CN103941840A - 基于指纹识别的多路电源管理系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于指纹识别的多路电源管理系统，属于信号采集控制领域。所述系统包括指纹识别模块、电源模块、延时供电模块、单片机控制模块、28路电源控制模块，通过采集识别指纹信息，按照weigand26协议将指纹信息对应的人员编号发送给单片机，再通过单片机进行处理对多路电源进行智能控制和管理。本发明提出了一种新的多路电源管理系统，解决了现有电源管理缺乏安全性、操作单一复杂的问题。

Description

基于指纹识别的多路电源管理系统

技术领域

本发明涉及信号采集控制领域，具体涉及一种采集韦根(Wiegand)信号进行多路电源管理的系统。

背景技术

Wiegand协议是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议，是国际上统一的标准，它适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性。它有26-bit、34-bit、37-bit等多种格式，其中26-bit是最常用的标准格式，是一种开放式格式，任何人都可以购买某一特定格式的HID(Hidden ID code)卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。26-Bit格式是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放，几乎所有的指纹识别控制系统都接受标准的26-Bit格式进行信号传输。

韦根信号在数据的传输中只需要两条数据线，分别是D0和D1。当没有数据传输时，两线相对于电源地均为TTL高电平；当有数据传输时，两线交替发送400us的低脉冲。当D0线发送脉冲时，数据输出是0；当D1线发送脉冲时，数据输出是1。两根线不可同时发送脉冲，脉冲的宽度在20us-200us之间，间隔在200us-20ms之间。标准的26位韦根输出是由26位二进制数组成，其中第1位和第26位是校验位，2-9位是厂家码，10-25位是卡号位。

韦根信号要通过微处理器进行接收识别，接收有两种方法，分别是查询法和中断法。由于韦根信号是串行异步信号，用处理器通过查询方式进行接收会发生丢帧现象，因此，一般通过中断的方法进行接收。数据线D0和D1分别接到处理器芯片的两个外部中断，并将韦根信号发送器件和处理器芯片共地即可。

现有的应用于门禁系统的指纹韦根读头可以把存储的指纹标记成数据标号，进行指纹验证时将对应的标号通过韦根协议发送给接收端，接收端接收韦根信号读取标号即可获得指纹对应的个人信息。

现有的多路电源的控制还是通过多个插板进行单独的开关控制，没有权限管理，任何人都可以随意使用，缺少安全性。也没有进行统一的综合管理，操作起来比较麻烦。

发明内容

本发明的目的是解决现有电源控制方式在实验室电源智能控制以及多路电源便捷管理方面存在的不足，提供一种智能、便捷、低成本、高安全性、易于管理的一种新型的电源管理系统。

本发明的技术方案如下：

一种基于指纹识别的多路电源管理系统，其特征是，包括指纹识别模块、电源模块、延时供电模块、单片机控制模块、28路电源控制模块；其中，

所述的指纹识别模块，用于对指纹进行识别，得到指纹对应的人员编号，然后通过信号线按照Wiegand26通信协议将编号发送给所述的单片机控制模块；

所述的单片机控制模块，采用单片机芯片，作为处理器，通过外部中断INT0和INT1按照Wiegand26通信协议接收编号，然后根据编号信息控制与IO口相连的继电器的开闭，进而控制对应的电源断开或者接通；

所述的28路电源控制模块，包含多组光电隔离输出模块、继电器输出控制模块和电源所述的28路电源控制模块受到单片机IO口电平控制进行开闭进而控制电源；

所述的延时供电模块，为一延时输出电路，为电源控制模块提供延时电压，起到电路保护作用，消除系统上电启动时产生误触发动作；延时供电模块分别连接到光电隔离输出模块输出端的集电极和继电器输入端；

所述的电源模块，为一降压电路，为单片机控制模块、延时供电模块和电源控制模块提供工作电压。

优选的技术方案：

所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的指纹识别模块，为采用Wiegand26通信协议的OAF-01型号的指纹韦根读头，两根信号线D0和D1分别连接到所述的单片机控制模块的外部中断INT0和INT1，并且与单片机控制模块共地连接。

所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的单片机控制模块，采用51系列的STC12C60S2单片机芯片。

所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的28路电源控制模块中，光电隔离输出模块为4引脚光耦芯片EL817，继电器输出控制模块用的继电器为欧姆龙12V继电器G5V-1-12VDC，电源为三脚插板。

所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的延时供电模块，为一个由NE555N芯片构成的延时输出12V电压电路。

所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的电源模块，主要由LM2576稳压芯片构成降压电路，将12V电压降至5V；分别接到单片机芯片的VCC引脚、延时供电模块的VCC和RST引脚和光电隔离输出模块输入端的阳极。

