CN107489308A - 一种超低功耗电磁门锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低功耗电磁门锁装置，包括拉力检测电路(1)、信号放大电路(2)、门限识别电路(3)、延时保持电路(4)以及电磁铁驱动电路(5)。任何非授权开门企图将触动拉力检测元件产生微小的电压输出，通过拉力检测电路(1)送至信号放大电路(2)放大，之后经由门限识别电路(3)判断，决定是否让电磁铁通电。延时保持电路(4)用于产生延时，当判断为非授权开门，经过延时后，电磁铁断电，回到节能状态。本发明构思精巧，创意新颖，结构简单，具有广阔的应用前景和推广价值。

Description

一种超低功耗电磁门锁装置

技术领域

本发明属于门锁领域，具体涉及一种超低功耗电磁门锁。

背景技术

常用的电磁门锁，利用电磁铁通电后强大的磁力实现门的锁定，切断电磁铁的电源使其失去磁力即可开门。显然，当门处于锁定状态期间，电磁铁必须一直保持通电状态，以一种电磁锁为例，其额定工作电压为12VDC，工作电流实测为450mA，功耗达5.4W，如果减小功耗，则导致磁力减小，容易被非授权开门。

现有的装有电磁锁的门，在没有开门企图时，电磁铁即使没有磁力，门也不会开启，并且大多配备有液压杆等装置确保不被风吹、重力等自然因素打开；当存在开门企图时电磁铁及时上电，表现出足够的磁力即可避免门锁被非授权开启，但是从发现非授权开门企图到成功锁定时间必须足够短。能够及时发现非授权开门企图，即可根据需要让电磁铁通电或者断电，而实际上存在非授权开门企图的累计时间是很短的，大部分时间电磁铁可以处于不带电状态。当不存在非授权开门企图时，电磁铁完全可以断开电源，只要保证门存在非授权开门企图时能迅速给电磁铁通电即可。

发明内容

本发明提供一种超低功耗电磁门锁，通过实时检测非授权开门企图，实时接通或者断开电磁铁电源，在确保门的可靠锁定的前提下，能够实现节能减排。

本发明公开了一种超低功耗电磁门锁装置，具有电磁铁驱动电路，包括拉力检测电路，用于检测非授权开门企图，当存在非授权开门企图时，拉力检测电路产生电压输出信号，根据电压输出信号决定是否让电磁铁通电。

其中，还包括信号放大电路和门限识别电路，电压输出信号经信号放大电路放大，再经由门限识别电路判断后，决定是否让电磁铁通电。

其中，还包括延时保持电路，当有非授权开门企图时，延时保持电路将门限识别电路的输出信号处理后保持一段时间。

其中，信号放大电路包括放大器、连接在放大器正极端和地之间的第一放大电阻、连接在放大器负极端和输出端之间的第二放大电阻，拉力检测电路输出的拉力电压信号经过放大器放大输出，作为非授权开门企图判断依据。

其中，门限识别电路包括比较器、比较电位器和输出电阻，门限电压通过调节比较电位器而设定，通过比较信号放大电路的放大输出信号是否达到门限电压，输出一控制信号确定是否存在非授权开门企图。

其中，延时保持电路包括延时芯片、延时电位器以及下拉电容，当有非授权开门企图时，延时芯片输入端的控制信号为低电平信号，延时芯片输出端的延时保持信号为高电平，并且保持一段时间。

进一步，拉力检测电路包括位移传感器或压力传感器，传感器检测受到的拉力，根据拉力大小产生0-10mV的拉力电压信号，拉力电压信号为两路，通过放大电位器连接到放大器的正极端和负极端，通过调节放大电位器的阻值可以调节检测的灵敏度。

进一步，电磁铁驱动电路包括串联连接的门禁开关、电磁铁以及开关管，电磁铁两端并联一个反接的二极管，在延时保持电路输出的延时保持信号与开关管的基极之间连接有驱动电位器。

进一步，还包括控制电路，该控制电路包括控制器、蜂鸣器模块、显示模块以及串口输出模块，蜂鸣器模块用于当存在非授权开门企图时蜂鸣提醒，显示模块用于显示刷卡开门成功和/或有非授权开门企图，串口输出模块将开关记录传输给监控人员。

进一步，控制器为单片机，由控制器进行门限识别和延时保护。

本发明提供的低功耗电磁门锁，在电磁门正常关闭时，该锁电磁铁供电电路切断，不耗电。当发现有非授权开门企图时，电磁铁立刻通电，临时锁定，阻止非授权开门企图，从而实现了电磁门的超低能耗。

