CN205405664U - 创新实验室门禁与工位电源联动控制系统 - Google Patents
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Abstract
创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，包括RFID读卡模块、单片机模块、Zigbee模块、磁力锁模块和供电模块。本实用新型解决了传统实验室门禁管理及工位电源供给依赖人工的问题。RFID读卡模块连接单片机模块，用于接受卡号并传给单片机核对。磁力锁和单片机模块上的继电器相连，单片机通过控制继电器进而控制磁力锁开或关。同时，单片机模块通过IO口将卡号信息传给Zigbee门禁节点，Zigbee门禁节点与Zigbee协调器之间进行无线通信，Zigbee协调器与Zigbee电源节点之间也通过无线进行通信，由Zigbee协调器发送指令给相应的Zigbee电源节点控制Zigbee电源节点上的继电器通断，从而控制与继电器相连的工位电源的通断。本实用新型用于创新实验室门禁和工位电源或其它实验设备通断电的联动管理。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统。
背景技术
高校创新实验室是培养当代大学生将理论应用到实践能力、动手能力以及创新思维的重要资源。为了调动学生学习的主动性和培养学生的创新实践能力，目前许多高校都已建立了创新实验室。但由于各个进入实验室进行实验的学生安排实验的时间不统一，工位电源供给不合理，给创新实验室的资产安全以及用电安全管理增加了很大困难，并且在一定程度上限制了创新实验室的建设和发展，对高校实验室的门禁管理和电源管理提出来新的挑战。为了解决上述高校创新实验室存在的问题，提高实验室门禁安全和用电安全的管理水平，有效的途径之一是实用RFID技术，即射频识别技术与可编程控制的单片机结合实现门禁管理，单片机和Zigbee无线技术结合控制工位电源的供给。现有的高校创新实验室没有实现这一做法。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有高校创新实验室因学生进入实验室做实验时间安排不统一而带来的门禁安全管理问题和实验室工位电源供给带来的用电安全管理问题，进而提出一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统。
本实用新型为解决上述技术问题采取的方案是：一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，系统包括RFID读卡模块、单片机模块、Zigbee门禁节点模块、Zigbee协调器模块、Zigbee电源节点模块、磁力锁模块、5V供电模块和12V供电模块。RFID读卡模块与单片机模块通过IO口相连，工作电压为12V的磁力锁和单片机模块上的继电器相连，单片机模块和Zigbee门禁节点模块通过IO口相连，Zigbee门禁节点模块和Zigbee协调器模块之间，以及Zigbee协调器模块和Zigbee电源节点模块之间通过无线相连，工位电源连接到Zigbee电源节点的继电器上。
本实用新型的有效效果是：
本实用新型利用RFID技术和单片机结合实现对进入实验室人员进行身份核对，同时，单片机和Zigbee无线技术结合实现对工位电源的通断，代替了耗时耗力的人工核对和人工控制工位电源的通断。一方面，减少了实验室管理人员的工作负担，另一方面，提高了实验室的管理水平，使得实验室的管理更加方便、智能。更重要的一点是，本系统实现了创新实验室门禁与工位电源的联动控制，具有准确、灵活、安全、智能等优点。
本实用新型从高校实际出发，所采用的RFID读卡模块、单片机模块和Zigbee模块成本都比较经济低廉，符合高校实验室的经济规划，而且经实验证明本实用新型设计电路的正确性和可行性，完全适用于高校创新实验室。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构框图(创新实验室门禁与工位电源联动控制系统)；
图2是本实用新型中的RFID读卡模块电路图；
图3是本实用新型中的单片机模块电路图；
图4是本实用新型Zigbee模块上CC2530芯片主电路图；
