CN212927400U - 矩阵式电磁锁控制和检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矩阵式电磁锁控制和检测电路，包括单片机模块、电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块，所述单片机模块分别与电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块连接；各电磁锁含有四根线，分别为电源正极连接线、电源负极连接线、第一检测线和第二检测线，当电磁锁闭合时，第一检测线和第二检测线导通；所述电磁锁控制模块的正极接线有n路，负极接线有m路，所述电磁锁控制模块按矩阵方式与n×m个电磁锁接线；所述电磁锁检测模块的输出接线有n路，输入接线有m路，所述电磁锁检测模块按矩阵方式与所述n×m个电磁锁接线。该电路有利于准确地控制和检测电磁锁的开关状态，提高电磁锁安全性。

Description

矩阵式电磁锁控制和检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种矩阵式电磁锁控制和检测电路。

背景技术

随着社会的进步和人们生活水平的提高，各种存储柜进入日常生活中，用于取置物品。当人们需要在公共场合，如超市、游泳馆、车站等，暂存自己的贵重物品时，智能存储柜就是一个方便安全的选择。对于存储柜来说，安全准确地打开柜门是存储柜最重要的部分。而存储柜的安全性能是依靠准确的开关电磁锁来实现的。因此，有必要设计一种电路来对存储柜的多个电磁锁进行准确控制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种矩阵式电磁锁控制和检测电路，该电路有利于准确地控制和检测电磁锁的开关状态，提高电磁锁安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种矩阵式电磁锁控制和检测电路，包括单片机模块、电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块，所述单片机模块分别与电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块连接；各电磁锁含有四根线，分别为电源正极连接线、电源负极连接线、第一检测线和第二检测线，当电磁锁闭合时，第一检测线和第二检测线导通；

所述电磁锁控制模块的正极接线有n路，负极接线有m路，所述电磁锁控制模块按如下方式与n×m个电磁锁接线：第1, 2, …, m个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+1端，第m+1, m+2, …, 2m个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+2端，……，第(n-1)m+1, (n-1)m+2, …, nm个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+n端；第1,m+1, …, (n-1)m+1个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-1端，第2, m+2, …,(n-1)m+2个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-2端，……，第m, 2m, …, nm个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-m端；

所述电磁锁检测模块的输出接线有n路，输入接线有m路，所述电磁锁检测模块按如下方式与所述n×m个电磁锁接线：第1, 2, …, m个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+1端，第m+1, m+2, …, 2m个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+2端，……，第(n-1)m+1, (n-1)m+2, …, nm个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+n端；第1, m+1, …, (n-1)m+1个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-1端，第2, m+2, …, (n-1)m+2个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-2端，……，第m, 2m, …, nm个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-m端。

进一步地，所述n×m个电磁锁按n行m列矩阵式设置，其中n、m均为正整数，且n=m。

进一步地，所述n=m=4，即所述n×m个电磁锁为4行4列的矩阵式电磁锁。

进一步地，所述电磁锁控制模块包括电磁锁正极通断控制电路和电磁锁负极通断控制电路，所述电磁锁正极通断控制电路具有4路正极接线，所述电磁锁负极通断控制电路具有4路负极接线。

进一步地，所述电磁锁正极通断控制电路主要由4个SI4435型PMOS耗尽型场效应管和4个MMBT5551型NPN三极管组成，以实现4路电磁锁正极通断控制；所述电磁锁负极通断控制电路主要由4个AO4468型NMOS耗尽型场效应管组成，以实现4路电磁锁负极通断控制。

进一步地，所述电磁锁检测模块采用MX43045-8P连接器。

进一步地，所述单片机模块采用STM32F103RCT6芯片。

进一步地，所述电源转换模块外接12V直流电源，并设有一个电源防反接电路，所述电源转换模块通过MIC29302WU稳压芯片将12V转换成3.48V，以为通讯模块供电，并通过控制3.48V电源的断开来重启通讯模块；所述电源转换模块通过LM2596S-5.0稳压芯片将12V转换成5V，并通过AMS1117-3.3稳压芯片将5V转换成3.3V，以为电路其他模块供电。

