CN107997414A - 一种基于rfid技术的模块化钥匙柜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RFID技术的模块化钥匙柜，包括嵌入式控制主机和至少一个钥匙柜，每个钥匙柜至少设置一钥匙层，所述钥匙层至少安装一个钥匙管理模块和层集中控制板；所述钥匙管理模块包括模块本体，所述模块本体包括RFID标签牌、电路控制板、电磁自锁装置、仓位感应盒和指示灯，各钥匙管理模块级联后连接所在钥匙层的层集中控制板，各层集中控制板级联后连接嵌入式控制主机。每个钥匙管理模块对应管理一把钥匙，能够精确的识别到每一个钥匙的唯一编号，保证了钥匙本身的安全性，采用分布式级联的方式，每个钥匙管理模块独立的并行运行，提高了整个系统的实时性，所有的信息在每一层中都有备份，有效的保证了数据的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于钥匙管理设备领域，尤其是一种基于RFID技术的模块化钥匙柜。
背景技术
钥匙已经成为了常见的一个物品，是安全的保障，虽然管理一把钥匙比较简单，但当有很多把钥匙时，这是管理起来就变得复杂，光是要分清楚就需要花费很长时间，更何况需要安全保管。尤其是在公安单位，其警用车辆钥匙的管理十分重要，传统警用车辆钥匙的管理流程比较简单且不规范，主要依靠人工管理员实现钥匙的保管与发放，这样很容易造成漏记、错记、感性发放等严重问题。
中国专利公开了一种基于RFID技术的智能钥匙管理装置，申请号为：201310529367.8，其技术点是RFID钥匙存放在箱体内，RFID钥匙内存储有RFID芯片，通过身份验证打开箱体门，从而存取RFID钥匙。这种方案与本发明的方案完全不一样，采用RFID钥匙设置RFID芯片，不仅成本高，而且RFID钥匙经常携带使用容易损坏，与此同时，所有RFID钥匙存放在箱体内，未有分层管理存放，而且存取钥匙需要指定位置。
发明内容
本发明的目的在于克服以上存在的技术问题，提供一种基于RFID技术的模块化钥匙柜。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于RFID技术的模块化钥匙柜，包括嵌入式控制主机和至少一个钥匙柜，每个钥匙柜至少设置一钥匙层，所述钥匙层至少安装一个钥匙管理模块和层集中控制板；所述钥匙管理模块包括模块本体，所述模块本体包括RFID标签牌、电路控制板、电磁自锁装置、仓位感应盒和指示灯，且其前端处开设有限位槽；所述电路控制板、电磁自锁装置、仓位感应盒和指示灯安装在所述模块本体上，所述指示灯与所述电路控制板电性连接；所述嵌入式控制主机通过所述层集中控制板与所述电路控制板电性连接；所述RFID标签牌一侧设有提手部，另一侧设有锁端部，中部位置粘贴RFID标签，插入安装在所述限位槽中，所述提手部上设有扣环，钥匙卡扣在所述扣环上；所述仓位感应盒内安装有仓位感应器，所述仓位感应器与所述电路控制板电性连接。所述电路控制板通过感应所述RFID标签确认所述限位槽中是否安装有所述RFID标签牌；所述电磁自锁装置上有锁舌，通过所述锁舌用于锁住或松开所述锁端部，所述电路控制板与所述电磁自锁装置电性连接，用于控制所述电磁自锁装置的开关动作。
进一步地，所述电路控制板包括第一MCU处理器、锁驱动模块、射频模块、射频天线和第一模块通信接口。所述仓位感应器与所述第一MCU处理器电性连接，所述仓位感应器用于感应所述限位槽中是否安装有所述RFID标签牌，并将感应信息发送给所述第一MCU处理器。所述射频模块通过所述射频天线读取所述RFID标签的数据并发送给所述第一MCU处理器；所述第一MCU处理器通过所述锁驱动模块连接所述电磁自锁装置，用于控制所述电磁自锁装置的开关动作；所述第一模块通信接口与所述第一MCU处理器电性连接。