图5是本实用新型Zigbee模块上继电器电路图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式所述的创新实验室门禁与工位电源的联动控制系统，包括RFID读卡模块、单片机模块、Zigbee门禁节点模块、Zigbee协调器模块、Zigbee电源节点模块、磁力锁模块、5V供电模块和12V供电模块。RFID读卡模块与单片机模块通过IO口相连，工作电压为12V的磁力锁模块和单片机模块上的继电器相连，单片机模块和Zigbee门禁节点模块通过IO口相连，Zigbee门禁节点模块和Zigbee协调器模块之间，以及Zigbee协调器模块和Zigbee电源节点模块之间通过无线相连,工位电源连接到Zigbee电源节点的继电器上。
RFID读卡模块用于接收ID卡传来的卡号信息，并将卡号信息通过IO口传给单片机模块进行核对，单片机收到卡号信息后与自身存储的卡号核对，如果符合就控制继电器断电将磁力锁打开，同时通过IO口将卡号信息传给Zigbee门禁节点，Zigbee门禁节点收到卡号信息后通过无线传给Zigbee协调器，Zigbee协调器收到卡号信息后进行分析，分析结束后通过无线发送指令给相应的Zigbee电源节点，相应的Zigbee电源节点收到信息后控制继电器通电从而控制与继电器相连工位电源打开，提供220V电压。系统中，除磁力锁模块需要12V供电外，其余模块都需要5V供电，由供电模块提供。
具体实施方式二：如图2所示，本实施方式所述的创新实验室门禁与工位电源的联动控制系统，所述的RFID读卡模块电路主要包括电感线圈L1、PNP8550三极管Q1、NPN8050三极管Q2、运算放大器LM358、二极管1N4148、电阻和电容，线圈用于接收卡号并将卡号传给RFID读卡模块。由于单片机作用，线圈存在磁场，当ID卡进入线圈感应范围内，ID卡中的有源器件发生谐振产生能量，然后将卡号数据通过线圈传给RFID读卡模块，RFID读卡模块再将信息传到滤波电路将载波滤除，滤波电路输出信号作为运算放大器LM358U2A正输入端的输入信号，LM358U2A的负输入端通过电阻R5后接地，LM358U2B的负输入端通过电阻R8接地，LM358U2A的输出端和电容C6、电阻R7串联接到LM358U2B的负输入端，LM358U2B的输出端连接单片机的P3.2/INT0引脚，经运算放大器放大后的信号传给单片机核对。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图3所示，本实施方式所述的创新实验室门禁与工位电源的联动控制系统，所述的单片机模块电路由型号为P89C52X2BN的单片机、晶振电路、复位电路和工作电压为5V的继电器组成。晶振电路由电容C1、C2和晶振Y1组成，两个电容的一端分别连接晶振的两端，晶振两端分别接到单片机的XTAL1引脚和XTAL2引脚，两个电容的另一端都接地。外接晶振的目的是给单片机提供时钟，与晶振连接的电容是为了让晶振起振。
所述的单片机为高电平复位，当复位开关S1按下时，上升沿来临，单片机启动，复位电路还可以用于当程序跑飞时重新启动单片机。复位电路由电阻R2、电阻R3、电解电容C3和复位开关S1组成。复位开关S1的一端连电阻R2的一端，复位开关S1的另一端连电解电容C3的正极，电阻R2的另一端和电解电容C3的负极均连接到电阻R3的一端，电阻R3另一端接地，电解电容C3的负极还接到单片机的RST引脚上。单片机的P3.0/RxD引脚与Zigbee门禁节点模块CC2530芯片主电路的P0_2相连，P1.0/T2脚通过电阻R1、PNP三极管Q1与继电器相连，继电器的常开端接到接线柱P1的1和3上，磁力锁两端连在接线柱P1的1和3上，没有卡号传来时，单片机P1.0/T2引脚为低电平，继电器处于通电状态，继电器开关K1连通接线柱P1的1和3，磁力锁通电，处于关闭状态。
单片机是RFID读卡模块的核心控制器，对单片机编程实现定时器产生125KHz的方波通过P3.3/INT1传给线圈，使其产生电磁场，单片机通过P3.2/INT0引脚接受RFID读卡模块传来的卡号，单片机模块接受到RFID读卡模块传来的卡号后，与自身存储的卡号进行比对，如果卡号与储存卡号相符，则控制P1.0/T2引脚电平由低变高，此时继电器两端无电流流过，继电器开关K1连接接线柱P1的1和2，磁力锁打开；同时，单片机通过P3.0/RxD引脚把信息传给Zigbee门禁节点；若卡号不符，则不作任何反应。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
