CN104392523B - 列车卫生间门锁智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有卫生间门锁集中控制和单独控制功能的列车卫生间门锁智能控制系统，在集中控制时，由列车操作人员操作总控制台的PC机并发出控制信号，通过CAN总线控制并监测各个卫生间门锁控制系统中磁力锁的开关，从而控制卫生间门锁的开关；在单独控制时，乘客可通过按钮开关控制单个卫生间门锁的开关。

Description

列车卫生间门锁智能控制系统

技术领域

本发明属于门锁控制技术领域，具体涉及一种列车卫生间门锁智能控制系统。

背景技术

随着经济水平不断提高，列车的数量也随之增多，也存在着一些问题，为了避免所产生的排泄物排在站台处，规定列车到站时乘客不能使用卫生间，因此列车乘务人员在列车快要到站时，负责关闭列车所有的卫生间门，列车开动时还要打开门，而且列车行驶过程中，例如经过黄河时，为了不使水资源污染，也要锁上所有的卫生间，列车经过黄河后再打开卫生间的门，比较繁琐，也比较麻烦。

专利号为ZL 92212939.8，名称为列车厕所自控门锁的专利公开了一种锁的机械结构与电磁结合的自控门锁。但是列车行驶过程中，也可能需要锁闭卫生间的门，例如路过黄河时，需要关闭卫生间，以防止污染水资源。而该产品不能在列车行驶过程中，自动锁闭卫生间的门；当列车到站时，乘务人员也不能确保是否每个卫生间门都已经锁上。本发明介绍的是一种列车卫生间门锁智能控制系统，实现方式是利用电路原理，在卫生间门锁控制方面与上述专利实现方式不相同，并且较好地解决了以上问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种具有卫生间门锁集中控制和单独控制功能的列车卫生间门锁智能控制系统，在集中控制时，由列车操作人员操作总控制台的PC机并发出控制信号，通过CAN总线控制并监测各个卫生间门锁控制系统中磁力锁的开关，从而控制卫生间门锁的开关；在单独控制时，乘客可通过按钮开关控制单个卫生间门锁的开关。

本发明的技术方案为：列车卫生间门锁智能控制系统，其特征在于主要由总控制台、CAN总线、CAN收发器和卫生间门锁控制系统构成，其中总控制台与CAN总线相连，CAN总线与CAN收发器相连，CAN收发器与卫生间门锁控制系统中的单片机相连；

所述的总控制台包括PC机、USB总线、CP2101芯片和单片机，其中PC机与USB总线相连，USB总线与CP2101芯片相连，CP2101芯片与单片机相连；

所述的卫生间门锁控制系统包括电源电压模块、电路控制模块、有无人指示灯模块和门锁控制模块，其中电源电压模块包括220V交流电源、变压器、整流滤波电路和稳压模块，220V交流电源与变压器相连，变压器与整流滤波电路相连，整流滤波电路与稳压模块相连，稳压模块分别与电路控制模块、有无人指示灯模块和门锁控制模块中的磁力锁相连；

电路控制模块包括按钮开关Ⅰ、按钮开关Ⅱ、单片机外围电路、单片机和感应开关，按钮开关Ⅰ和按钮开关Ⅱ安装在卫生间门的内侧，按钮开关Ⅰ用于控制继电器断开和磁力锁断电，按钮开关Ⅱ用于控制继电器闭合和磁力锁通电，感应开关由永磁铁和霍尔传感器构成，永磁铁和霍尔传感器分别设置于卫生间门和卫生间门框相对的位置，所述的按钮开关Ⅰ、按钮开关Ⅱ、单片机外围电路和感应开关分别与单片机相连；

有无人指示灯模块包括控制电路、有无人指示灯Ⅰ和有无人指示灯Ⅱ，其中有无人指示灯Ⅰ安装在卫生间门上，有无人指示灯Ⅱ安装在车厢上方，用于提醒该车厢内乘客卫生间使用的情况，控制电路分别与有无人指示灯Ⅰ、有无人指示灯Ⅱ和电路控制模块中的单片机相连；