所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的指纹识别模块采用Wiegand26通信协议进行信号传输，数据帧一共有26位，最高位第25位为偶校验位，其后第24-17位为HID码，第16-1位为PID码，最后一位即第0位为奇校验位；有效数据为8位厂家码HID和16位卡号位PID，PID即为指纹信息对应的编号，PID一共16位，编号范围为0-65535；单片机芯片采用2个外部中断通过中断方式接收数据帧，提取出厂家码HID放入CardID[0]，将PID高8位放入CardID[1]，低8位放入CardID[2]。

所述的多路电源管理系统，其特征是，每一路电源由5个指纹信息共用，利用PID码编号的千位来实现，因此对每一个编号为A控制的电源电路，还可以被十进制编号1000+A、2000+A、3000+A、4000+A控制，对应的十六进制PID码为0x03E8，0x07D0，0x0BB8，0x0FA0。

所述的多路电源管理系统，其特征是，全部28路电源由5个指纹进行全局统一控制，利用PID码编号的万位来实现，即十进制编号为10000、20000、30000、40000、50000的指纹信息，其对应的十六进制PID码为0x2710，0x4E20，0x7530，0x9C40，0xC350。

用上面所述的任意一种多路电源管理系统进行多路电源管理的方法，其特征是，包括如下步骤：

1)指纹识别：通过指纹识别模块采集识别指纹信息，按照Wiegand26协议将指纹信息对应的人员编号发送给单片机芯片；

2)信号接收：单片机芯片按照Wiegand26协议通过中断方式进行接收，得到26bit的数据帧，其中只有后16位卡号位对应指纹编号，单片机芯片将其读取出来；

3)电源控制：单片机芯片根据读取的编号，响应对应的操作，开闭外围的继电器输出模块进而控制多路电源，对多路电源进行智能控制和管理。

本发明的有益效果：

(1)安全性高，采用指纹识别进行控制，对使用人员进行身份限制，只有拥有权限的人员才能使用。

(2)系统可靠性好，采用光耦进行干扰隔离，抑制噪声能力强。

(3)成本较低，该系统采用的芯片和器件均为常见类型，价格低廉，适合批量生产。

(4)可扩展性好，单片机外围的多路电源模块通过TTL电平控制，更换处理器芯片不影响功能，而且可以扩展更多路控制电源。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明硬件的结构示意图。

图2是本发明继电器与电源连接的示意图。

图3是本发明信号帧结构的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于指纹识别的多路电源管理系统的结构图，包括开关电源、电源模块、延时供电模块、指纹识别模块、STC单片机、光电隔离输出模块、继电器输出控制模块、电源。

(1)本发明的硬件构成方案如下：

具体地本发明的开关电源为AC-DC开关电源，输入AC90～264V，输出DC12V2.0A。电源模块将开关电源产生的12V电压降为5V，为单片机、光电隔离输出模块、延时供电模块供电。电源模块主要由LM2576构成，LM2576为3A电流输出降压开关型集成稳压电路，将开关电源提供的12V电压降为5V。延时供电模块采用延时供电模式为光电隔离输出模块和继电器输出控制模块供电12V，这样可以避免被控制设备误动作，特别是单片机控制电路刚上电的瞬间易引起被控光电隔离电路和继电器电路的误触发动作。指纹识别模块通过两根信号线D0和D1分别连接单片机两个外部中断INT0和INT1，且与单片机共地。

首先进行指纹识别，然后通过Wiegand协议将指纹对应的人员编号发送给单片机，单片机进行身份识别进而控制继电器控制模块的开闭，控制电源的使用。STC单片机采用51系列的STC12C60S2芯片，通过两个外部中断引脚INT0和INT1连接指纹识别模块，接收指纹识别模块发送的Wiegand协议信号，进而对电源模块进行管理控制。光电隔离输出模块可以使测控装置与现场仅保持信号联系而不直接发生电的联系，避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰，具有抑制噪声干扰能力强、耐用、可靠性高和速度快等优点。继电器输出控制模块采用HK14F-DC24V-SHG继电器，通过接收光电隔离输出模块的电压作为输入，控制继电器的开关和闭合，其中继电器输入控制电压12V直流电压由延时供电模块提供，输出端控制220V的交流电。电源为对插板等用电设备供电的220V常规线路，通过继电器控制电源线路接通和断开，其线路具体的实施方式如图2所示。接入室内的220V交流电有两根线火线和零线，将28路继电器的一端分别接到同一根火线上，28路对应的电源插座的零线端分别接到同一根零线上，再将继电器的另一端分别接到电源插座的火线端。这样，当处理器控制继电器闭合时，继电器两端的管脚接通，与电源插座火线端连接继电器端就接到了火线上，电源被供电；反之，电源停电。