进一步地，所述电路控制板还包括锁状态模块和第一地址接口，所述锁状态模块和第一地址接口与所述第一MCU处理器电性连接。
进一步地，所述钥匙管理模块本体上还安装有应急开锁装置。
进一步地，所述限位槽内安装有自动弹出装置。
进一步地，所述自动弹出装置是弹簧。
所述层集中控制板包括第二MCU处理器，以及与第二MCU处理器电性连接的集中通信接口、第二地址接口、第一信息存储模块和第二模块通信接口。
进一步地，所述嵌入式控制主机与所述层集中控制板之间设有集中板，每层所述钥匙层的层集中控制板相互级联后通过所述集中板与所述嵌入式控制主机电性连接。
进一步地，所述集中板包括第三MCU处理器，以及与所述第三MCU处理器了电性连接的第三地址接口、第二信息存储模块、层集中通信接口以及嵌入式控制主机通信接口。
进一步地，每层所述钥匙层的钥匙管理模块相互级联后与所述层集中控制板电性连接。
本发明的有益效果：
1. 存放或者归还钥匙时，不用指定位置，可以随意放置，系统会根据钥匙的唯一标签实时进行识别，锁定钥匙放入的位置，自动完成钥匙归还的流程，极大地方便了用户操作。
2. 采用每个钥匙管理模块对应管理一把钥匙，能够精确的识别到每一个钥匙的唯一编号，按最小单位进行精确管理，保证了钥匙本身的安全性，更方便用户操作，减小了出错的可能。同时可以根据用户的管理数量需求，进行灵活的数量组合，不需要对硬件再进行改动。
3. 采用分布式级联的方式，每个钥匙管理模块独立的运行，所有钥匙管理模块并行进行，提高了整个系统的实时性。所有的信息在每一层中都有备份，有效的保证了数据的可靠性。
4. 采用RFID技术，实现了将实物钥匙进行数字化管理，通过读取RFID标签的ID号设置为钥匙的编号，确保了钥匙编号的唯一性，提高了钥匙的精确管理。
5. 取钥匙时，通过指示灯的指引，能够快速找到所要取得钥匙。
附图说明
图1：本发明一种基于RFID技术的模块化钥匙柜的结构示意图。
图2：层集中控制板的结构框图。
图3：钥匙管理模块的结构示意图。
图4： RFID标签牌的结构示意图。
图5：钥匙管理模块使用时的平面示意图。
图6：电路控制板的结构框图。
图7：本发明一种基于RFID技术的模块化钥匙柜的电气级联示意图。
图8：集中板的结构框图。
标号说明：
1：钥匙柜；2：嵌入式控制主机；3: 钥匙管理模块；31：RFID标签牌；311：提手部；312：扣环；313：锁端部；32：电磁自锁装置；33：电路控制板；331：第一MCU处理器；332：射频模块；333：射频天线；334：仓位感应器；335：第一模块通信接口；336：锁驱动模块；337：锁状态模块；338: 第一地址接口；34：指示灯；35：应急开锁装置；36：自动弹出装置；37：仓位感应盒；4: 层集中控制板；41：第二MCU处理器；42：集中通信接口；43：第一信息存储模块；44：第二模块通信接口；45：第二地址接口；5：集中板；51：第三MCU处理器；52：嵌入式控制主机通信接口；53：第二信息存储模块；54：层集中通信接口；55：第三地址接口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
实施例一：
如图1所示，一种基于RFID技术的模块化钥匙柜，包括钥匙柜1和嵌入式控制主机2，钥匙柜1设置有六层钥匙层，每层钥匙层安装有十三个钥匙管理模块3和一块层集中控制板4。
所述嵌入式控制主机2采用I.MX6UL系列处理器，是整个钥匙柜1的控制中心，一方面连接上层系统进行数据交换，另一方面是通过连接层集中控制板4实现对钥匙柜1信息的采集和控制，本发明最终的RFID标签的信息都存储在嵌入式控制主机2内，与此同时，本系统每次上电后，会将采集的实时信息与断电前的信息比对，这样保证了在设备断电期间钥匙的安全。