本发明采用拉力检测元件，依靠永磁铁吸力传递拉力，在不影响开门的情况下使得非授权开门企图可以传入传感器，保持了电磁锁原有的停电情况下可自由开关的优点。

本发明不改变原有电磁门锁的主体结构，仅在电磁铁背面与门板上加装小型构件，以及改进电磁铁供电电路的结构即可，便于安装、改造。

本发明构思精巧，创意新颖，结构简单，具有广阔的应用前景和推广价值。

附图说明

图1：超低功耗电磁门锁装置电路原理框图；

图2：超低功耗电磁门锁电路原理图；

图3：拉力传感器的检测信号放大电路图；

图4：门限识别电路图；

图5：延时保持电路图；

图6：电磁铁驱动电路图；

图7：超低功耗电磁门锁装置另一实施例电路图。

附图标记说明：

1-拉力检测电路；2-信号放大电路；

3-门限识别电路；4-延时保持电路；

5-电磁铁驱动电路；A11-放大器；

A12-比较器；R11-第一放大电位器；

R12-第二放大电位器； R13-第一放大电阻；

R14-第二放大电阻；R15-比较电位器；

R16-输出电阻；R17-延时电位器；

R18-驱动电位器；

V1-第一拉力电压信号；V2-第二拉力电压信号；

V3-放大输出信号；V4-门限电压；

V5-控制信号；V6-延时保持信号；

U11-延时芯片；C11-第一下拉电容；

C12-第二下拉电容；K11-门禁开关；

L11-电磁铁；Q11-开关管；

D11-二极管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述。

如图1、2所示，本发明的超低功耗电磁门锁装置包括拉力检测电路1、信号放大电路2、门限识别电路3、延时保持电路4以及电磁铁驱动电路5。任何非授权开门企图将触动拉力检测元件产生微小的电压输出，通过拉力检测电路1送至信号放大电路2放大，之后经由门限识别电路3判断，决定是否让电磁铁通电。延时保持电路4用于一段时间的延时，当判断为非授权开门时，经过延时之后，电磁铁断电，回到节能状态。

拉力检测元件可以选用位移传感器或压力传感器，传感器检测受到的拉力，根据拉力大小产生0-10mV的拉力电压信号。

图3示出了一种信号放大电路2，包括放大器A11、连接在放大器A11正极端和地之间的第一放大电阻R13、连接在放大器A11负极端和输出端之间的第二放大电阻R14，拉力检测电路1输出两路拉力电压信号V1和V2，当没有检测到压力时，V1等于V2，放大器A11的放大输出信号V3为0，当检测到有压力存在时，V1与V2之间存在差值，放大器A11的放大输出信号V3为大于0小于12V的较高电平，该电平值作为非授权开门企图判断依据，通入后续电路。

在拉力电压信号V1、V2与放大器A11的正极端、负极端之间设置有放大电位器R11、R12，通过调节放大电位器R11、R12的阻值可以调节放大倍数。

如图4所示，门限识别电路3包括比较器A12、比较电位器R15和输出电阻R16，门限电压V4可根据实际情况通过调节比较电位器R15而设定。该门限识别电路3用于比较信号放大电路2的放大输出信号V3是否达到门限电压V4以确定是否存在非授权开门企图。

放大输出信号V3输入到比较器A12，与比较电位器R15分压出来的门限电压V4进行比较，判断是否达到门限电压值。当放大输出信号V3低于门限电压V4时，输出端输出的控制信号V5为高电平(约为12V)；当放大输出信号V3高于门限电压V4时，输出端输出的控制信号V5为低电平(约为0V)。当此电路输出为低电平时，便认为存在非授权开门企图，并将此控制信号V5送入下一级电路。

如图5所示，延时保持电路4是为了确保电磁门锁的安全性。延时保持电路包括延时芯片U11、延时电位器R17以及下拉电容C11和C12，当无非授权开门企图时，延时芯片U11输入端的控制信号V5为高电平信号，延时芯片U11输出端输出的延时保持信号V6为低电平；当存在非授权开门企图时，延时芯片U11输入端的控制信号V5为低电平信号，延时芯片U11输出端输出的延时保持信号V6为高电平，并且保持一段时间，这样就可以有效地避免电磁铁频繁的通断。通过调节延时电位器R17可以调节延时时间。

如图6所示，电磁铁驱动电路5包括串联连接的门禁开关K11、电磁铁L11以及开关管Q11，为防止电磁铁通断电时产生的大电流对驱动电路的损害，在电磁铁L11两端并联一个反接的二极管D11，起到保护电路的作用。开关管Q11可选用NPN型8050三极管，在延时保持信号V6与开关管Q11的基极之间连接有驱动电位器R18。

当门处于正常状态时，门禁开关K11闭合，延时保持信号V6为低电平，开关管Q11不导通，电磁铁断电，处于节电状态。

当存在非授权开门企图时，门禁开关K11闭合，延时保持信号V6为高电平，开关管Q11导通，电磁铁上电，从而阻止非授权开门企图。

当使用门禁卡时，外部系统将会触发使得门禁开关K11断开，电磁铁此时断开电源，并且不受拉力检测电路等电路模块的影响，门将可以方便开启；刷卡之后，延时一段时间，外部系统将会使得门禁开关K11恢复闭合状态，电磁铁连通电源，但并不上电。压力传感器一旦检测到非授权开门企图，又将给电磁铁供电，保持门的紧闭。