进一步地，所述通讯模块采用N10型GPRS无线通讯模块。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：提供了一种矩阵式电磁锁控制和检测电路，该电路利用矩阵特性，通过电磁锁控制模块和电磁锁检测模块按矩阵方式与电磁锁接线，实现电磁锁的控制和检测，提高了电磁锁控制和检测的准确性，进而提高了电磁锁的安全性，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例的原理框图。

图2是本实用新型实施例的接线方式示意图。

图3是本实用新型实施例中电磁锁正极通断控制电路的电路原理图。

图4是本实用新型实施例中电磁锁负极通断控制电路的电路原理图。

图5是本实用新型实施例中电磁锁检测线接口原理图。

图6是本实用新型实施例中单片机模块的电路原理图。

图7是本实用新型实施例中电源转换模块的电路原理图。

图8是本实用新型实施例中通讯模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提供了一种矩阵式电磁锁控制和检测电路，如图1、2所示，包括单片机模块、电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块，所述单片机模块分别与电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块连接。各电磁锁含有四根线，分别为电源正极连接线12V+、电源负极连接线12V-、第一检测线和第二检测线，当电磁锁闭合时，第一检测线和第二检测线导通。

所述电磁锁控制模块的正极接线有n路，负极接线有m路，所述电磁锁控制模块按如下方式与n×m个电磁锁接线：第1, 2, …, m个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+1端，第m+1, m+2, …, 2m个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+2端，……，第(n-1)m+1, (n-1)m+2, …, nm个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+n端；第1,m+1, …, (n-1)m+1个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-1端，第2, m+2, …,(n-1)m+2个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-2端，……，第m, 2m, …, nm个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-m端。

所述电磁锁检测模块的输出接线有n路，输入接线有m路，所述电磁锁检测模块按如下方式与所述n×m个电磁锁接线：第1, 2, …, m个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+1端，第m+1, m+2, …, 2m个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+2端，……，第(n-1)m+1, (n-1)m+2, …, nm个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+n端；第1, m+1, …, (n-1)m+1个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-1端，第2, m+2, …, (n-1)m+2个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-2端，……，第m, 2m, …, nm个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-m端。

其中，所述n×m个电磁锁按n行m列矩阵式设置，其中n、m均为正整数，且n=m。在本实施例中，所述n=m=4，即所述n×m个电磁锁为4行4列的矩阵式电磁锁，其接线方式如图2所示。1、2、3、4电磁锁的正极连接到LOCK+1端，5、6、7、8电磁锁的正极连接到LOCK+2端，以此类推。1、5、9、13电磁锁的负极连接到LOCK-1端，2、6、10、14电磁锁的负极连接到LOCK-2端，以此类推。1、2、3、4电磁锁的检测线1连接到Feedback+1端，作为第一行。5、6、7、8电磁锁的检测线1连接到Feedback+2端，作为第二行，以此类推。1、5、9、13电磁锁的检测线2连接到Feedback-1端，作为第一列。2、6、10、14电磁锁的检测线2连接到Feedback-2端，作为第二列，以此类推。

所述电磁锁控制模块包括电磁锁正极通断控制电路和电磁锁负极通断控制电路。

电磁锁正极通断控制电路如图3所示，其具有4路正极接线，即为矩阵中的行。由于电磁锁驱动一般工作在大电流，高频高速状态，MOS管为电压控制型器件，多用于高频高速电路，高输入阻抗，损耗小，适合单片机控制输出驱动。所述电磁锁正极通断控制电路主要由4个SI4435型PMOS耗尽型场效应管和4个MMBT5551型NPN三极管组成，以实现4路电磁锁正极通断控制。SI4435 PMOS耗尽型场效应管：耐压：30V；电流：8A；导通电阻：20mΩ。单片机IO口输出高电平NPN三极管导通，PMOS管的G极电压被拉低，当G极电压小于S极电压时，D极和S极导通输出12V电压，电流由S极流向D极，这一行的电磁锁的正极就都接到12V。

