CN204904406U - 一种安全门禁系统 - Google Patents

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刘成尧
徐天财
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浙江工业职业技术学院
刘成尧
徐天财
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Abstract

本实用新型提供了一种安全门禁系统,属于安防智能控制技术领域。包括电源系统、数据信息系统、中央处理器和控制系统,所述电源系统包括系统供电模块和电源管理模块,所述数据信息系统包括数据信息存储模块和用于认证用户身份信息和检测门开启关闭状态的数据信息传感模块,所述控制系统包括驱动装置和用于控制门开启关闭的执行装置,所述系统供电模块与所述电源管理模块相连,所述数据信息传感模块与所述数据信息存储模块相连,所述系统供电模块、所述数据信息传感模块和所述驱动装置均与所述中央处理器相连,所述驱动装置与所述执行装置相连,能够有效提高门禁系统的可靠性与安全性。

Description

一种安全门禁系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及安防智能控制领域,具体而言,涉及一种智能出入安全门禁系统。
背景技术
[0002]目前,随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高,门禁系统的应用范围越来越广泛。人们对门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制,而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等,还可与其它系统联动控制,实现多种控制功能。
[0003] 传统门禁系统是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置,无论结构设计多么合理,材料多么坚固,人们总能通过各种手段把它打开。在出入人员很多的通道(像办公大楼、酒店客房)钥匙的管理很麻烦,钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。综上所述,现有门禁系统的传统技术特点很不智能,为了改善这些问题,就出现了电子磁卡锁,电子密码锁,这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道管理的便捷程度,使通道管理进入了电子时代,但随着这两种电子锁的不断应用,它们本身的缺陷就逐渐暴露,磁卡锁的问题是信息容易复制,卡片与读卡机之间磨损大,故障率高,安全系数低。密码锁的问题是密码容易泄露,又无从查起,安全系数很低。同时这个时期的产品由于大多采用读卡部分(密码输入)与控制部分合在一起安装在门外,很容易被人在室外打开锁。这个时期的门禁系统还停留在早期不成熟阶段,因此当时的门禁系统通常被人称为电子锁,应用也不广泛。
实用新型内容
[0004] 本实用新型提供了一种安全门禁系统,目的在于能有效地改善上述问题。
[0005] 本实用新型实施例是这样实现的:
[0006] 第一方面,本实用新型提供了一种安全门禁系统,属于安防智能控制技术领域,包括电源系统、数据信息系统、中央处理器和控制系统,所述电源系统包括系统供电模块和电源管理模块,所述数据信息系统包括数据信息存储模块和用于认证用户身份信息和检测门开启关闭状态的数据信息传感模块,所述控制系统包括驱动装置和用于控制门开启关闭的执行装置,所述系统供电模块与所述电源管理模块相连,所述数据信息传感模块与所述数据信息存储模块相连,所述系统供电模块、所述数据信息传感模块和所述驱动装置均与所述中央处理器相连,所述驱动装置与所述执行装置相连。
[0007] 结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能实施方式,其中,所述系统供电模块包括开关电源、滤波电路、稳压装置和变压装置,所述滤波电路与所述开关电源连接,所述稳压装置和所述滤波电路相连,所述变压装置与所述稳压装置连接,所述变压装置与所述中央处理器相连,所述开关电源与所述电源管理模块相连。
[0008] 结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能实施方式,其中,所述数据信息传感模块包括均与所述中央处理器相连的NFC射频感应器、RFID射频识别器、24L01无线传送器、霍尔传感器和按键。
[0009] 结合第一方面的第二种可能实施的方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能实施方式,其中,要求3所述的安全门禁系统,所述NFC射频感应器和所述RFID射频识别器均通过I2C总线与所述中央处理器相连,所述RFID射频识别器用于识别IC卡的ID号,所述NFC射频感应器用于采集数据,所述NFC射频感应器采集的数据与RFID射频识别器识别的ID号通过I2C总线传送给所述中央处理器。