如图2所示，所述层集中控制板4包括第二MCU处理器41，以及与第二MCU处理器41连接的集中通信接口42、第一信息存储模块43、第二模块通信接口44和第二地址接口45。层集中控制板4轮询采集所在层的钥匙管理模块3的信息，同时接收来自嵌入式控制主机2的信息，并上报采集到的信息，或者对钥匙管理模块3进行控制。设置层集中控制板4，其对上层控制端，便于嵌入式控制主机2分层控制钥匙管理模块3，提高工作效率；其对所在层，便于层集中控制板4管理所在层相互级联的钥匙管理模块3，提高了精确度。在实际工作中，当钥匙管理模块3识别到一个钥匙的ID号后，除了及时上报识别信息，同时将这个ID号连同位置信息一块保存到第一信息存储模块43中一份。当一个钥匙正常流程拿走后，及时将信息清除。如果是一个钥匙非正常取走，比对后发现异常，将异常的连同ID号一起上报，这样更加进一步地确保了数据的安全。本实施例中的第二MCU处理器41采用STM8S系列单片机。
钥匙管理模块3采集钥匙及存储模块的状态信息，包括钥匙的唯一ID号，并将信息上报，同时接收层集中控制板4的控制信息，对钥匙锁进行开关的控制。
如图3-5所示，所述钥匙管理模块3包括模块本体，模块本体包括RFID标签牌31、电磁自锁装置32、电路控制板33、指示灯34和仓位感应盒37。且其前端处开设有限位槽；所述电磁自锁装置32、电路控制板33、指示灯34和仓位感应盒37安装在所述模块本体上。
所述指示灯34与所述电路控制板33电性连接，通过指示灯34指引用户正确且快速地找到指定的钥匙，同时如果操作错误，也能进行报警。所述嵌入式控制主机2通过所述层集中控制板4与所述电路控制板33电性连接，这样便于嵌入式控制主机2实现对钥匙管理模块3的管理与控制。
如图4所示，所述RFID标签牌31一侧设有提手部311，另一侧设有锁端部312，中部位置粘贴RFID标签，插入安装在所述限位槽中，所述提手部311上设有扣环312，钥匙卡扣在所述扣环312上；所述电路控制板33通过感应所述RFID标签确认所述限位槽中是否安装有所述RFID标签牌31。
所述RFID标签牌31将钥匙的实物进行数字化处理，作为每个钥匙的唯一编号，进行数字化管理的依据，是整个数据库管理的索引。RFID标签牌31上一侧设有提手部311，另一侧设有锁端部313，中部位置粘贴RFID标签，插入安装在所述限位槽中，所述提手部311上设有扣环312，钥匙卡扣在所述扣环312上。所述仓位感应盒37内安装有仓位感应器334，所述仓位感应器334与所述电路控制板电性连接。所述电路控制板33通过感应所述RFID标签确认所述限位槽中是否安装有所述RFID标签牌31。RFID标签具有唯一的ID号，将该唯一的ID号进行处理并作为钥匙的唯一编号，这样确保了钥匙编号的唯一性，实现了钥匙实物的数字化管理。所述电磁自锁装置32上有锁舌，通过所述锁舌用于锁住或松开所述锁端部313，能够对放入的钥匙牌进行自动锁定，能够有效的防止误拿错拿。所述电路控制板33与所述电磁自锁装置32电性连接，能够控制所述电磁自锁装置32的开关动作。
作为优选地，如图6所示，所述电路控制板33包括第一MCU处理器331、锁驱动模块336、射频模块332、射频天线333和第一模块通信接口335。所述仓位感应器334与所述第一MCU处理器331电性连接，所述仓位感应器334用于感应所述限位槽中是否安装有所述RFID标签牌31，并将感应信息发送给所述第一MCU处理器331；所述射频模块332通过所述射频天线333读取所述RFID标签的数据并发送给所述第一MCU处理器331；所述第一MCU处理器331通过所述锁驱动模块336连接所述电磁自锁装置32，用于控制所述电磁自锁装置32的开关动作；所述第一模块通信接口335与所述第一MCU处理器331电性连接。
