CN211236623U - 一种工业电子锁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业电子锁，包括：前面板、主体和后面板；前面板上设置有磁铁和输入触点，主体包括CPU系统、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块，后面板包括电源模块和功能输出模块；输入触点、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块分别与CPU系统连接，继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块分别与功能输出模块连接，电源模块为CPU系统、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块提供电源。本实用新型可以实现人员身份识别、权限管理、记录操作行为，保证了工业现场的安全。

Description

一种工业电子锁

技术领域

本实用新型涉及工业权限管理技术领域，更具体的说是涉及一种工业电子锁。

背景技术

工业现场中有很多场合需要人员身份识别和权限管理，管理人员、维修人员和操作人员需要有不同程度的使用，例如价值昂贵的设备启动、生产线的启停、生产参数的配置更新等，都需要记录使用者的操作行为。

但常规的TF射频卡存在易复制的问题，机械锁钥匙难管理的问题，对需要管控的场合带了很大的安全隐患。

因此，如何提供一种工业电子锁是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种工业电子锁，可以实现人员身份识别、权限管理、记录操作行为，保证了工业现场的安全。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种工业电子锁，包括：前面板、主体和后面板；

所述前面板上设置有磁铁和输入触点，所述主体包括CPU系统、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块，所述后面板包括电源模块和功能输出模块；

所述输入触点、所述EEPROM存储芯片、所述FLASH芯片、所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块分别与所述CPU系统连接，所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块分别与所述功能输出模块连接，所述电源模块为所述CPU系统、所述EEPROM存储芯片、所述FLASH芯片、所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块提供电源。

进一步，所述前面板还包括指示灯，所述指示灯与所述CPU系统连接。

进一步，所述CPU系统包括STM32F103C8T6单片机、第一晶振电路Y1、第二晶振电路Y2、NRST复位电路、LED-Test指示灯以及P1板间连接器，所述第一晶振电路Y1的OSC_IN和OSC_OUT分别连接所述STM32F103C8T6单片机的PD0和PD1管脚，所述第二晶振电路Y2的OSC32_IN和OSC32_OUT分别连接所述STM32F103C8T6单片机的PC14和PC15管脚，所述LED-Test指示灯连接所述STM32F103C8T6单片机的PB12管脚，所述P1板间连接器的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4分别连接所述STM32F103C8T6单片机的PA1、PA2、PA3和PA4管脚。

进一步，所述EEPROM存储芯片采用AT24C02，所述AT24C02的I2C-SCL和I2C-SDA分别与所述STM32F103C8T6单片机的管脚PB6和PB7对应连接，管脚5通过电阻R11连接至VCC，管脚6通过电阻R10连接至VCC，管脚GND通过电容C13连接至电源VCC，管脚7连接至GND。

进一步，还包括P3板间连接器，所述P1板间连接器和所述P3板间连接器相同功能的管脚对应连接。

进一步，所述功能输出模块设置有后面板接口P4，所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块分别与所述后面板接口P4连接。

进一步，所述通讯模块采用具有抗电磁干扰性能的SN65HVD1781A-Q1，所述SN65HVD1781A-Q1的USART1_RX和USART1_TX分别与所述STM32F103C8T6单片机的管脚PA9和PA10对应连接，输出信号485A和485B分别与所述P1板间连接器的6管脚和7管脚对应连接，且输出信号485A和485B分别对应连接至所述后面板接口P4的6管脚和7管脚。

进一步，所述逻辑电平模块包括3组TLP172GM模拟继电器，所述STM32F103C8T6单片机的输出信号OUT1、OUT2、OUT3分别与3组所述TLP172GM模拟继电器的3管脚连接，且3组所述TLP172GM模拟继电器的输出OUT1_O、OUT2_O、OUT3_O分别与所述后面板接口P4的3管脚、4管脚和5管脚对应连接。

进一步，所述继电器模块包括G6K-2F-Y继电器、S8050三极管和IN4148二极管，所述S8050三极管的基级通过电阻R22与所述STM32F103C8T6单片机的输出信号OUT4连接，所述G6K-2F-Y继电器的3管脚和4管脚分别对应连接所述后面板接口P4的8管脚和9管脚。