电磁锁负极通断控制电路如图4所示，其具有4路负极接线，即为矩阵中的列。电磁锁负极通断控制模块与电磁锁正极通断控制模块相似。所述电磁锁负极通断控制电路主要由4个AO4468型NMOS耗尽型场效应管组成，以实现4路电磁锁负极通断控制。AO4468 NMOS耗尽型场效应管：耐压：30V；电流：10.5A；导通电阻：20mΩ。当单片机的IO口输出高电平时，NOMS管的G极电压大于S极电压，NMOS管的D极和S极导通，电流由D极流向S极，这一行的电磁锁的负极就都接到GND。

电磁锁有两根检测线，当电磁锁闭合时候，则这两根线导通。本实用新型利用电磁锁这一特性，将1、2、3、4电磁锁的检测线1连接到Feedback+1端，作为第一行。5、6、7、8电磁锁的检测线1连接到Feedback+2端，作为第二行，以此类推。1、5、9、13电磁锁的检测线2连接到Feedback-1端，作为第一列。2、6、10、14电磁锁的检测线2连接到Feedback-2端，作为第二列，以此类推。所述电磁锁检测模块采用MX43045-8P连接器。以行作为输出端，列作为输入端。当第i行输出高电平，第j列输入高电平时，表示第（i，j）个电磁锁已经闭合。如需要检测10号门（3,2）的电磁锁有没有闭合，只需要给Feedback+3端输出高电平，Feedback+1、Feedback+2、Feedback+4输出低电平。若Feedback-2端输入的是高电平，代表10号电磁锁已经闭合。电磁锁检测线接口原理图如图5。

在本实施例中，所述单片机采用意法半导体（ST）的STM32F103RCT6芯片。STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。芯片集成定时器Timer，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种外设功能。单片机与复位电路、晶振电路、烧写口等组成单片机模块，其电路原理如图6所示。

如图7所示，在本实施例中，所述电源转换模块外接12V直流电源，并设计一个电源防反接电路。由于2G模块需要特定的电压，所述电源转换模块通过一个MIC29302WU稳压芯片将12V转换成3.48V，以为通讯模块供电，并通过控制3.48V电源的断开来重启通讯模块。所述电源转换模块通过LM2596S-5.0稳压芯片将12V转换成5V，并通过AMS1117-3.3稳压芯片将5V转换成3.3V，以为电路其他模块供电。

在本实施例中，所述通讯模块采用N10型GPRS无线通讯模块。N10是一款超小封装GPRS工业级无线通讯模块，该模块可以提供高品质的语音、短信、数据、业务等功能，在各种工业和民用领域得到广泛的应用。N10 模块主要由基带、Flash ROM、射频 PA 功放和对外接口等几大部分构成，各部分协调工作，完成 GPRS 数据和语音等各种通信功能。N10模块正常工作，如果电源低于3.3V，会造成模块重启，所以本实用新型设计时选用了3.48V的电源为N10供电。N10搭配SIM物联卡通过GSM/GPRS与阿里云物联网平台进行数据通信，其电路原理图如图8所示。