门锁控制模块包括继电器和磁力锁，其中磁力锁设置于卫生间门框上方，与磁力锁配套使用的铁板设置于卫生间门的上方，继电器分别与磁力锁和电路控制模块中的单片机相连。

本发明的控制过程为：在集中控制时，由列车操作人员操作总控制台的PC机并发出控制信号，通过CAN总线控制并监测各个卫生间门锁控制系统中磁力锁的开关，从而控制卫生间门锁的开关；在单独控制时，乘客通过按钮开关Ⅰ和按钮开关Ⅱ控制单个卫生间门锁的开关；具体过程为：当卫生间处于使用状态时，卫生间门锁控制系统中的磁力锁处于断电状态，卫生间门靠安装在卫生间门上的闭门器闭合，乘客使用卫生间时，通过按下设置于卫生间门内侧的按钮开关Ⅱ控制卫生间门锁上，同时有无人指示灯Ⅰ、有无人指示灯Ⅱ有人灯亮起，无人灯熄灭，乘客使用卫生间后，按下按钮开关Ⅰ，卫生间门解锁，同时有无人指示灯Ⅰ、有无人指示灯Ⅱ无人灯亮起，有人灯熄灭，乘客离开后，卫生间门靠安装在卫生间门上的闭门器闭合；当卫生间处于非使用状态时，由列车操作人员操作总控制台的PC机，控制列车上所有的卫生间门锁闭，暂停卫生间的使用，并且列车操作人员通过PC机判断列车所有的卫生间门是否已经全部锁上，对于正在使用的卫生间，乘客通过按下设置于卫生间门内侧的按钮开关Ⅰ，使卫生间门解锁，乘客从卫生间离开后，安装在卫生间门上的闭门器将卫生间门闭合，并且设置5秒钟后卫生间门会再次锁上；当卫生间又处于使用状态时，列车操作人员通过PC机控制卫生间门锁控制系统中的磁力锁断电，卫生间门解锁，卫生间恢复正常使用。

与同类产品相比较，本发明具有如下优点：

1、控制方便快捷。列车在到站前，操作人员能够很容易控制卫生间门锁上，列车离开车站时又能很方便的控制卫生间门锁打开。列车行驶过程中，也可能需要锁闭卫生间门，例如路过黄河时，需要关闭卫生间，以防止污染水资源。本发明能方便地控制各个车厢内卫生间的门锁打开和关闭。

2、稳定性可靠。列车操作人员不仅可以PC机上控制各个车厢卫生间门锁上并且能够通过PC机检测到各个车厢内卫生间门是否闭合。

3、防止车站水源污染。列车在将要到站前，操作人员能够很容易控制卫生间门锁上，禁止乘客使用卫生间，可以防止车站轨道附近线路、水源污染。

附图说明

图1是列车卫生间门锁的外部结构示意图，图2是列车卫生间门锁的内部结构示意图，图3是本发明的线路模块图，图4是本发明中卫生间门锁控制系统的线路模块图，图5是本发明中总控制台的硬件连接图，图6是本发明中卫生间门锁控制系统的硬件连接图。

图面说明：1、霍尔传感器，2、有无人指示灯Ⅰ，3、手柄，4、闭门器，5、按钮开关Ⅰ，6、按钮开关Ⅱ，7、磁力锁，8、铁板，9、永磁铁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

列车卫生间门锁智能控制系统，主要由总控制台、CAN总线、CAN收发器和卫生间门锁控制系统构成，其中总控制台与CAN总线相连，CAN总线与CAN收发器相连，CAN收发器与卫生间门锁控制系统中的单片机相连；所述的总控制台包括PC机、USB总线、CP2101芯片和单片机，其中PC机与USB总线相连，USB总线与CP2101芯片相连，CP2101芯片与单片机相连；所述的卫生间门锁控制系统包括电源电压模块、电路控制模块、有无人指示灯模块和门锁控制模块，其中电源电压模块包括220V交流电源、变压器、整流滤波电路和稳压模块，220V交流电源与变压器相连，变压器与整流滤波电路相连，整流滤波电路与稳压模块相连，稳压模块分别与电路控制模块、有无人指示灯模块和门锁控制模块中的磁力锁相连；电路控制模块包括按钮开关Ⅰ5、按钮开关Ⅱ6、单片机外围电路、单片机和感应开关，按钮开关Ⅰ5和按钮开关Ⅱ6安装在卫生间门的内侧，按钮开关Ⅰ5用于控制继电器断开和磁力锁断电，按钮开关Ⅱ6用于控制继电器闭合和磁力锁通电，感应开关由永磁铁9和霍尔传感器1构成，永磁铁9和霍尔传感器1分别设置于卫生间门和卫生间门框相对的位置，所述的按钮开关Ⅰ5、按钮开关Ⅱ6、单片机外围电路和感应开关分别与单片机相连；有无人指示灯模块包括控制电路、有无人指示灯Ⅰ2和有无人指示灯Ⅱ，其中有无人指示灯Ⅰ2安装在卫生间门上，有无人指示灯Ⅱ安装在车厢上方，用于提醒该车厢内乘客卫生间使用的情况，控制电路分别与有无人指示灯Ⅰ2、有无人指示灯Ⅱ和电路控制模块中的单片机相连；门锁控制模块包括继电器和磁力锁7，其中磁力锁7设置于卫生间门框上方，与磁力锁7配套使用的铁板8设置于卫生间门的上方，继电器分别与磁力锁7和电路控制模块中的单片机相连。