进一步，所述输入触点包括一路输入信号Signal和一路接地GND信号，所述输入信号Signal连接所述STM32F103C8T6单片机的PB0管脚；

所述指示灯包括LED_green和LED_red，所述LED_green和LED_red分别对应连接所述STM32F103C8T6单片机的PB8和PB9管脚。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种工业电子锁，其中，输入触点为三点触点，其中两路触点为通信接口，实现单总线通信；磁铁实现非人力状态下电子钥匙与工业电子锁保持接触；EEPROM存储芯片实现操作信息的存储；FLASH芯片实现用户配置表的存储；CPU系统实现程序逻辑控制；继电器模块实现继电器的控制；逻辑电平模块实现多路逻辑电平的控制；通信模块实现实时通讯；功能输出模块根据输出配置功能输出。本实用新型通过各个模块之间的配合可以实现人员身份识别、权限管理、记录操作行为，保证了工业现场的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的工业电子锁结构框架图。

图2附图为本实用新型提供的CPU系统电路图。

图3附图为本实用新型提供的EEPROM存储芯片电路图。

图4附图为本实用新型提供的通讯模块电路图。

图5附图为本实用新型提供的逻辑电平模块电路图。

图6附图为本实用新型提供的继电器模块电路图。

图7附图为本实用新型提供的电源模块电路图。

图8附图为本实用新型提供的输入触点电路图。

图9附图为本实用新型提供的指示灯电路图。

图10附图为本实用新型提供的功能输出模块电路图。

图11附图为本实用新型提供的P3板间连接器电路图。

图12附图为本实用新型提供的工业电子锁结构图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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做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。

本实用新型实施例公开了一种工业电子锁，如图1所示，包括前面板、主体和后面板；前面板上设置有磁铁、输入触点和指示灯，主体包括CPU系统、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块，后面板包括电源模块和功能输出模块；

输入触点、指示灯、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块分别与CPU系统连接，继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块分别与功能输出模块连接，电源模块为CPU系统、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块提供电源。

其中，指示灯指示产品运行状态。

输入触点为三点触点，其中两路触点为通信接口，实现单总线通信(iButton技术为单总线协议)。

磁铁实现非人力状态下电子钥匙与工业电子锁保持接触。

电源模块实现内部各个模块所需电源的转换。

EEPROM存储芯片实现操作信息的存储。

FLASH芯片实现用户配置表的存储。

CPU系统实现程序逻辑控制。

继电器模块实现继电器的控制。

逻辑电平模块实现多路逻辑电平的控制。

通信模块可以实现USB、485、TCP/IP、PROFIBUS、PROFINET。

功能输出模块根据输出配置功能输出。

模块之间的连接关系：

前面板实现电子钥匙的连接和电子锁状态的显示。面板上三路触点的两路通信接口分别接触电子钥匙的正、负两级，与主体的CPU系统相连，实现电子钥匙的通信，同时通过指示灯指示通信以及各种状态信息。

电子钥匙与工业电子锁通信成功后，电子锁读取电子钥匙的序列码，匹配内部EEPROM存储芯片的信息，匹配成功后经功能输出模块通过后面板输出相应信息。此外，电子锁供电也是通过通过后面板进行输入。

具体的，如图2所示，CPU系统包括48管脚的STM32F103C8T6单片机、8M第一晶振电路Y1和32.768k第二晶振电路Y2、NRST复位电路、LED_Test运行指示灯及P1板间连接器，第一晶振电路Y1的OSC_IN和OSC_OUT分别连接STM32F103C8T6单片机的PD0和PD1管脚，第二晶振电路Y2的OSC32_IN和OSC32_OUT分别连接STM32F103C8T6单片机的PC14和PC15管脚，LED-Test指示灯连接STM32F103C8T6单片机的PB12管脚，P1板间连接器的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4分别连接STM32F103C8T6单片机的PA1、PA2、PA3和PA4管脚。

P1板间连接器和P3板间连接器相同功能的管脚对应连接，即P1板间连接器的3、4、5、8管脚分别连接P3板间连接器的6、5、4、1管脚，P1板间连接器的6、7管脚分别连接P3板间连接器的3、2管脚，P1板间连接器的1、2管脚分别连接P3板间连接器的8、7管脚，P1板间连接器和P3板间连接器实现两电路板之间的信号传输，即单片机通过P1板间连接器、P3板间连接器连接逻辑电平输出模块、通讯模块、继电器模块，同时逻辑电平输出模块、通讯模块、继电器模块通过后面板接口实现功能输出，包括电源VCC、电源GND、逻辑电平模块输出(OUT1、OUT2、OUT3)、通讯模块输出(485A、485B)及继电器模块输出OUT4。

