一种智能钥匙管理箱的制作方法

本发明涉及钥匙使用管控领域，尤其涉及一种智能钥匙管理箱。

背景技术：

目前，为了方便不同运维人员使用变电站钥匙，在变电站中都配备有专用钥匙箱，用来存放各电控柜、配电箱及操作台等的钥匙。变电站钥匙使用基本流程如下：变电站钥匙悬挂于钥匙箱内，箱门由普通机械锁管理，运维人员使用钥匙时需要持钥匙箱门锁钥匙开锁，自主取出需要使用的钥匙，钥匙使用后再自主归还。然而，上述变电站钥匙管控方式存在如下不足：一、钥匙箱门由机械锁管理，钥匙与钥匙的使用者无法一一相对应，安全性差；二、钥匙数量繁多，运维人员需要从诸多钥匙中筛选出自己需要的钥匙，费时费力，且经常会在开锁时发现选择了错误的钥匙，影响工作；钥匙使用完毕后混同其它钥匙随意放在一起，导致钥匙的管理混乱；三、钥匙箱中各个钥匙的是否被使用，何时被使用，是否归还等状态和记录无法实时显示和查询，管理人员无法做到钥匙信息的实时知晓；四、无法远程监控钥匙箱门状态、钥匙的使用状态，智能化程度差。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过一种智能钥匙管理箱，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能钥匙管理箱，其包括门禁读卡器、电控锁、主控板、若干钥匙识别接口板以及与所述钥匙识别接口板相配合的若干钥匙扣；所述门禁读卡器、电控锁与主控板连接；所述主控板与若干钥匙识别接口板连接；其中，所述主控板包括电锁控制电路、门状态监测电路、处理器、存储芯片、时钟芯片、看门狗芯片；所述电锁控制电路、门状态监测电路的一端连接处理器，另一端连接电控锁；所述存储芯片、时钟芯片、看门狗芯片与处理器连接；所述处理器连接门禁读卡器、若干钥匙识别接口板；所述钥匙识别接口板包括I2C并行口扩展电路和指示灯，所述处理器连接I2C并行口扩展电路，所述I2C并行口扩展电路连接指示灯；所述钥匙扣包括电子识别码芯片，所述电子识别码芯片的序列号即为钥匙扣的身份识别码(ID)，钥匙扣与钥匙识别接口板连接后，I2C并行口扩展电路读取钥匙扣的身份ID输出给处理器。