[0010] 结合第一方面的第二种可能实施的方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能实施方式,其中,所述24L01无线传送器包括集成在一起的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器,所述调制器和所述中央处理器相连,所述调制器还连接有电脑。
[0011] 结合第一方面的第二种可能实施的方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能实施方式,其中,所述数据信息传感模块还包括比较器,所述霍尔传感器安装在金属锁体上,所述霍尔传感器通过运算放大器与所述比较器相连,所述比较器与所述中央处理器相连。
[0012] 结合第一方面的第二种可能实施的方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能实施方式,其中,所述按键为矩阵按键,所述矩阵按键的每个开关两端均与并口转串口电路相连,所述并口转串口电路通过分压电阻分别与中央处理器的输入/输出口相连。
[0013] 结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能实施方式,所述驱动装置包括与所述中央处理器相连的NPN晶体管和用于驱动所述执行装置的消线圈反电动势二极管,所述NPN晶体管的集电极与所述执行装置相连。
[0014] 结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能实施方式,所述数据信息系统还包括蓝牙通信模块,所述蓝牙通信模块分别与所述电源管理模块和所述驱动装置,所述驱动装置连接有手持终端。
[0015] 结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能实施方式,所述执行装置还包括声光报警模块,所述声光报警模块与所述中央处理器相连。
[0016] 本实用新型实施例提供的安全门禁系统,通过引入NFC近场通信技术来获取手持终端数据,达到控制电机开关门的状态,由于引入了 24L01无线传送技术,使得可以通过电脑遥控开门、关门,并且能调看近期的刷门手机系列号,对开关门数据信息做到有效地保存和管理,加入了 RFID射频识别技术,支持磁卡刷卡开门功能,采用按键输入密码的方式,达到专人负责管理,同时引入了蓝牙通信模块,支持蓝牙刷卡以及蓝牙报警系统,同时增加电源管理系统,让门禁在断电时,达到报警和正常工作一段时间的效果,有效提升了门禁系统的可靠性和安全性。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应该看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1为本实用新型实施例提供的安全门禁系统的系统框图图;
[0019]图2为本实用新型实施例提供的电源系统的系统框图;
[0020]图3为本实用新型实施例提供的数据信息系统、中央处理器和控制系统的连接结构示意图;
[0021]图4为本实用新型实施例提供的系统供电模块德电路原理图;
[0022]图5为本实用新型实施例提供的按键模块的电路原理图。
具体实施方式
[0023] 本实用新型实施例提供的门禁系统采用的NFC近场通信技术包括非接触式射频识别(RFID),引入手机蓝牙刷卡,磁卡刷卡开门功能,主要优点是成本较低,一人一系列(+密码),可联电脑,有开门记录,支持人为设置手机系列钥匙。本设计采用中央处理器控制系统进行控制,电源系统采用开关电源把220V交流电流直接转换成5V直流电给系统。通过RFID射频识别器读取卡的ID号,通过I2C总线传送给中央处理器,中央处理器再对卡的ID号进行判断处理,判断出是否是已储存的ID值,因为每张卡的ID值是唯一的,这样就不能复制出别的卡钥匙,每个人拥有一张专门开门的卡,让门禁系统更加安全可靠。中央处理器在判断出开门或者关门信号后输出一个信号给驱动装置,达到输出控制电路与中央处理器隔离的效果,让系统寿命更加长,系统更加稳定。同时通过驱动装置控制执行装置,从而有效地控制门锁。而在门锁上采用执行装置驱动门锁的打开关闭状态,达到一个识别进出权限的效果,当中央处理器给出一个开门信号时,执行装置在驱动装置的作用下会正转动一个角度,这样就开门让人进来,当门锁上的霍尔传感器感应到门已经再次关上时,驱动装置会再给执行装置一个信号,让执行装置反转一个角度,这样就把门关上,不让人进来,从而达到门禁的安全控制。
[0024] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0025] 实施例
