一种智能门禁的可编程高效节能电源的实现

入口门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它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，人们总能用通过各种手段把它打开。在出入人很多的通道(象办公室，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。为了解决这些问题，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的管理程度，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，卡片与读卡机具之间磨损大，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。

　　本文提出一种利用主机参与电源供电管理，使智能门禁可自动进入休眠，具有高效节能的电源电路模型。模型的特点是"电源一主机" 一体化，使得系统用电可实现全方位软件控制，实际使用时可获得实质性高效节能效果。模型的研究内容包括由用户钥匙启动供电机制、主机取代用户钥匙维持系统供电并由主机定时断电方法、软件控制F的系统分区供电机制等。实用表明用本模型供电的智能门禁符合人们日常使用门禁用电要求，节能效果显着，安全可靠。

　　1 逻辑模型

　　图1所示是可使系统自动进入休眠状态，可分时分区供电的智能门禁供电电源的逻辑模型图。电源供电顺序分为3级：

　　(I)为电网电压变换级， 由双路变压器、主、辅电源整流、滤波等环节构成;

　　(2)为主机、动力部件供电级，由钥匙启动供电电路、功率开关、程控电路及稳压电路等组成;

　　(3)分时分区供电级，由多路功率电子开关、稳压电路及控电路等组成。

图I电源逻辑模型

　　1.1 钥匙启动供电机制

　　开关电源模块是现代电子技术发展的新一带开关电源产品，主要应用于民用、工业和军用等众多领域，包括交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。由于采用模块组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点，模块电源的应用越来越广泛。尤其近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广，模块电源的增幅已经超出了一次电源。随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用，模块电源功率密度越来越大，转换效率越来越高，应用也越来越简单。产业投资不断增加，市场需求逐步攀升。

　　这里的"钥匙"是广义的，可以是任何一种能用于智能门禁开锁的特征信息载体。钥匙启动供电电路由辅助电源供电，因作用时问短质量要求不高，直接取自辅助电源的滤波输出。当钥匙作用于钥匙启动供电电路时，其输出经二极管D1使大功率电子开关导通，主电源滤波输出，经主机电源稳压电路稳压后向主机供电。图I电源逻辑筷塑。

　　1.2 供电控制向量

　　由图I可知，钥匙启动供电之后，整个系统的供电都是在供电控制向量(记着PowerCON)的控制下进行的。供电控制向量占用主机1个字节宽度的端口。POWERCON—D7控制二极管D2的阳极电压;POWERCON·D6控制动力电源电子开关;其它6位用于分时分区供电控制。

　　1.3 主机供电自控机制

　　当钥匙开启主机电源，主机执行的第一条指令就是通过电源口址给D2的阳极加上正电压，进而取代钥匙的供电控制作用，即在钥匙离开电源开启位置或无法使D1阳极维持高电平时，主机电源的控制信号由电源端口提供。当用户超过一定的时间不操作系统时，系统应自动进入休眠状态。为实现这一功能，主机必须设置一个定时中断源。定时It~lhl在机接管电源控制后的初始过程中设置。用户不操作系统是指用户不用钥匙或不通过键盘操纵系统两种情况。设主机连续亡作时问为T，KK为在T中系统是否被用户操作标志，即KK=1表示在T内用户操作r系统，否~l1]KK=0。KK在系统的键盘扫描子程序中赋值。以RT为定时计数器，实现主机自断电算法如下：

　　1.4 分时分区供电机制

　　一些外部电路、部件、设备等不一定要和主机同步用电，也不需要维持和主机一样的用电时间，例如以图像识别信息为钥匙的系 ，图像的采样功耗较大，但一般只是在采样时刻出现，没必要让其和主机一样地供电，应采用何时启用何时供电的方法控制使用电源;同样，在主机电路板上，也可以按电路功能分块供电，例如将一些不常用的接VI集成为一个电路模块，需要时由主机先通过操作电源端口给其供电，然后再进行相应的端口操作。POWERCON低6位用于实现分时分区供电功能。每一位对应一个功率电子开关，6NI"共用一个稳压源，实用时应注意6路功率总和是否在稳压源的负荷之内。在负荷不成问题的情况下，主机可通过程改变POWERCON低6位取值实现系统相关部分的分时分区供电。器件的寿命与其用电时间有关，通过分时分区供电可以减少部分器件的用电时间，因而有助于延长设备的寿命。

2 实用电路

　　图2所示是介绍的系统电源实际电路图的主机电源和分时分区电源部分，动力电源电路较为简单，未予画出。钥匙为像 ，光电传感器对像卡操作进行检测。当像卡使光电偶合信号的状态发生变化时，钥匙启动电路输出高电位，经两个二极管使三极管T2(903 1)开通，从而使T 1(T1 P127)开通。这里T1、T2构成主电源功率开关。由T1输出的滤波电压经4个二极管(1N4001)降压，达到稳压管W1、W2(LM323K)输入电压的要求，wl提供主机电源，W2提供分时分区电源。主机系统以89C51为核心器件，利用89C51固有的并行接口P I对电源进行编程控制。P 1.o/11于接管钥匙控制。P1.1控制动力电源供电(未画)。P1.2控制取样电源，功率开关T3，根据取样工作时的电流负荷选用9013。P1.3控制端口电源，功率开关T4，根据端VI电路模块工作时的电流负荷也选用90l 3。89C5I执行的第1条指令是SETB PI.0;当系统连续工作T，89C51在时间中断服务程序中执行CLR P1.0指令，使P 1.0=0，经两个二极管(IN4001)使T2截止，进而T I截止，系统自动断电。K为手动控制开关。在系统调试时将K合上，T1不受钥匙和P1.0的控制，而P1.2、P1.3照常工作。

图2 可编程电源实例图

　　3 实质性节能措施

　　所谓电器设备节能是指在满足同样功能的前提下，减少用电。电子设备常用的节能办法有器件节能法，即改高耗能元器件为低耗能元器件，如单片机有CMOS芯片和HMOS;g;片之分;交流电的导通角控制法，即在一个周期内，通过控制供电份额减少无用输出。图1方案除了可使用常用节能办法之外，更重要的是结合门禁使用特点，借助主机从3个方面实现实质性节能。

　　3.1 休眠节能

　　日常生活中操作门禁时间是很短的，绝大多数时间不需理睬门禁，在漫长的不操作时间内，图1方案自动停止对系统供电，使系统进入休眠状态。图2电路供电下的系 经湖南省电子产品检测分析所测试，开锁状态的最大功耗为小于40W，而休眠状态功耗小于30roW.

　　3.2 有的放矢

　　程控分时分区供电使得系统的用电效率进一步提高。供电设备的选择，可以通过系统键盘，可以通过程序逻辑决策，也可以通过其它特定方式。程序控制下的用电主要是针对某一特殊功能，某一特定时间段等，启动某一特殊功能的电路模块或设备，用电时间肯定小于T。这是系统在苏醒状态下，主机参与用电控制而带来的实质节能方法之一。

　　3.3 按需供电

　　动力电源一般比主机电源电压高，主要用于驱动电磁、微型步进电机及微型直流电机等锁舌驱动部件。由图1可知，当不需