(2)本发明的软件设计方案如下：

本发明的指纹识别模块采用Wiegand26通信协议进行信号传输，该协议使用的数据帧如图3所示，数据帧一共有26位(0-25)，最高位第25位为偶校验位，其后第24-17位为HID(Hidden ID code)码，第16-1位为PID(Public ID code)码，最后一位即第0位为奇校验位。有效数据为8位厂家码HID和16位卡号位PID，PID即为指纹信息对应的编号，PID一共16位，编号范围为0-65535。单片机采用2个外部中断通过中断方式接收数据帧，提取出厂家码HID放入CardID[0]，将PID高8位放入CardID[1]，低8位放入CardID[2]。

本发明的每一路电源由5个指纹信息共用，利用PID码编号的千位来实现，因此对每一个编号为A控制的电源电路，还可以被十进制编号1000+A、2000+A、3000+A、4000+A控制，对应的十六进制PID码为0x03E8，0x07D0，0x0BB8，0x0FA0。

本发明的全部28路电源由5个指纹进行全局统一控制，利用PID码编号的万位来实现，即十进制编号为10000、20000、30000、40000、50000的指纹信息，其对应的十六进制PID码为0x2710，0x4E20，0x7530，0x9C40，0xC350。

Claims (10)

1.一种基于指纹识别的多路电源管理系统，其特征是，包括指纹识别模块、电源模块、延时供电模块、单片机控制模块、28路电源控制模块；其中，

所述的指纹识别模块，作为传感器，用于对指纹进行识别，得到指纹对应的人员编号，然后通过信号线按照Wiegand26通信协议将编号发送给所述的单片机控制模块；

所述的单片机控制模块，采用单片机芯片，作为处理器，通过外部中断INT0和INT1按照Wiegand26通信协议接收编号，然后根据编号信息控制与IO口相连的继电器的开闭，进而控制对应的电源断开或者接通；

所述的28路电源控制模块，包含多组光电隔离输出模块、继电器输出控制模块和电源；所述的28路电源控制模块受到单片机IO口电平控制进行开闭进而控制电源；

所述的延时供电模块，为一延时输出电路，为电源控制模块提供延时电压，起到电路保护作用，消除系统上电启动时产生误触发动作；延时供电模块分别连接到光电隔离输出模块输出端的集电极和继电器输入端；

所述的电源模块，为一降压电路，为单片机控制模块、延时供电模块和电源控制模块提供工作电压。

2.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的指纹识别模块，为采用Wiegand26通信协议的OAF-01型号的指纹韦根读头，两根信号线D0和D1分别连接到所述的单片机控制模块的外部中断INT0和INT1，并且与单片机控制模块共地连接。

3.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的单片机控制模块，采用51系列的STC12C60S2单片机芯片。

4.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的28路电源控制模块中，光电隔离输出模块为4引脚光耦芯片EL817，继电器输出控制模块用的继电器为欧姆龙12V继电器G5V-1-12VDC，电源为三脚插板。

5.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的延时供电模块，为一个由NE555N芯片构成的延时输出12V电压电路。

6.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的电源模块，主要由LM2576稳压芯片构成降压电路，将12V电压降至5V；分别接到单片机芯片的VCC引脚、延时供电模块的VCC和RST引脚和光电隔离输出模块输入端的阳极。

7.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，所述的指纹识别模块采用Wiegand26通信协议进行信号传输，数据帧一共有26位，最高位第25位为偶校验位，其后第24-17位为HID码，第16-1位为PID码，最后一位即第0位为奇校验位；有效数据为8位厂家码HID和16位卡号位PID，PID即为指纹信息对应的编号，PID一共16位，编号范围为0-65535；单片机芯片采用2个外部中断通过中断方式接收数据帧，提取出厂家码HID放入CardID[0]，将PID高8位放入CardID[1]，低8位放入CardID[2]。

8.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，每一路电源由5个指纹信息共用，利用PID码编号的千位来实现，因此对每一个编号为A控制的电源电路，还可以被十进制编号1000+A、2000+A、3000+A、4000+A控制，对应的十六进制PID码为0x03E8，0x07D0，0x0BB8，0x0FA0。

9.如权利要求1所述的多路电源管理系统，其特征是，全部28路电源由5个指纹进行全局统一控制，利用PID码编号的万位来实现，即十进制编号为10000、20000、30000、40000、50000的指纹信息，其对应的十六进制PID码为0x2710，0x4E20，0x7530，0x9C40，0xC350。

10.用权利要求1-9所述的任意一种多路电源管理系统进行多路电源管理的方法，其特征是，包括如下步骤：

1)指纹识别：通过指纹识别模块采集识别指纹信息，按照Wiegand26协议将指纹信息对应的人员编号发送给单片机芯片；

2)信号接收：单片机芯片按照Wiegand26协议通过中断方式进行接收，得到26bit的数据帧，其中只有后16位卡号位对应指纹编号，单片机芯片将其读取出来；

3)电源控制：单片机芯片根据读取的编号，响应对应的操作，开闭外围的继电器输出模块进而控制多路电源，对多路电源进行智能控制和管理。