[0026]目前,随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高,门禁系统的应用范围越来越广泛。人们对门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制,而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等,还可与其它系统联动控制,实现多种控制功能。
[0027] 基于上述研究,本实用新型实施例公开了一种门禁系统,如图1所示:安全门禁系统整体结构包括电源系统309、数据信息系统308、中央处理器和控制系统310,所述电源系统309包括系统供电模块303和电源管理模块304,所述数据信息系统308包括数据信息存储模块301和用于认证用户身份信息和检测门开启关闭状态的数据信息传感模块302,所述控制系统310包括驱动装置306和用于控制门开启关闭的执行装置307,所述系统供电模块303与所述电源管理模块304相连,所述数据信息传感模块302与所述数据信息存储模块301相连,所述系统供电模块303、所述数据信息传感模块302和所述驱动装置306均与所述中央处理器305相连,所述驱动装置306与所述执行装置307相连。
[0028] 如图2和图4所示,安全门禁系统的电源系统309结构包括开关电源101、滤波电路102、蓄电池103、电池管理模块104和断电智能切换模块105,支持断电保护,断电自动切换到电池供电,使用备用电源工作,开关电源101的输入端接的是220V交流电。其中,中央处理器305优选为单片机206,这样通过变压器Tl将220V交流电转变为15V直流电,接着通过整流、滤波,再经过7812稳压管U6和7805稳压管U7分别得到12V和5V直流电压,12V电源作为电控锁的控制电压,5V电源通过ASM117-3.3V电压转换电路U5为单片机206和读卡器模块供电。这样电源系统309处理可以让系统更加稳定安全地工作,减少电源纹波对单片机206控制系统310的干扰,引入电池管理模块104可以增加门禁系统的稳定性,在蓄电池103供电过程中可以-通过单片机206的控制让系统更稳定地工作。同时,采用电池管理模块104,使得在房间断电时自动报警,提醒使用者注意停电,同时该系统中的电池独立供电给门禁系统,让门禁工作一段时间,做到停电不停工作,更安全,更可靠。
[0029] 如图3所示:安全门禁系统的中央处理器305优选为单片机206,驱动装置306优选为ULN2003驱动电路207,执行装置307优选为步进电机208,其中,系统的输入部分包括NFC射频感应201数据通过I2C总线传送给单片机206处理,24L01无线传送202,按键优选为4*4按键203输入,霍尔传感器204检测数据传送到单片机206。同时单片机206通过对数据进行采集,进行内部算法,计算处理。再通过1 口控制P 口电平输出,控制ULN2003驱动电路207工作,达到控制锁体步进电机208正常工作。
[0030] 其中,NFC射频感应201技术是由非接触式射频识别演变而来,其基础是RFID及互连技术,NFC是一种短距离高频的无线电技术,在13.56M频率运行于20厘米距离内,其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、ECMA-340标准与ETSI TS 102190标准。NFC射频感应201采用主动与被动两种读取模式,当进出人员把手机靠近感应器时,可以通过接收数据进行判断是否开门,在这里NFC射频感应201只做单方向接收数据。这样使用者更加方便,不用进出门带钥匙,卡片在身上,只需要一个手机,就可以控制门的开关。
[0031] 其中,无线通信模块属于射频收发器件,工作于2.4GHz-2.5GHz的ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01无线传送202功耗低,在以-6dBm的功率发射时,工作电流也只有9mA ;接收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。通过安装24L01无线传送202模块,发送器可以达到两个效果,第一可以在电脑上做一个上位机软件,可以通过电脑控制门禁远距离开门、关门,第二可以在电脑上调看最近一个月所有通过门禁系统的手机系列号,做到好管理、好操作。
[0032] 其中,RFID射频识别205模块可以通过射频识别IC卡上特定的ID号,读卡器采用的是RC522无线射频ID读写模块,该模块支持UART接口,I2C接口,或者SPI接口等多种通信方式。在IC磁卡刷卡时,可以通过这个感应器读出IC卡的ID号,每个IC卡都会有自己独立唯一的ID号,-中央处理器305可以根据这个ID号进行开门。