特别地，所述智能钥匙管理箱还包括触摸液晶显示屏；所述触摸液晶显示屏与所述处理器连接。

特别地，所述主控板还包括语音电路和扬声器；所述语音电路的一端连接所述处理器，另一端连接扬声器。

特别地，所述主控板还包括通信接口芯片；所述通信接口芯片连接处理器，与上位机进行远程数据通讯。

特别地，所述钥匙识别接口板包括两个I2C并行口扩展电路，一个I2C并行口扩展电路连接钥匙扣，另一个I2C并行口扩展电路连接指示灯。

特别地，所述储存芯片选用铁电存储器。

特别地，所述电子识别码芯片选用美国达拉斯半导体(Dallas Semiconductor)公司的DS2411硅序列码芯片。

特别地，所述时钟芯片选用爱普生(EPSON)公司的RX-8025T-UB晶振；所述看门狗芯片选用美信(MAXIM)公司MAX813L看门狗复位芯片。

特别地，所述I2C并行口扩展电路选用飞利浦(PHILIPS)公司的PCF8574型CMOS电路；所述指示灯选用红色发光二极管。

特别地，所述电锁控制电路包括ULN2003大电流驱动阵列和继电器；所述门状态监测电路包括门磁开关和光电隔离器。

本发明提出的智能钥匙管理箱的钥匙箱门采用电控锁，门禁读卡器读取运维人员的门禁卡后，电锁控制电路控制电控锁打开，门状态监测电路监测箱门的开关状态；钥匙设置在钥匙扣上，具有唯一钥匙身份ID，钥匙身份ID与钥匙识别接口板上的钥匙扣放置序号相对应，钥匙严格按照序号悬挂，如果钥匙悬挂到错误位置，钥匙箱通过触摸液晶显示屏、扬声器及指示灯提示运维人员正确归还钥匙；箱门开关状态、钥匙的在位状态通过触摸液晶显示屏实时直观显示，且箱门的开关记录自动保存，钥匙使用或归还时自动保存钥匙变位记录；同时，上位机可以通过通信接口芯片对智能钥匙管理箱进行远程监控，便于对智能钥匙管理箱的集中管理。本发明结构简单，成本低，智能化程度高，实现了对钥匙使用、正确归还等信息的有效管控，弥补了传统钥匙管理上的不足，真正做到钥匙信息的实时知晓，管控到人，记录可查，责任及各类权限清晰明了，使钥匙的管理使用更加便捷，安全，可靠。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能钥匙管理箱结构图；

图2为本发明实施例提供的智能钥匙管理箱内部数据处理主流程图；

图3为本发明实施例提供的智能钥匙管理箱的刷卡处理流程图；

图4为本发明实施例提供的智能钥匙管理箱的钥匙扣身份ID识别流程图；

图5为本发明实施例提供的智能钥匙管理箱的液晶显示屏显示处理流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的智能钥匙管理箱结构图。

本实施例中智能钥匙管理箱100具体包括门禁读卡器101、电控锁102、主控板103、若干钥匙识别接口板104以及与所述钥匙识别接口板104相配合的若干钥匙扣(图中未示出)；所述门禁读卡器101、电控锁102与主控板103连接；所述主控板103与若干钥匙识别接口板104连接；其中，所述主控板103包括电锁控制电路1031、门状态监测电路1032、处理器1033、存储芯片1034、时钟芯片1035、看门狗芯片1036；所述电锁控制电路1031、门状态监测电路1032的一端连接处理器1033，另一端连接电控锁102；所述存储芯片1034、时钟芯片1035、看门狗芯片1036与处理器1033连接；所述处理器1033连接门禁读卡器101、若干钥匙识别接口板104；所述钥匙识别接口板104包括I2C并行口扩展电路和指示灯，所述处理器1033连接I2C并行口扩展电路，所述I2C并行口扩展电路连接指示灯；所述钥匙扣包括电子识别码芯片，所述电子识别码芯片的序列号即为钥匙扣的身份识别码(ID)，钥匙扣与钥匙识别接口板104连接后，I2C并行口扩展电路读取钥匙扣的身份ID输出给处理器1033。

所述智能钥匙管理箱100还包括触摸液晶显示屏105；所述触摸液晶显示屏105与所述处理器1033连接。在本实施例中所述触摸液晶显示屏105采用了DC80480B050_03TF_RTC型5寸基本型串口屏(触摸外置、800*480TFT)，其技术规格如下：一、16位真彩色RGB显示(64K色)；二、内置标准8*16、12*24、16*32、32*64ASCII字库，16*16、24*24GBK和32*32、64*64GB2312等字库，用户可自定义任意windows字库；三、支持BMP、JPEG、WMF、PNG和GIF等图片格式下载；四、支持任意位置文本、图片、GIF动画和常用GUI显示；五、拥有多种组态控件：按钮控件、文本控件、下拉控件、进度条控件、仪表控件、曲线控件、滑块控件、选择控件、图标控件、动画控件、时钟控件和二维码控件等；六、系统内置虚拟键盘，支持中英文输入法，可自定义系统键盘；七、支持左右、上下滑动切换屏幕；八、支持对内指令操作，无需用户MCU参与，实现按钮互斥、文本配合显示等；九、支持自定义按钮输出指令；十、波特率设置范围1200-2Mbps；十一、255级背光调节和自动屏保模式；十二、支持SD卡现场升级和脱机量产功能。

所述主控板103还包括语音电路1037和扬声器1038；所述语音电路1037的一端连接所述处理器1033，另一端连接扬声器1038。在本实施例中所述语音电路1037采用了深圳市百为电子科技有限公司的BY8301-16P模块，其是一款小巧的新型高品质挂32M bit FLASH MP3模块，采用BY8301-SSOP24 MP3主控芯片，支持MP3、WAV格式双解码。模块内置SPI-FLASH作为存储介质，配有Microc USB接口，无需上位机软件，可以通过UART口直接控制。