实施例1

选用的拉力传感器25N的力产生5mV的电压，力与电压的变化为线性变化。

门限识别电路3中的比较器采用LM339芯片，延时电路采用555延时芯片，将延时时间设定为10s左右。

在ACT-280D电磁锁中加装本发明提供的电路，实际测量无非授权开门企图时工作电压为12V，工作电流小于110mA。当每日未授权开门次数为100次，延时时间为10秒时，功耗仅为302mW。

实施例2

图7示出了本发明的另一种实施方案。

运放芯片ICL7650s和电阻R2、R3、R4以及电容C4、C5组成信号放大电路2；由单片机89C2051进行门限识别和延迟保持；开关管Q1、Q2以及电阻R5、R6组成了电磁铁驱动电路5。

拉力检测电路1输出的两路拉力电压信号V1和V2接入运放芯片U2，运放芯片U2构成减法电路，将放大后的信号输入单片机U1的P1.1引脚。通过改变R4阻值大小可改变放大倍数。电位器P1用于调节门限电压，12V电压经电位器P1分压后输入单片机P1.0口。单片机P1.0与P1.1引脚均为AD转换口，可直接输入电压值。单片机U1将引脚P1.0输入的电压与引脚P1.1输入的电压相比较，P1.1输入的电压较大时认为存在非授权开门企图，引脚P3.7输出高电平以驱动电磁铁上电。

利用单片机U1的串口输出引脚RST，可以将授权开门与非授权开门传入其他终端。

在该实施例中，还包括报警与状态显示电路，单片机的其中两个输出引脚分别控制显示LED与蜂鸣器。可以选择当刷卡开门成功时LED点亮(选用绿灯)或有非授权开门电磁铁上电时点亮(选用红灯)。在短时间内收到多次非授权开门企图时蜂鸣器蜂鸣报警。

本实施例通过单片机的使用，具有可使得延时时间便于调节、可记录开门次数、授权开门简便等优点。也使得电磁铁供电电路更加可靠。

Claims (10)

1.一种超低功耗电磁门锁装置，具有电磁铁驱动电路(5)，其特征在于：包括拉力检测电路(1)，用于检测非授权开门企图，当存在非授权开门企图时，拉力检测电路(1)产生电压输出信号，根据电压输出信号决定是否让电磁铁通电。

2.根据权利要求1所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：还包括信号放大电路(2)和门限识别电路(3)，电压输出信号经信号放大电路(2)放大，再经由门限识别电路(3)判断后，决定是否让电磁铁通电。

3.根据权利要求2所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：还包括延时保持电路(4)，当有非授权开门企图时，延时保持电路(4)将门限识别电路(3)的输出信号处理后保持一段时间。

4.根据权利要求3所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：信号放大电路(2)包括放大器(A11)、连接在放大器(A11)正极端和地之间的第一放大电阻(R13)、连接在放大器(A11)负极端和输出端之间的第二放大电阻(R14)，拉力检测电路(1)输出的拉力电压信号经过放大器(A11)放大输出，作为非授权开门企图判断依据。

5.根据权利要求3或4所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：门限识别电路(3)包括比较器(A12)、比较电位器(R15)和输出电阻(R16)，门限电压(V4)通过调节比较电位器(R15)而设定，通过比较信号放大电路(2)的放大输出信号(V3)是否达到门限电压(V4)，输出一控制信号(V5)确定是否存在非授权开门企图。

6.根据权利要求3-5任一项所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：延时保持电路(4)包括延时芯片(U11)、延时电位器(R17)以及下拉电容(C11、C12)，当有非授权开门企图时，延时芯片(U11)输入端的控制信号(V5)为低电平信号，延时芯片(U11)输出端的延时保持信号(V6)为高电平，并且保持一段时间。

7.根据权利要求3-6任一项所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：拉力检测电路(1)包括位移传感器或压力传感器，传感器检测受到的拉力，根据拉力大小产生0-10mV的拉力电压信号(V1、V2)，拉力电压信号为两路，通过放大电位器(R11、R12)连接到放大器(A11)的正极端和负极端，通过调节放大电位器(R11、R12)的阻值可以调节检测的灵敏度。

8.根据权利要求3-7任一项所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：电磁铁驱动电路(5)包括串联连接的门禁开关(K11)、电磁铁(L11)以及开关管(Q11)，电磁铁(L11)两端并联一个反接的二极管(D11)，在延时保持电路(4)输出的延时保持信号(V6)与开关管(Q11)的基极之间连接有驱动电位器(R18)。

9.根据权利要求3-8任一项所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：还包括控制电路，该控制电路包括控制器、蜂鸣器模块、显示模块以及串口输出模块，蜂鸣器模块用于当存在非授权开门企图时蜂鸣提醒，显示模块用于显示刷卡开门成功和/或有非授权开门企图，串口输出模块将开关记录传输给监控人员。

10.根据权利要求9所述的超低功耗电磁门锁装置，其特征在于：控制器为单片机，由控制器进行门限识别和延时保护。