如图3所示，EEPROM存储芯片为2K容量的AT24C02，通过I2C_SCL和I2C_SDA连接至STM32F103C8T6单片机具有I2C功能的PB6、PB7管脚上，管脚5通过电阻R11连接至VCC，管脚6通过电阻R10连接至VCC，管脚GND通过电容C13连接至电源VCC，管脚7连接至GND。

如图4所示，通讯模块为具有抗电磁干扰性能的SN65HVD1781A-Q1,通过USART1_RX和USART1_TX连接至STM32F103C8T6单片机具有USART功能的PA9和PA10管脚上，输出信号485A和485B连接至P1板间连接器6管脚和7管脚，且输出信号485A和485B也连接在后面板接口P4的6管脚和7管脚上。

如图8所示，前面板的输入触点由一路输入信号Signal和一路接地GND信号组成，Signal连接至STM32F103C8T6单片机PB0管脚。如图9所示，指示灯由两路LED输出LED_green和LED_red连接至STM32F103C8T6单片机的PB8和PB9管脚。

如图5所示，逻辑电平模块包括3片TLP172GM模拟继电器和相应指示灯，根据单片机输出信号OUT1、OUT2、OUT3的输出状态实现OUT1_O、OUT2_O、OUT3_O的输出状态，同时运行指示灯运行状态保持一致，输出OUT1_O、OUT2_O、OUT3_O连接至后面板接口3、4、5管脚。

如图6所示，继电器模块包括G6K-2F-Y继电器、S8050三极管、IN4148二极管、指示灯及若干电阻器件，根据单片机输出信号OUT4实现继电器的通断，从而实现常开触点OC、COM端点的通断，OC和COM连接至后面板接口8、9管脚。

如图7所示，电源模块由后面板接口P4输入VCCInput电压(直流20V-30V)，经压降芯片ACT4070后转换至3.3V电压VCC为系统运行提供保障。具体的，STM32F103C8T6单片机的1、24、36、48管脚连接至VCC，STM32F103C8T6单片机的9管脚串联电感L1连接至VCC；AT24C02存储芯片8管脚连接至VCC；SN65HVD1781A-Q1通讯芯片1管脚串联电阻R9连接至VCC；3片TLP172GM模拟继电器的1管脚连接至VCC；G6K-2F-Y继电器的1管脚和S8050集电极连接至VCC。

本实用新型工业电子锁的工作流程为：

电子钥匙与操作人员一一匹配，每人一个电子钥匙，每个电子钥匙具有唯一的序列码，当电子钥匙接触到工业电子锁时，可通过电子锁内部的人员配置清单确认操作者，即解决了“谁”操作的问题。

电子钥匙具有铁环，当靠近电子锁时，会被电子锁前面板内部的磁铁吸住，iButton纽扣的正负极会与电子锁前面板的输入触点(两路铜柱)接触，从而实现了电子钥匙“插入”电子锁。前面板有指示灯，提示各种状态信息，包括运行正常、运行故障、通讯状态、电子钥匙是否有效、电子钥匙读写等。

电子锁内部CPU系统会定时扫描前面板的输入触点，当检测到有电子钥匙时，会通过单总线协议读取电子钥匙内部的序列号及相关信息。获取电子钥匙的序列号后与存储在FLASH芯片中用户配置表中存储的电子钥匙序列码进行逐一对比，当匹配成功后进而获得操作者的权限，根据权限大小进行不同的输出控制。

输出分为三类：继电器类、逻辑电平类和通讯类。继电器类控制动力线缆的通断；逻辑电平类输出数字逻辑编码电平；通讯类实现权限的修改和加密信息的更新等。三类可独立使用，亦可联合使用。

继电器类权限为继电器的通断，实现大功率线路的开路与短路，如交流220V线路的通断等。逻辑电平类的权限为三路组合逻辑电平(24V)输出，实现8种状态编码，其中除去状态0，即有7种可用权限。通信类权限为即时通信功能，将电子钥匙序列码上传至工业控制器，并根据控制器的返回予以不同状态(灯)的显示，同时可修改电子钥匙内部的二次加密信息。