本发明的控制过程为：在集中控制时，由列车操作人员操作总控制台的PC机并发出控制信号，通过CAN总线控制并监测各个卫生间门锁控制系统中磁力锁的开关，从而控制卫生间门锁的开关；在单独控制时，乘客通过按钮开关Ⅰ和按钮开关Ⅱ控制单个卫生间门锁的开关；具体过程为：当卫生间处于使用状态时，卫生间门锁控制系统中的磁力锁7处于断电状态，卫生间门靠安装在卫生间门上的闭门器4闭合，卫生间门内外上的手柄3是固定到门上，并且不能转动，不与磁力锁7相连，乘客使用卫生间时，通过按下设置于卫生间门内侧的按钮开关Ⅱ6控制卫生间门锁上，同时有无人指示灯Ⅰ2、有无人指示灯Ⅱ有人灯亮起，无人灯熄灭，乘客使用卫生间后，按下按钮开关Ⅰ5，卫生间门解锁，同时有无人指示灯Ⅰ2、有无人指示灯Ⅱ无人灯亮起，有人灯熄灭，乘客离开后，卫生间门靠安装在卫生间门上的闭门器4闭合；当卫生间处于非使用状态时，由列车操作人员操作总控制台的PC机，控制列车上所有的卫生间门锁闭，暂停卫生间的使用，并且列车操作人员通过PC机判断列车所有的卫生间门是否已经全部锁上，对于正在使用的卫生间，乘客通过按下设置于卫生间门内侧的按钮开关Ⅰ5，使卫生间门解锁，乘客从卫生间离开后，安装在卫生间门上的闭门器4将卫生间门闭合，并且设置5秒钟后卫生间门会再次锁上；当卫生间又处于使用状态时，列车操作人员通过PC机控制卫生间门锁控制系统中的磁力锁7断电，卫生间门解锁，卫生间恢复正常使用。

总控制台：PC机与USB总线接口相连，USB总线转UART桥接芯片选取型号为CP2010的芯片，从芯片本身解决数据冲突问题。CP2101集合了5V转3V电压调节器，可以由USB总线对整个主机节点供电，因此只需USB总线连线即可实现与PC机的通讯，无需额外的电源。主机CAN节点通过USB总线接口与PC机相连，主节点采用总线方式与下面各个功能节点连接，主机CAN节点主要用来发送远程控制命令，收集所有节点传来的数据，并上传给上位机软件进行识别分类和统计，它实现了总线侦听、网络监控和上位机接口功能。而底层节点则控制系统中的底层设备，发送包含节点信息的8字节数据CAN总线报文，并侦听主机节点的网络广播之令，调整节点功能。列车的操作人员可通过PC机控制各个车厢的卫生间门锁的开启与闭合。可选用型号为SN65HVD251作为CAN总线收发器。SN65HVD251能以高达1Mbps的速度提供到总线的差动传输功能。具有查分收发能力、高抗电磁干扰、超小封装、低功耗性能，配合单片机使用可使外围电路更加简洁。总控制台中选取型号为C8051F040的单片机作为CAN总线控制系统的控制核心。

卫生间门锁控制系统也可选用型号为C8051F040的单片机作为底层节点的控制核心，这样便可使外围电路更加简单。因为C8051F040的单片机内部集成CAN控制器，所以CANRX端口与CANTX端口可直接与CAN收发器连接。VDD端接3.3V直流电压，DGND接地，XTAL1端口与XTAL2端口间并联一个24MHz的晶振，然后串联两个电容并接地。单片机P4.0口接入门锁控制模块，具体为P4.0口接入一个大小为4.7KΩ电阻R1，电阻另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接继电器，发射极接地，继电器的两个电源接口一个接12V的正极，另一端接磁力锁的一端，磁力锁的另一端接12V负极。有无人指示灯模块与单片机的P3.0、 P3.1、 P3.2、 P3.3口连接。按钮开关Ⅰ、按钮开关Ⅱ分别与P0.6、P0.7相连。感应开关中的霍尔传感器有三个端口一个接5V电源，一个接地，另一个端口通过电路与P0.5口相连。