上述实施方式中选择的上述实施方式中选择的继电器型号为SRD-05VDC-SL-C，工作电压为5V，可控制10A，250V交流电或30V直流电。磁力锁为KOB品牌KT-280M280公斤磁力锁，其最大拉力为280kg直线拉力，工作电压为12V直流电压，额定电流为280mA，磁力锁安装在实验室门上。
具体实施方式四：如图4～5所示，本实施方式所述的创新实验室门禁与工位电源的联动控制系统，所述的Zigbee模块共分三种，一种是Zigbee门禁节点，一种是Zigbee协调器，一种是Zigbee电源节点。各个Zigbee模块硬件相同，只是烧写的程序不一样。Zigbee门禁节点和单片机通过IO口相连，Zigbee门禁节点模块和Zigbee协调器模块之间通过无线进行通信，Zigbee协调器模块和Zigbee电源节点模块之间也是通过无线进行通信，Zigbee模块上有工作电压为5V的继电器，工位电源与Zigbee电源节点上的继电器相连。
Zigbee模块的主控芯片都是TI公司生产的CC2530，Zigbee模块正常工作时需要5V电压。继电器电路连到CC2530主电路P1_3口，电阻R3、三极管Q1与继电器相连，继电器的常开端接到接线柱P3的1和3上，继电器的常闭端接到接线柱P3的1和2上，单片机模块的P3.0/RxD连到ZigbeeCC2530主电路的P0_2上，没有卡号传来时，Zigbee电源节点CC2530的P1_3口为低电平，开关J1连通1和2，继电器处于断电状态，工位电源连在接线柱P3的1和3上，处于关闭状态。当Zigbee门禁节点通过P0_2收到单片机传来的卡号后，通过无线将卡号传给Zigbee协调器，Zigbee协调器通过无线发送指令给相应Zigbee电源节点，相应的Zigbee电源节点收到指令后控制CC2530的P1_3口输出高电平，此时继电器处于通电状态，开关J1连通接线柱P3的1和3，工位电源打开，提供220V电压。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
上述实施方式中选择的继电器型号为SRD-05VDC-SL-C，工作电压为5V，可控制10A，250V交流电或30V直流电。
以上的实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围。
Claims (6)
1.一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，其特征在于：系统包括RFID读卡模块、单片机模块、Zigbee门禁节点模块、Zigbee协调器模块、Zigbee电源节点模块、磁力锁模块、5V供电模块和12V供电模块；
RFID读卡模块与单片机模块通过IO口相连，工作电压为12V的磁力锁模块和单片机模块上的继电器相连，单片机模块和Zigbee门禁节点模块通过IO口相连，Zigbee门禁节点模块和Zigbee协调器模块之间，以及Zigbee协调器模块和Zigbee电源节点模块之间通过无线相连,工位电源连接到Zigbee电源节点的继电器上。
2.根据权利要求1所述的一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，其特征在于：所述RFID读卡模块电路主要包括电感线圈L1、PNP8550三极管Q1、NPN8050三极管Q2、运算放大器LM358、二极管1N4148、电阻和电容；由于单片机作用，线圈存在磁场，当ID卡进入线圈感应范围内，ID卡中的有源器件发生谐振产生能量，然后将卡号数据通过线圈传给RFID读卡模块，RFID读卡模块再将信息传到滤波电路将载波滤除，滤波电路输出信号作为运算放大器LM358U2A正输入端的输入信号，LM358U2A的负输入端通过电阻R5后接地，LM358U2B的负输入端通过电阻R8接地，LM358U2A的输出端和电容C6、电阻R7串联接到LM358U2B的负输入端，LM358U2B的输出端连接单片机的P3.2/INT0引脚，经运算放大器放大的信号传给单片机核对。