电子锁电源供电和输出在后面板，为多针螺纹插座，电源输入占2根线缆，其余为输出线缆。

电子锁可连接各种工业控制器，包括可编程逻辑控制器、触摸屏和主控计算机等，当电子钥匙接触到电子锁，成功匹配操作人员后，根据事先规定的授权予以不同的权限输出，并将输出记录存在在内部的EEPROM中，同时工业控制器通过电子锁可记录操作动作及其当前时间，即解决了在“什么时间”进行了“什么操作”的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种工业电子锁，其特征在于，包括：前面板、主体和后面板；

所述前面板上设置有磁铁和输入触点，所述主体包括CPU系统、EEPROM存储芯片、FLASH芯片、继电器模块、逻辑电平模块和通讯模块，所述后面板包括电源模块和功能输出模块；

所述输入触点、所述EEPROM存储芯片、所述FLASH芯片、所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块分别与所述CPU系统连接，所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块分别与所述功能输出模块连接，所述电源模块为所述CPU系统、所述EEPROM存储芯片、所述FLASH芯片、所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述前面板还包括指示灯，所述指示灯与所述CPU系统连接。

3.根据权利要求2所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述CPU系统包括STM32F103C8T6单片机、第一晶振电路Y1、第二晶振电路Y2、NRST复位电路、LED-Test指示灯以及P1板间连接器，所述第一晶振电路Y1的OSC_IN和OSC_OUT分别连接所述STM32F103C8T6单片机的PD0和PD1管脚，所述第二晶振电路Y2的OSC32_IN和OSC32_OUT分别连接所述STM32F103C8T6单片机的PC14和PC15管脚，所述LED_Test指示灯连接所述STM32F103C8T6单片机的PB12管脚，所述P1板间连接器的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4分别连接所述STM32F103C8T6单片机的PA1、PA2、PA3和PA4管脚。

4.根据权利要求3所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述EEPROM存储芯片采用AT24C02，所述AT24C02的I2C_SCL和I2C_SDA分别与所述STM32F103C8T6单片机的管脚PB6和PB7对应连接，管脚5通过电阻R11连接至VCC，管脚6通过电阻R10连接至VCC，管脚GND通过电容C13连接至电源VCC，管脚7连接至GND。

5.根据权利要求3所述的一种工业电子锁，其特征在于，还包括P3板间连接器，所述P1板间连接器和所述P3板间连接器相同功能的管脚对应连接。

6.根据权利要求5所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述功能输出模块设置有后面板接口P4，所述继电器模块、所述逻辑电平模块和所述通讯模块分别与所述后面板接口P4连接。

7.根据权利要求6所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述通讯模块采用具有抗电磁干扰性能的SN65HVD1781A-Q1，所述SN65HVD1781A-Q1的USART1_RX和USART1_TX分别与所述STM32F103C8T6单片机的管脚PA9和PA10对应连接，输出信号485A和485B分别与所述P1板间连接器的6管脚和7管脚对应连接，且输出信号485A和485B分别对应连接所述后面板接口P4的6管脚和7管脚。

8.根据权利要求6所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述逻辑电平模块包括3组TLP172GM模拟继电器，所述STM32F103C8T6单片机的输出信号OUT1、OUT2、OUT3分别与3组所述TLP172GM模拟继电器的3管脚连接，且3组所述TLP172GM模拟继电器的输出OUT1_O、OUT2_O、OUT3_O分别与所述后面板接口P4的3管脚、4管脚和5管脚对应连接。

9.根据权利要求6所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述继电器模块包括G6K-2F-Y继电器、S8050三极管和IN4148二极管，所述S8050三极管的基级通过电阻R22与所述STM32F103C8T6单片机的输出信号OUT4连接，所述G6K-2F-Y继电器的3管脚和4管脚分别对应连接所述后面板接口P4的8管脚和9管脚。

10.根据权利要求3所述的一种工业电子锁，其特征在于，所述输入触点包括一路输入信号Signal和一路接地GND信号，所述输入信号Signal连接所述STM32F103C8T6单片机的PB0管脚；

所述指示灯包括LED_green和LED_red，所述LED_green和LED_red分别对应连接所述STM32F103C8T6单片机的PB8和PB9管脚。

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