[0033] 其中,蓝牙通信模块优选为CC2540蓝牙通信模块210,该系统的CC2540蓝牙通信模块210,支持蓝牙报警系统,当系统断电智能切换到系统供电模块303时,CC2540蓝牙通信模块210可以通过蓝牙系统把信息发送到指定手机上,进行报警,引用RFID磁卡刷卡技术,加入手机蓝牙连接方式配对开门系统。同时当门禁被破坏时,CC2540蓝牙通信模块210也会把报警信息发送到指定手机上。CC2540蓝牙通信模块210完全整合的无线射频功能-低功率蓝牙(1Mbps GFSK),数位周边-21个通用型输出入界面,2个USART (UART或SPI),全速USB 2.0,2个16位元及2个8位元计时器,专属的连接层计时器用于低功率蓝牙协定时脉,AES-128硬体加密/解密功能,领先的无线射频效能-最高达+97dB linkbudget,可用于大范围通讯,与其它2.4GHz装置优异的共存性。门禁系统可以通过CC2540蓝牙通信模块210进行发送数据开门,电池供电报警,门禁系统破坏报警功能。
[0034] 如图4所示,本实用新型还有一个按键模块,其中,按键模块优选为4*4按键203输入模块,首先通过一块并口转串口电路,优选为PCF8574芯片,PCF8574是CMOS电路,它通过两条双向总线可使大多数MCU实现远程I/O扩展。该器件包含一个8位准双向口和一个总线接口。PCF8574电流消耗很低,并且输出锁存,具有大电流驱动能力,它还带有一种中断接线可与单片机206的中断逻辑相连。通过INT发送中断信号,远端I/O 口不必经过总线通信就通知单片机206是否有数据从端口输入。这样可以把4*4按键203输入模块中的16个按键转换成三根线直接和单片机206通信。在安装上设置了 0-9数字键盘,还有增系列,删系列,取消,确定按键。让操作者可以在正确输入密码时独立增加手机系列钥匙开门,删除不再使用的手机系列钥匙。采用4*4按键203输入控制模块,可以独立增加手机系列号,在需要增加新钥匙的时候,可以直接输入事先设定的正确密码,通过4*4按键203操作直接可以加钥匙,删除钥匙。可以更方便增加门禁可靠性,维护更方便。
[0035] 而霍尔传感器204作为金属检测安装在门禁系统锁体和门槛上,霍尔传感器204是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器204以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。可以通过一个LM324运算放大器把霍尔电压进行放大模拟比较,在通过0P07搭建一个比较器,让霍尔传感器204在感应到锁体金属时,比较器输出3.3V高电平给单片机206,让单片机206知道门槛已经合闭完成。当霍尔传感器204没感应到金属锁体是,比较器输出OV低电平,让单片机206知道门禁已经打开门,准备做二次处理。同时也是可以做到防盗安全,当霍尔传感器204没有检测到金属,并且步进电机208没有动作过,可以达到声光报警209。采用通过霍尔传感器204检测金属金属,达到门禁在没有通过钥匙直接开门的情况报警,防止盗窃事件发生。当门被强制破坏时,门禁会发出警报,通过保安,做到防盗功能。
[0036] 中央处理器305模块,优选为单片机206,单片机206是一个16位的单片机,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。中央处理器305模块包括对所有输入数据进行处理,判断;还包括对输出信号进行控制。
[0037] ULN2003驱动模块207为驱动装置306的优选设备,ULN2003驱动模块207内部还集成了一个消线圈反电动势二极管,可用来驱动执行装置307。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出,输出电流大,故可直接驱动执行装置307,也可直接驱动低压灯泡。ULN2003驱动模块207是集成达林顿管1C,其内部还集成了一个消线圈反电动势二极管,它的输出端允许通过电流为200mA,饱和压降VCE约IV左右,耐压BVCEO约为36V。步进电机208作为执行装置307的优选设备,通常单片机206控制ULN2003驱动模块207时,上拉2K的电阻较为合适,同时,COM引脚应该悬空或接电源。单片机206不能直接驱动控制步进电机208工作;因为单片机206的P 口最多输出电流不能超过50mA,所以单片机206需要先控制ULN2003驱动模块207。再通过ULN2003驱动模块207驱动步进电机208转动固定角度,达到开门,关门动作。
[0038] 并且通过不同颜色的LED指示灯,用来提示按键密码输入是否正确、ID卡号是否存储或删除完成,以及两个带锁开关是针对存储或删除ID卡号的操作指令,通过一个喇叭连接,让门禁系统电池电量不足和不正常开门中可以发出警报,如图3的声光报警模块模块209,能达到声光报警功能。
