先发出一个低电平信号使达林顿管Q1截止，电磁锁与电源断开，磁力消失，即先开锁，然后在发出信号驱动卷门机打开门。若没有接收到遥控发射器的开门信号，门体被打开，有人进入，此时红外对射感应器被遮断，该遮断信号被判断为非法开门信号，此时单片机的9脚发出高电平信号，控制报警接口的继电器JD5吸合，报警接口输出，CON2端子上的连接的喇叭或者是110联网系统报警。

后备电源控制模块：当市电存在时，220V市电经过变压器T降压，整流桥BRIDEG整流转换为+24V直流电直接作为卷门机电源及蓄电池的后备电源，同时经转化给控制板的其余部分供电。于此同时，市电降压整流得到的24V直流海给蓄电池充电，蓄电池充电方式是：电阻R15，R16串联在蓄电池两端作为分压电阻，R15一端连接蓄电池的正极，R16的一端连接蓄电池的负极，R15，R16的公共端连接在单片机的17脚，系统程序单片机会在程序内设定两个值，一个是蓄电池满电量值（设为VO），另一个是直流卷帘门电机可以正常动作所需的最低临界电压（设定为VL)。单片机17脚处的电压值经单片机A/D转化为数字量后与单片机内部保存的蓄电池电量值比较，当检测到的蓄电瓶的电压值低于单片机内部的设定低电压值（VL）时，单片机的19脚使PNP型达林顿管Q2导通，+24V直流电源给蓄电瓶充电，以保证蓄电池是满电量。 当检测到的电压值与单片机内部设定的满电压值(VO)一样时，表示池充电充满，延时一段时间浮充后PNP型达林顿管Q2截止止，+24V直流电源电源断开，蓄电池充电停止。当市电停电时，由于整流桥无输出，二极管D5导通，蓄电池通过二极管D5放电，给卷门机及系统控制器提供电源，以保证系统在断电后仍可正常工作。后备电源的充电及断电时切换为蓄电池供电都是自动进行，无需人为干涉。

实施例二：参见图1、图3，图4和图5，电磁锁固定在地面，卷帘门下缘固定有铁板5（或者是固定在门框中下方靠近地面位置的电插锁，同时在门板上对应位置有与电插锁配合的插槽18）。当门关到快底部时，在门板上固定的磁铁3接近下限位探头4，（限位探头可以是霍尔开关，干簧管等），此时下限位探头发出到下限位信号，控制器检测到关门到下限位的信号后，发出信号控制使电插锁19通电工作，电插锁的“锁舌”插入到门板中的插槽18，门被锁住，这样门就被牢牢所在底部，无法抬起或者撬开。

实施例三：参见图1，图2和图5，内容与实施例一或二基本相同，相同之处不重述，不同的是：设置有红外感应模块，即在门框两侧靠近地面位置处分别安装有红外对射感应器，该两侧红外对射感应器的信号线与控制芯片输入端连接。若在在关门过程中，门体下方若有障碍物，红外探头CON4发射端的信号被遮断，红外探头的就收端会发出一个电平信号，单片机的第4脚检测到红外探头的输出信号后，会发出高电平信号到14脚，驱动继电器JD2吸合，门体运动停止。

实施例三：参见图3，一种应用于实施例一所述系统的开、锁门控制方法和报警控制方法，限位接口直接采集直流卷门机的限位输出信号。关门时，控制芯片U1检测到直流卷门机的下限位信号则停止卷门机动作，同时启动电控锁工作；开门时，控制芯片U1接收到开门信号后控制达林顿管Q1断开，使电控锁释放，门体在已关闭状态时控制芯片U1没有接收到开门信号，但采集到红外感应器信号被遮断时，输出报警信号。

Claims (5)

1.一种带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路，包括单片机主控模块，卷门机动作控制模块，及遥控接收器模块，还包括限位接口，自动上锁模块，直流电源模块，其特征是：所述单片机主控模块包括控制芯片U1和驱动芯片U2，自动上锁模块的电磁锁固定在地面上，卷帘门的下缘固定有与电磁锁配合的铁块，电磁锁的控制端与PNP达林顿管Q1连接后与控制芯片U1输出端连接；直流电源模块包括市电变压整流电路和蓄电池，市电变压整流电路输出直流电源的一支分别连接继电器一（JD1）和继电器二（JD3）的常开端，继电器一（JD1）和继电器二（JD3）的线圈分别与控制芯片U1输出端连接，继电器一（JD1）和继电器二（JD3）的常闭端分别与直流电机的开、关控制端连接；市电变压整流电路的另一支通过防逆二极管一（D5）后与蓄电池正极连接；控制电路还包括蓄电池电量检测电路：蓄电池正负极依次串联分压电阻一（R15）和电阻二（R16），两电阻公共端通过信号线与控制芯片U1的电压信号采集端连接；所述市电变压整流电路的输出端依次通过PNP达林顿管Q2、电阻三（R14）和二极管二（D6）后与蓄电池正极连接，该PNP达林顿管Q2的控制端与控制芯片U1的输出端连接，控制电路还包括限位接口，限位接口一端与直流电机的上限位，下限位信号输出端连接，另一端连接于光电耦合器（U3、U4），光电耦合器（U3、U4）的输出端分别与控制芯片U1的一个输入端连接，以此采集直流电机的上，下限位信号。

2.根据权利要求1所述的带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路，其特征是：还包括红外感应模块，该红外感应模块是在门框两侧靠近地面位置处分别安装有红外对射或反射感应器，该两侧红外对射或反射感应器的信号线与控制芯片U1输入端连接。

3.根据权利要求2所述的带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路，其特征是：红外对射感应器的信号端连接二极管三（D4）的负极，二极管三（D4）的正极通过电阻四（R9）与控制芯片U1的信号输入端连接，同时二极管三（D4）的正极连接高电平。

4.根据权利要求2所述的带自动上锁功能的遥控电动卷帘门直流电机控制电路，其特征是：控制芯片U1输出端连接有报警模块，控制芯片U1检测到红外对射感应器被遮断但无开门信号时向报警模块输入报警信号。

5.一种应用权利要求4所述控制电路的开、锁门控制方法，其特征是：限位接口直接采集直流电机的限位输出信号，关门时，控制芯片U1检测到直流电机的下限位信号则停止卷门机动作，同时启动电磁锁工作；开门时，控制芯片U1接收到开门信号后控制PNP达林顿管Q1断开，使电磁锁释放，门体在已关闭状态时控制芯片U1没有接收到开门信号，但采集到红外感应器信号被遮断时，输出报警信号。

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