作为优选地，所述电路控制板33还包括锁状态模块337和第一地址接口338，所述锁状态模块337与所述第一MCU处理器331电性连接，作为第一MCU处理器331控制开锁的反馈信号，保证电磁自锁装置32正常被开启，如果检测到异常开锁，则进行报警。所述第一地址接口338与所述第一MCU处理器331电性连接，第一MCU处理器331通过采集第一地址接口338的信号，确定钥匙管理模块3自身的地址，同时在多个钥匙管理模块3通信时，保证相互之间不冲突。
本发明所述第一MCU处理器331采用STM32F103系列处理器，位感应器是采用的红外漫反射感应方式，锁驱动模块336采用MOS管控制方式，射频模块332采用意法公司的AS39Xx系列射频芯片，射频天线333是按照结构的尺寸要求，工作的频率，识别距离，再根据线路上线宽，线距来调整天线电感，Q值等参数，同时预留的有匹配电路，最终调试时通过调整匹配电路来达到最理想的识别效果。
实际应用中，每层钥匙层上所有的钥匙管理模块3通过第一模块通信接口335相互级联后，再选择其中一个钥匙管理模块3通过其第一模块通信接口335与所在层的层集中控制板4的第二模块通信接口44连接，建立起钥匙管理模块3与层集中控制板4的通信连接。
如图7所示，层集中控制板4相互之间通过其集中通信接口42相互级联，比如第一钥匙层的层集中控制板4与第二钥匙层的层集中控制板4通过其集中通信接口42相互连接，第二钥匙层的层集中控制板4与第三钥匙层的层集中控制板4通过其集中通信接口42相互连接，第三钥匙层的层集中控制板4与第四钥匙层的层集中控制板4通过其集中通信接口42相互连接，第四钥匙层的层集中控制板4与第五钥匙层的层集中控制板4通过其集中通信接口42相互连接，第五钥匙层的层集中控制板4与第六钥匙层的层集中控制板4通过其集中通信接口42相互连接，从而实现层集中控制板4与层集中控制板4级联，建立起层集中控制板4与层集中控制板4之间的通信连接。
本发明采用一个钥匙管理模块3对应管理一把钥匙，且每个钥匙管理模块3设置电路控制板33，这样能够精确的识别到每一把钥匙的唯一编号，按最小单位进行精确管理，保证了钥匙本身的安全性，更方便用户操作，减小了出错的可能。同时还可以根据不同用户的管理数量需求，进行灵活的数量组合，不需要对硬件再进行如何改动，只需要对嵌入式控制主机2的软件进行相关配置即可。而且采用分布式级联的方式，每个钥匙管理模块3独立且并行的运行，提高了整个系统的实时性，所有的信息在每一钥匙层中都有备份，有效的保证了数据的可靠性。
实施例二：
与上述实施例一的区别在于：在嵌入式控制主机2与层集中控制板4之间设有集中板5。
如图8所示，集中板5包括第三MCU处理器51，以及与第三MCU处理器51电性连接的第三地址接口55、第二信息存储模块53、层集中通信接口54以及嵌入式控制主机通信接口52。本实施例中的第三MCU处理器51采用STM8S系列单片机。
层集中控制板4相互级联后，选择其中一个层集中控制板4，通过其集中通信接口42与层集中通信接口54电性连接，嵌入式控制主机通信接口52电性连接嵌入式控制主机2，从而实现层集中控制板4相互级联后再通过所述集中板5与嵌入式控制主机2建立通信。
集中板5负责实时将每钥匙层的层集中控制板4内的信息集中到一起，当嵌入式控制主机2查询时，及时将信息上报，提高了响应速度。同时当需要部署更多的钥匙柜1时，一个嵌入式控制主机2可以通过连接多个集中板5进行扩展。
实施例三：