3.根据权利要求2所述的一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，其特征在于：所述单片机模块电路由型号为P89C52X2BN的单片机、复位电路、晶振电路和工作电压为5V的继电器组成；复位电路由复位开关S1、电阻R2、电阻R3和电解电容C3组成，复位开关S1一端连接电阻R2的一端，复位S1的另一端连接电解电容C3的正极，电阻R2的另一端和电容C3的负极均连接到电阻R3的一端，电阻R3另一端接地，电解电容C3的负极还接到单片机的RST引脚上；晶振电路由电容C1、电容C2和晶振Y1组成，两个电容的一端分别连接晶振的两端，晶振两端分别接到单片机的XTAL1引脚和XTAL2引脚，两个电容的另一端都接地；
单片机通过P3.2/INT0引脚接受RFID读卡模块传来的卡号，P3.0/RxD引脚与Zigbee门禁节点模块CC2530芯片主电路的P0_2相连，P1.0/T2引脚通过电阻R1、PNP三极管Q1与继电器相连，继电器的常开端接到接线柱P1的1和3上，没有卡号传来时，单片机P1.0/T2引脚为低电平，继电器处于通电状态，继电器开关K1连通接线柱P1的1和3，磁力锁连在接线柱P1的1和3上，处于关闭状态。
4.根据权利要求3所述的一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，其特征在于：单片机是RFID读卡模块的核心控制器，通过对单片机编程实现定时器产生125KHz的方波通过P3.3/INT1传给线圈，使其产生电磁场，单片机模块接受到RFID读卡模块传来的卡号后，与自身存储的卡号进行比对，如果卡号与储存卡号相符，则通过控制单片机P1.0/T2引脚的电平由低变高，此时继电器两端无电流流过，继电器开关K1连接接线柱P1的1和2，磁力锁打开；同时，单片机通过P3.0/RxD引脚把信息传给Zigbee门禁节点；若卡号不符，则不作任何反应。
5.根据权利要求4所述的一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，其特征在于：所有Zigbee模块的主控芯片都是TI公司生产的CC2530，Zigbee模块正常工作时需要5V电压，Zigbee模块上有工作电压为5V的继电器，继电器电路连到CC2530主电路P1_3口，电阻R3、三极管Q1与继电器相连，继电器的常开端接到接线柱P3的1和3上，没有卡号传来时，CC2530的P1_3口为低电平，继电器处于断电状态，开关J1连通接线柱P3的1和2，工位电源连在接线柱P3的1和3上，处于关闭状态；
Zigbee门禁节点模块和Zigbee协调器模块之间通过无线进行通信，Zigbee协调器模块和Zigbee电源节点模块之间也是通过无线通信，Zigbee电源节点模块和工位电源相连；当Zigbee门禁节点通过P0_2收到单片机传来的卡号后，通过无线将卡号传给Zigbee协调器，Zigbee协调器通过无线发送指令给相应Zigbee电源节点，相应的Zigbee电源节点收到指令后控制CC2530的P1_3口为高电平，此时开关J1连通接线柱P3的1和3，继电器为通电状态，与继电器相连的工位电源打开，提供220V电压。
6.根据权利要求5所述的一种创新实验室门禁与工位电源联动控制系统，其特征在于：所用磁力锁为KOB品牌KT-280M280公斤磁力锁，其最大拉力为280kg直线拉力，工作电压为12V直流电压，额定电流为280mA，磁力锁安装在实验室门上，磁力锁的打开和关闭对应实验室门的打开和关闭；单片机模块和Zigbee模块所用继电器型号均为SRD-05VDC-SL-C，工作电压为5V，可控制10A，250V交流电或30V直流电。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107588953A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-01-16 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于物联网的滚动轴承寿命试验机远程测控系统 |
| CN109934975A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-06-25 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于云平台和ZigBee的开放实验室智慧导游系统 |
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