卫生间门锁控制系统：

电路控制模块：正常情况下，卫生间门锁控制系统中的磁力锁处于断电状态，卫生间门靠安装在门上的闭门器闭合。卫生间门内外上的手柄是固定到门上，并且不能转动，不与磁力锁相连。乘客使用卫生间时，可以通过按下位于卫生间里面的按钮开关，两个按钮开关分别于与单片机不同的I/O口相连接，每个开关按钮有两个触角，一个触角与单片机连接，另一端接地。按钮开关未按下时，单片机I/O口为高电平，按下时相对应的I/O口变为低电平，根据按钮开关Ⅱ传到单片机的高低电平信号，由单片机控制继电器闭合，从而控制磁力锁通电，卫生间门从而锁上，同时控制有无人指示灯显示有人灯亮起，无人灯灭。乘客使用卫生间后，通过按钮开关Ⅰ给单片机发信号，单片机控制由单片机控制继电器断开，从而控制磁力锁断电，卫生间门可以打开，同时控制有无人指示灯无人灯亮起，有人灯灭。人离开后，卫生间门靠安装在门上的闭门器闭合。

当列车即将到站时，列车上的卫生间应禁止使用。操作人员操作总控制台的PC机，通过CAN总线给列车上所有的卫生间门锁控制系统发送信号给卫生间门锁控制系统中的单片机，单片机接收到信号后控制继电器闭合，磁力锁通电，卫生间门锁上，暂停卫生间的使用，卫生间门闭合后感应开关的输出信号传到单片机中，单片机将信号通过CAN总线上传数据给PC机，这样操作人员通过PC机就能判断卫生间门是否已经闭合。如果此时卫生间有乘客，乘客可以通过按下卫生间里面的按钮开关Ⅰ，打开卫生间的门。当乘客按下控制门锁开的按钮开关Ⅰ时，磁力锁断电，卫生间门便可以打开，乘客从卫生间出来以后，安装在卫生间门外的闭门器，会把门闭合，单片机编写延时程序，过5秒钟后单片机再控制继电器闭合，磁力锁通电，卫生间门锁上。当列车开动时，操作人员再通过PC机控制继电器闭合，卫生间磁力锁断电，卫生间恢复使用。

感应开关由两部分构成永磁铁与霍尔传感器，永磁铁镶嵌在门上，霍尔传感器镶嵌门框上面。图中所示的永磁铁与霍尔传感器是为了突出表示，并不影响卫生间门的闭合。霍尔传感器属于有源磁电转换器件，其灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。根据表达式为U=K·I·B/d，其中U为霍尔电势，K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片的厚度。当B值达到一定的程度时，霍尔传感器内部的触发器翻转，霍尔传感器的输出电平状态也随之翻转。当磁性物件移近霍尔传感器时，霍尔传感器因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，同时会有高低电平翻转信号输出到与它相连的单片机中。单片机再将信号通过CAN总线上传数据给PC机，这样操作人员通过PC机就能判断卫生间门是否已经闭合。

电源电路:由交流电压经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转变为电路使用的直流电压。整流电路使用单相桥式整流电路，交流电经整流电路后变为直流电，整流后，用电容滤波电路滤波，将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。再加上有稳压二极管和限流电阻组成的稳压电路，最终输出的电压就是电路使用的直流电压，以提供电路的电压和磁力锁电压。电路控制模块采用3.3V直流电压供电，有无人指示灯模块采用5V直流电压供电，门锁控制模块中磁力锁采用12V的直流电压供电。