与上述实施例一或二的区别在于：钥匙管理模块3本体上还安装有应急开锁装置35，当电磁自锁装置32无法自动打开时，通过应急开锁装置35可以手动打开电磁自锁装置32，实现手动解锁，从而取出RFID标签牌31。所述限位槽内安装有自动弹出装置36，自动弹出装置36可以是弹簧或其他弹性部件。RFID标签牌31安装在限位槽后，电磁自锁装置32的锁舌会锁住RFID标签牌31的锁端部313，RFID标签牌31同时会顶压住自动弹出装置36，自动弹出装置36受压后会产出反作用力，在电磁自锁装置32下将RFID标签牌31锁住，而在自动弹出装置36的反作用力下，将RFID标签牌31固定不动地安装在限位槽中。与此同时，当电磁自锁装置32解锁时，自动弹出装置36在受压反作用力下将RFID标签牌31从限位槽中向外弹出一定的距离，这样方便用户提取RFID标签牌31，也就易于用户取钥匙。
下面以实施例三的技术方案为例说明在实际工作中的工作过程：
当管理员需要存放钥匙时，在嵌入式控制主机2上点击“存入”，此时管理员随便将钥匙放入到空的钥匙管理模块3上，不需要指定具体的钥匙管理模块3。管理员将钥匙卡扣在扣环312上后，把RFID标签牌31插入安装到限位槽中，电磁自锁装置32的锁舌会锁住RFID标签牌31，RFID标签牌31同时会顶压住弹簧，弹簧受压后会产出反作用力，在电磁自锁装置32下将RFID标签牌31锁住，而在弹簧的反作用力下，将RFID标签牌31固定不动地安装在限位槽中。由于RFID标签牌31上有RFID标签，电路控制板33的射频模块332通过射频天线333读取RFID标签的数据并发送给第一MCU处理器331，这个数据可以是RFID标签的ID号。第一MCU处理器331再将数据通过第一模块通信接口335发送给层集中控制板4，层集中控制板4再将数据发送给嵌入式控制主机2，嵌入式控制主机2收到后会自动做相应的处理，比如将ID号设置为该钥匙的编号，这样确保了每把钥匙编号的唯一性，同时实现了将实物钥匙进行数字化管理。而层集中控制板4的好处还在于可以实现分层管理。具体是嵌入式控制主机2可以按钥匙层分类保存，比如第一层集中控制板4上报的数据集中存放在第一层数据，第二层集中控制板4上报的数据集中存放在第二层数据，依次类推。当有两个以上钥匙柜1时，在嵌入式控制主机2与层集中控制板4之间还设置集中板5，层集中控制板4上报的数据先传输给集中板5，集中板5再将数据传给嵌入式控制主机2。
当管理员在嵌入式控制主机2上看到有出勤的任务时，点击任务取钥匙，嵌入式控制主机2下发对应的命令，通过集中板5传输到对应的钥匙柜1体，再通过钥匙柜1体的层集中控制板4快速查找到所在钥匙层，再通过钥匙管理模块3定位到具体的钥匙位置，定位到具体的钥匙管理模块3后，其第一MCU处理器331通过锁驱动模块336向电磁自锁装置32发送解锁命令，电磁自锁装置32收到命令后立即解锁，与此同时，第一MCU处理器331会触发指示灯34亮，电磁自锁装置32解锁后，弹簧在受压反作用力下将RFID标签牌31从限位槽中向外弹出一定的距离，这样方便用户提取RFID标签牌31，也就易于用户取钥匙。管理员取走钥匙后，电磁自锁装置32锁关，指示灯34灭，并返回给嵌入式控制主机2任务完成信息。如果超时还没有取走，电磁自锁装置32锁关，指示灯34灭，提示异常。同时返回给嵌入式控制主机2钥匙未取走信息。
上述实施例一、二或三中，集中通信接口42、第一模块通信接口335、第二模块通信接口44和层集中通信接口42可以为RS232通信口、RS422通信口或RS485通信口，嵌入式控制主机通信接口52可以是RS232通信口、RS422通信口、RS485通信口或RJ45网口。钥匙柜1和钥匙管理模块3的数量可以根据用户的需求灵活增加或减少。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1.