辐射场所钥匙管理系统设计.pdf
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1、 收稿日期:基金项目:安徽省住房城乡建设科学技术计划项目()作者简介:肖金龙()男安徽阜阳人硕士生文章编号:()辐射场所钥匙管理系统设计肖金龙王 宾梁立振(.安徽理工大学 电气与信息工程学院安徽 淮南.合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽 合肥.中国科学院等离子体物理研究所安徽 合肥)摘要:针对辐射场所中钥匙管理系统智能化程度较低钥匙管理混乱难以实现高效利用且钥匙丢失难以追溯的问题提出了一种专门应用于辐射场所门禁中的新型智能钥匙管理系统 该系统主要由机械系统、驱动控制系统和人机交互系统组成 控制系统对检测或输入的信号进行处理并发出指令后机械系统可以实现钥匙的精准传送液晶显示屏可以显示取用钥匙的
2、人员信息及钥匙取还的状态 上位机可以实现数据的接收、处理、存储和指令发送 经测试该系统安全可靠、方便实用能达到科学管理钥匙的目的关键词:钥匙管理以太网嵌入式系统中图分类号:文献标志码:全超导托卡马克中性束注入器()实验室是开展中性束注入物理研究和工程实践的重要场所 因 主机大厅里存在许多危险因素尤其是等离子体放电期间所产生的大量辐射所以放电实验前实验人员必须全部离开 主机大厅以确保人员和设备的安全 门禁系统可将人员与辐射源项在物理空间上隔离开而钥匙管理系统作为整个辐射场所门禁系统的核心部分其设计的科学合理性将直接决定门禁系统的成功与否 因现使用的钥匙管理装置中无人机交互系统需人工打开钥匙柜才能
3、确认次级钥匙是否全部归还且存在工作人员凭自身初级钥匙打开钥匙柜后却未及时关闭使其他人员随意取用次级钥匙引起次级钥匙取还混乱和次级钥匙丢失难以追溯等问题 因此设计一种新型钥匙管理系统对安全科研和生产具有重要的现实意义 整体方案 实验室与普通场所的门禁系统有所区别 实验室需用初级钥匙来换取次级钥匙通过次级钥匙才能开启主机大厅的最后一道门禁待工作人员完成工作离开主机大厅后必须及时将次级钥匙归还至控制大厅内的钥匙管理装置中 当次级钥匙全部归还于钥匙管理装置内确保主机大厅内无人员滞留后方可开展后续的放电实验 初级钥匙为工作人员所携带且已被授权的射频工作卡次级钥匙为存放于钥匙管理装置中的射频钥匙卡扣根据辐
4、射场所的特殊需求本文设计了一种辐射场所的新型钥匙管理系统是集机、电、测、控于一体的综合系统其整体框架设计如图 所示 主要包括钥匙箱体和相应的机械结构其中主控模块以 为主控芯片通过接口与其它功能模块连接最终实现初级钥匙的读取识别和次级钥匙的取还操作 端作为上位机采用以太网实现与下位机之间的数据交互上位机可将读卡器接收到的刷初级钥匙的人员个人信息保存至后台数据库以便管理员对取还次级钥匙的记录查询和人员信息的管理 整体采用“单片机”的下上位机模式可根据工况的实际需求设计功能程序和第 卷 第 期 年 月兰州工业学院学报 .操作界面图 钥匙管理系统整体框架 机械结构设计机械结构包括:钥匙管理箱内部结构含
5、支架、动力传送模块、钥匙挂钩、控制和检测模块等钥匙管理箱外部结构含钥匙取还口、射频读写模块、液晶显示模块和声光指示报警模块 钥匙管理装置内部结构如图 所示()内部机构()机构前视控制主机安装架箱体传送带从动轮第二光电传感器第一光电传感器挂钩主动轮 支架步进电机 显示屏钥匙取 还口声光报警模块射频读写器图 钥匙管理装置 安装架上固定安装有第一光电传感器和第二光电传感器用来判断次级钥匙是否悬挂在钥匙挂钩上安装架底部固定安装有控制主机是以单片机为核心的控制板卡构成来控制整个下位机的运行和上位机的通讯控制主机的左侧设置有步进电机来提供传送机构所需的动力来源步进电机的输出端上固定安装有主动轮主动轮啮合连
6、接在传送带上传送带传动连接多个从动轮从而带动固定安装有多个钥匙挂钩的传送带运转最终实现次级钥匙的正转送出和反转送回 箱体外侧设置有钥匙取还口钥匙取还口左侧有射频读写器用来读写工作人员被授权的初级钥匙 控制主机根据初级钥匙的读写次数来下达步进电机的转向指令 钥匙取还口右侧有液晶显示屏用来显示刷初级钥匙人员的个人信息、次级钥匙的取还状态以及装置内次级钥匙的使用情况说明 钥匙取还口左侧有声光指示模块用于装置正常运行或故障报警的指示 下位机控制系统设计.硬件设计辐射场所下钥匙管理系统的硬件架构如图 所示根据不同的系统功能将控制硬件电路划分为基本电路和外围电路 该系统以 微处理器为主控芯片通过 接口完成
7、与射频读写芯片和 以太网芯片的连接以实现初级钥匙刷卡模块设计和下位机与上位机的以太网网络通信通过 接口与 显示屏连接实现系统终端信息的显示通过/接口实现对电机驱动、声光报警模块和光电检测器模块的控制 基于 平台通过软件程序的控制实现各个模块间的数据信息传递和协同工作.基本电路控制主机的主板在取得 开关电源输出的 后再经输出电压为.的正向低压降稳压器.分别给板载的 电路模块和 .电路模块进行供电 为提供微控制器的时钟基准需设计时钟电路来提供芯片所需的 时钟和系统时钟 为实现复位目的需将主控芯片的复位引脚设置为低电平状态来实现按键复位和上电复位的需求 因为 引脚少、效率高的优点所以调试电路选择、中
8、的 方式作为硬件电路的调试接口 存储电路的设计用来扩展芯片的存储上限与功能使控制器在使用时更加灵活 兰州工业学院学报 第 卷图 控制器硬件架构.外围电路)刷卡模块电路 刷卡模块选用 芯片该芯片是 公司一款高度集成的非接触式读写卡芯片其将调制和解调集成到芯片协议和通信方法中使得无需其他电路便可实现读写器天线与卡片的通信 本文采用 接口来实现对初级钥匙的信息读写完成终端刷卡功能)电机驱动电路 控制系统电机驱动模块接线如图 所示包含 主控板、闭环步进电机驱动器、步进电机和开关电源 驱动器的控制信号采用共阳极接法 主控板使用 引脚输出 信号控制电机的旋转速度使用 引脚控制电机的旋转方向使用 引脚控制电
9、机使能或失能 驱动器的 报警信号输出类型为集电极开路形式与主控板的输入接口连接 因 驱动器采用闭环控制技术自带位置编码器经信号线连接至步进电机使电机具有伺服电机的闭环特性可从根本上解决传统步进电机的丢步问题 可达到本设计中对次级钥匙稳定和精确的传送要求 )光电检测电路 第一光电传感器和第二光电传感器均采用 反射式红外光电传感器来检测次级钥匙是否在位 红外反射式光电传感器由 个红外光发射管和 个用于接收器的光敏三极管组成 当次级钥匙在位时其红外线将被遮挡并把红外线反射回接收器光敏三极管将导通正输入端 电压接地小于负输入端 电压使放大器输出端 输出低电平 此时模块输出端发送低电平信号给主控芯片主控
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- 关 键 词:
- 辐射 场所 钥匙 管理 系统 设计