门锁控制模块：选用12V直流电压供电的磁力锁，磁力锁安装在卫生间内，门的上方，吸附用的铁板安装在卫生间门上。

有无人指示灯模块：有无人指示灯模块包括控制电路、有无人指示灯Ⅰ、有无人指示灯Ⅱ。其中，有无人指示灯Ⅰ安装在卫生间门上，有无人指示灯Ⅱ安装在车厢上方，用来提醒该车厢内乘客卫生间使用的情况。有无指示灯有“有人”和“无人”两个字样，内部分别装有两个LED灯，一个是有人LED，一个是无人LED。根据单片机的不同信号，由控制电路控制相应LED亮起与熄灭，有无人指示灯的相应字样就会亮起与熄灭。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.列车卫生间门锁智能控制系统，其特征在于主要由总控制台、CAN总线、CAN收发器和卫生间门锁控制系统构成，其中总控制台与CAN总线相连，CAN总线与CAN收发器相连，CAN收发器与卫生间门锁控制系统中的单片机相连；

所述的总控制台包括PC机、USB总线、CP2101芯片和单片机，其中PC机与USB总线相连，USB总线与CP2101芯片相连，CP2101芯片与单片机相连；

所述的卫生间门锁控制系统包括电源电压模块、电路控制模块、有无人指示灯模块和门锁控制模块，其中电源电压模块包括220V交流电源、变压器、整流滤波电路和稳压模块，220V交流电源与变压器相连，变压器与整流滤波电路相连，整流滤波电路与稳压模块相连，稳压模块分别与电路控制模块、有无人指示灯模块和门锁控制模块中的磁力锁相连；

电路控制模块包括按钮开关Ⅰ、按钮开关Ⅱ、单片机外围电路、单片机和感应开关，按钮开关Ⅰ和按钮开关Ⅱ安装在卫生间门的内侧，按钮开关Ⅰ用于控制继电器断开和磁力锁断电，按钮开关Ⅱ用于控制继电器闭合和磁力锁通电，感应开关由永磁铁和霍尔传感器构成，永磁铁和霍尔传感器分别设置于卫生间门和卫生间门框相对的位置，所述的按钮开关Ⅰ、按钮开关Ⅱ、单片机外围电路和感应开关分别与单片机相连；

有无人指示灯模块包括控制电路、有无人指示灯Ⅰ和有无人指示灯Ⅱ，其中有无人指示灯Ⅰ安装在卫生间门上，有无人指示灯Ⅱ安装在车厢上方，用于提醒该车厢内乘客卫生间使用的情况，控制电路分别与有无人指示灯Ⅰ、有无人指示灯Ⅱ和电路控制模块中的单片机相连；

门锁控制模块包括继电器和磁力锁，其中磁力锁设置于卫生间门框上方，与磁力锁配套使用的铁板设置于卫生间门的上方，继电器分别与磁力锁和电路控制模块中的单片机相连。

2.一种权利要求1所述的列车卫生间门锁智能控制系统的控制方法，其特征在于：在集中控制时，由列车操作人员操作总控制台的PC机并发出控制信号，通过CAN总线控制并监测各个卫生间门锁控制系统中磁力锁的开关，从而控制卫生间门锁的开关；在单独控制时，乘客通过按钮开关Ⅰ和按钮开关Ⅱ控制单个卫生间门锁的开关；具体过程为：当卫生间处于使用状态时，卫生间门锁控制系统中的磁力锁处于断电状态，卫生间门靠安装在卫生间门上的闭门器闭合，乘客使用卫生间时，通过按下设置于卫生间门内侧的按钮开关Ⅱ控制卫生间门锁上，同时有无人指示灯Ⅰ有人灯和有无人指示灯Ⅱ有人灯均亮起，有无人指示灯Ⅰ无人灯和有无人指示灯Ⅱ无人灯均熄灭，乘客使用卫生间后，按下按钮开关Ⅰ，卫生间门解锁，同时有无人指示灯Ⅰ无人灯和有无人指示灯Ⅱ无人灯均亮起，有无人指示灯Ⅰ有人灯和有无人指示灯Ⅱ有人灯均熄灭，乘客离开后，卫生间门靠安装在卫生间门上的闭门器闭合；当卫生间处于非使用状态时，由列车操作人员操作总控制台的PC机，控制列车上所有的卫生间门锁闭，暂停卫生间的使用，并且列车操作人员通过PC机判断列车所有的卫生间门是否已经全部锁上，对于正在使用的卫生间，乘客通过按下设置于卫生间门内侧的按钮开关Ⅰ，使卫生间门解锁，乘客从卫生间离开后，安装在卫生间门上的闭门器将卫生间门闭合，并且设置5秒钟后卫生间门会再次锁上；当卫生间又处于使用状态时，列车操作人员通过PC机控制卫生间门锁控制系统中的磁力锁断电，卫生间门解锁，卫生间恢复正常使用。