[0039] 核心处理器单片机206 —直处于进入低功耗睡眠状态,NFC射频感应201传感器一直工作,当NFC周围磁场改变时,NFC射频感应201传感器会产生一个中断信号给单片机206,把单片机206唤醒。当单片机206正常工作时,单片机206会接受一次NFC射频感应201传感器周围手机信号,当把手机系列号读入单片机206时,单片机206会快速对该接受手机序列号进行判断比较,是否是已经存储过的手机序列号,当第一次判断结果为手机系列好正确,会在接收一次,再判断一次手机系列,联系两次判断NFC射频感应201传感器接收序列号都正确时,单片机206会通过1 口输出一个高电平给ULN2003驱动模块207,ULN2003驱动模块207会把这个电平转换给步进电机208,步进电机208在ULN2003驱动模块207的作用下,会逆时针转动180度,锁体中的锁芯打开,人就可以推开门进入。当序列号不正确或者两次判断都不正确,单片机206会一直去查询NFC射频感应201传感器周围磁场,判断是否有手机序号是已经存储过的。这个判断过程锁体不打开。同时24L01无线传送202接收器也可以在接收到上位机发送的开门信号时,也会在单片机206中P 口上输出高电平驱动步进电机208开门工作。当门再次关上时,霍尔传感器204检测到金属信号时,会通过LM324放大器再通过0P07比较器把信号输到单片机206中,这样单片机206会再次控制步进电机208顺时针转动180度,锁体的锁芯再次关闭;做到安全保护。
[0040] 显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本实用新型实施例的功能可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的现有程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本实用新型的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0041 ] 在上述电路的基础上,本实施例中还连接有部分辅助元器件和连线,用于保证电路的正常运行,这些辅助元器件和连线的使用属于行业通用的电路应用习惯,在此不再赘述。
[0042] 以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种安全门禁系统,包括电源系统、数据信息系统、中央处理器和控制系统,其特征在于,所述电源系统包括系统供电模块和电源管理模块,所述数据信息系统包括数据信息存储模块和用于认证用户身份信息和检测门开启关闭状态的数据信息传感模块,所述控制系统包括驱动装置和用于控制门开启关闭的执行装置,所述系统供电模块与所述电源管理模块相连,所述数据信息传感模块与所述数据信息存储模块相连,所述系统供电模块、所述数据信息传感模块和所述驱动装置均与所述中央处理器相连,所述驱动装置与所述执行装置相连。
2.根据权利要求1所述的安全门禁系统,其特征在于,所述系统供电模块包括开关电源、滤波电路、稳压装置和变压装置,所述滤波电路与所述开关电源连接,所述稳压装置和所述滤波电路相连,所述变压装置与所述稳压装置连接,所述变压装置与所述中央处理器相连,所述开关电源与所述电源管理模块相连。
3.根据权利要求1所述的安全门禁系统,其特征在于,所述数据信息传感模块包括均与所述中央处理器相连的NFC射频感应器、RFID射频识别器、24L01无线传送器、霍尔传感器和按键。
4.根据权利要求3所述的安全门禁系统,其特征在于,所述NFC射频感应器和所述RFID射频识别器均通过I2C总线与所述中央处理器相连,所述RFID射频识别器用于识别IC卡的ID号,所述NFC射频感应器用于采集数据,所述NFC射频感应器采集的数据与RFID射频识别器识别的ID号通过I2C总线传送给所述中央处理器。
5.根据权利要求3所述的安全门禁系统,其特征在于,所述24L01无线传送器包括集成在一起的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器,所述调制器和所述中央处理器相连,所述调制器还连接有电脑。
6.根据权利要求3所述的安全门禁系统,其特征在于,所述数据信息传感模块还包括比较器,所述霍尔传感器安装在金属锁体上,所述霍尔传感器通过运算放大器与所述比较器相连,所述比较器与所述中央处理器相连。
7.根据权利要求3所述的安全门禁系统,其特征在于,所述按键为矩阵按键,所述矩阵按键的每个开关两端均与并口转串口电路相连,所述并口转串口电路通过分压电阻分别与中央处理器的输入/输出口相连。
8.根据权利要求1所述的安全门禁系统,其特征在于,所述驱动装置包括与所述中央处理器相连的NPN晶体管和用于驱动所述执行装置的消线圈反电动势二极管,所述NPN晶体管的集电极与所述执行装置相连。
9.根据权利要求1所述的安全门禁系统,其特征在于,所述数据信息系统还包括蓝牙通信模块,所述蓝牙通信模块分别与所述电源管理模块和所述驱动装置相连,所述驱动装置连接有手持终端。
10.根据权利要求1所述的安全门禁系统,其特征在于,所述执行装置还包括声光报警模块,所述声光报警模块与所述中央处理器相连。
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