工作时，电源转换模块输出的3.3V电压为单片机模块工作电压，输出3.48V为2G通信的工作电压。单片机模块的数据发送顺序是（单片机模块→2G通讯模块→阿里云物联网平台→服务器→APP或者小程序）。单片机模块的数据接收是（APP或者小程序→服务器→阿里云物联网平台→2G通讯模块→单片机模块）。单片机模块有4个IO口控制电磁锁正极通断控制模块，代表矩阵式电磁锁阵列控制电路中的行，当一个IO口输出高电平时，对应的控制电磁锁正极通断控制电路中的PMOS耗尽型场效应管导通，使该行的所有电磁锁正极连接上12V。单片机模块有4个IO口控制电磁锁负极通断控制模块，代表矩阵式电磁锁阵列控制电路中的列，当一个IO口输出高电平时，对应的控制电磁锁正极通断控制电路中的NMOS耗尽型场效应管导通，使该行的所有电磁锁正极连接上GND。单片机有8个IO口检测电磁锁的开关转态，想要检测电磁锁的开关状态，电磁锁对应坐标的电压都为高电平，代表电磁锁已经闭合。本实用新型通过利用矩阵的方法实现使用8个IO对电磁锁32根电源线的控制，使用8个IO对电磁锁32根检测线的检测。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，包括单片机模块、电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块，所述单片机模块分别与电磁锁控制模块、电磁锁检测模块、电源转换模块和通讯模块连接；各电磁锁含有四根线，分别为电源正极连接线、电源负极连接线、第一检测线和第二检测线，当电磁锁闭合时，第一检测线和第二检测线导通；

所述电磁锁控制模块的正极接线有n路，负极接线有m路，所述电磁锁控制模块按如下方式与n×m个电磁锁接线：第1, 2, …, m个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+1端，第m+1, m+2, …, 2m个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+2端，……，第(n-1)m+1, (n-1)m+2, …, nm个电磁锁的正极连接到电磁锁控制模块的LOCK+n端；第1, m+1,…, (n-1)m+1个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-1端，第2, m+2, …, (n-1)m+2个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-2端，……，第m, 2m, …, nm个电磁锁的负极连接到电磁锁控制模块的LOCK-m端；

所述电磁锁检测模块的输出接线有n路，输入接线有m路，所述电磁锁检测模块按如下方式与所述n×m个电磁锁接线：第1, 2, …, m个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+1端，第m+1, m+2, …, 2m个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+2端，……，第(n-1)m+1, (n-1)m+2, …, nm个电磁锁的第一检测线连接到电磁锁检测模块的Feedback+n端；第1, m+1, …, (n-1)m+1个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-1端，第2, m+2, …, (n-1)m+2个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-2端，……，第m, 2m, …, nm个电磁锁的第二连接线连接到电磁锁检测模块的Feedback-m端。

2.根据权利要求1所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述n×m个电磁锁按n行m列矩阵式设置，其中n、m均为正整数，且n=m。

3.根据权利要求2所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述n=m=4，即所述n×m个电磁锁为4行4列的矩阵式电磁锁。

4.根据权利要求3所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述电磁锁控制模块包括电磁锁正极通断控制电路和电磁锁负极通断控制电路，所述电磁锁正极通断控制电路具有4路正极接线，所述电磁锁负极通断控制电路具有4路负极接线。

5.根据权利要求4所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述电磁锁正极通断控制电路主要由4个SI4435型PMOS耗尽型场效应管和4个MMBT5551型NPN三极管组成，以实现4路电磁锁正极通断控制；所述电磁锁负极通断控制电路主要由4个AO4468型NMOS耗尽型场效应管组成，以实现4路电磁锁负极通断控制。

6.根据权利要求3所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述电磁锁检测模块采用MX43045-8P连接器。

7.根据权利要求3所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述单片机模块采用STM32F103RCT6芯片。

8.根据权利要求3所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述电源转换模块外接12V直流电源，并设有一个电源防反接电路，所述电源转换模块通过MIC29302WU稳压芯片将12V转换成3.48V，以为通讯模块供电，并通过控制3.48V电源的断开来重启通讯模块；所述电源转换模块通过LM2596S-5.0稳压芯片将12V转换成5V，并通过AMS1117-3.3稳压芯片将5V转换成3.3V，以为电路其他模块供电。

9.根据权利要求3所述的矩阵式电磁锁控制和检测电路，其特征在于，所述通讯模块采用N10型GPRS无线通讯模块。

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