一种基于RFID技术的模块化钥匙柜，包括嵌入式控制主机和至少一个钥匙柜，每个钥匙柜至少设置一钥匙层，其特征在于：所述钥匙层至少安装一个钥匙管理模块和层集中控制板；所述钥匙管理模块包括模块本体，所述模块本体包括RFID标签牌、电路控制板、电磁自锁装置、仓位感应盒和指示灯，且其前端处开设有限位槽；所述电路控制板、电磁自锁装置、仓位感应盒和指示灯安装在所述模块本体上，所述指示灯与所述电路控制板电性连接；所述嵌入式控制主机通过所述层集中控制板与所述电路控制板电性连接；所述RFID标签牌一侧设有提手部，另一侧设有锁端部，中部位置粘贴RFID标签，插入安装在所述限位槽中，所述提手部上设有扣环，钥匙卡扣在所述扣环上；所述仓位感应盒内安装有仓位感应器，所述仓位感应器与所述电路控制板电性连接，所述电路控制板通过感应所述RFID标签确认所述限位槽中是否安装有所述RFID标签牌；所述电磁自锁装置上有锁舌，通过所述锁舌用于锁住或松开所述锁端部，所述电路控制板与所述电磁自锁装置电性连接，用于控制所述电磁自锁装置的开关动作。
2.根据权利要求1所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述电路控制板包括第一MCU处理器、锁驱动模块、射频模块、射频天线和第一模块通信接口；
所述仓位感应器与所述第一MCU处理器电性连接，所述仓位感应器用于感应所述限位槽中是否安装有所述RFID标签牌，并将感应信息发送给所述第一MCU处理器；
所述射频模块通过所述射频天线读取所述RFID标签的数据并发送给所述第一MCU处理器；所述第一MCU处理器通过所述锁驱动模块连接所述电磁自锁装置，用于控制所述电磁自锁装置的开关动作；所述第一模块通信接口与所述第一MCU处理器电性连接。
3.根据权利要求2所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述电路控制板还包括锁状态模块和第一地址接口，所述锁状态模块和第一地址接口与所述第一MCU处理器电性连接。
4.根据权利要求1所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述层集中控制板包括第二MCU处理器，以及与第二MCU处理器电性连接的集中通信接口、第二地址接口、第一信息存储模块和第二模块通信接口。
5.根据权利要求1所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述钥匙管理模块本体上还安装有应急开锁装置。
6.根据权利要求1所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述限位槽内安装有自动弹出装置。
7.根据权利要求4所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述自动弹出装置是弹簧。
8.根据权利要求1所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述嵌入式控制主机与所述层集中控制板之间设有集中板，每层所述钥匙层的层集中控制板相互级联后通过所述集中板与所述嵌入式控制主机电性连接。
9.根据权利要求8所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：所述集中板包括第三MCU处理器，以及与所述第三MCU处理器了电性连接的第三地址接口、第二信息存储模块、层集中通信接口以及嵌入式控制主机通信接口。
10.根据权利要求1所述的基于RFID技术的模块化钥匙柜，其特征在于：每层所述钥匙层的钥匙管理模块相互级联后与所述层集中控制板电性连接。
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