所述主控板103还包括通信接口芯片1039；所述通信接口芯片1039连接处理器1033，与上位机(图中未示出)进行远程数据通讯，实现对智能钥匙管理箱100的远程监控。在本实施例中所述通信接口芯片1039采用TI公司的SN65LBC184D。SN65LBC184D是一款半双工的RS485接口芯片，集成的瞬变电压抵制，对超出总线终端的ESD保护；每次IEC 61000-4-5时峰值为400W典型的电路损害保护；受控制的驱动器输出电压转变率允许更长的电缆短截线长度；在电噪声环境中的数据传输速率为250kbpsz开路失效保护接收器设计；1/4单位负载允许128个器件连接到总线；热关闭保护；上电/掉电短时脉冲波形干扰保护；每个收发器符合或超过TIA/EIA-485(RS-485)要求；低禁止工作电流最大300μA。

所述钥匙识别接口板104包括两个I2C并行口扩展电路，一个I2C并行口扩展电路连接钥匙扣，另一个I2C并行口扩展电路连接指示灯。在本实施例中所述I2C并行口扩展电路选用飞利浦(PHILIPS)公司的PCF8574型CMOS电路；所述指示灯选用红色发光二极管。PCF8574型CMOS电路通过两条双向总线(I2C)可使大多数MCU实现远程I/O口扩展。该器件包含一个8位准双向口和一个I2C总线接口。PCF8574型CMOS电路电流消耗很低，且口输出锁存具有大电流驱动能力，可直接驱动红色发光二极管。具体应用时，两个PCF8574型CMOS电路中一个用于读取钥匙扣的身份ID，另外一个用于控制所述红色发光二极管控制。

所述储存芯片选用铁电存储器。在本实施例中所述存储芯片1034采用了两片RAMTRON公司的FM24C64B-GTR。FM24C64用先进的铁电技术制造的64k位的非易失性的记忆体铁电随机存储器，FRAM是一种具有非易失性并且可以象RAM一样快速读写，数据在掉电可以保存10年，且比EEPROM或其他非易失性存储器可靠性更高、系统更简单。不像EEPROM，FM24C64以总线速度进行写操作无延时，数据送到FM24C64直接写到具体的单元地址，下一个操作可以立即执行，FM24C64可以承受超过100亿次的读写或者是比EEPROM高一万倍的写操作。

在本实施例中所述钥匙扣采用了金属U盘外壳，钥匙识别接口板104上设置有相应的U盘插口，归还钥匙时，只需将钥匙扣插入插口中即可完成钥匙归位。所述钥匙扣中内置电子识别码芯片。所述电子识别码芯片选用美国达拉斯半导体(Dallas Semiconductor)公司的DS2411硅序列码芯片。DS2411硅序列码芯片是可由外部供电的低成本、电子注册码芯片。它能用最少的电子接口(例如：微控制器的一个端口)提供绝对唯一的电子身份标识。DS2411硅序列码芯片的注册码是由工厂激光刻制的64位ROM码，其中包括唯一的48位序列号、8位CRC和8位家族码(01h)。数据按照Dallas Semiconductor的1-Wire协议传输。

在本实施例中所述时钟芯片1035选用爱普生(EPSON)公司的RX-8025T-UB晶振。RX-8025T-UB晶振是内置高精度调整的32.768kHz水晶振子的I2C总线接口方式的实时计时器，除了具有6种发生中断功能、2个系统的闹钟功能、对内部数据进行有效无效判定的振动停止检测功能、电源电压监视功能等外还配有时钟精度调整功能，可以对时钟进行任意精度调整。内部振荡回路是以固定电压驱动，因而可获得受电压变动影响小且稳定的32.768kHz时钟输出。时计(时、分、秒)、日历(年、月、日、星期)的计数功能(BCD代码)；自动判别至2099年的闰年。

所述看门狗芯片1036选用美信(MAXIM)公司MAX813L看门狗复位芯片。MAX813L看门狗复位芯片监控处理器1033的工作，如果处理器1033工作不正常，MAX813L看门狗复位芯片在规定时是内得不到刷新复位，就输出信号强制处理器1033复位重新启动工作，保证设备正常工作。MAX813L看门狗复位芯片主要有以下几个功能：一、上电、掉电以及降压情况下具有RESET输出。二、独立的“看门狗”电路。“看门狗”定时时间为1.6s。三、1.25V门限检测器，用于低压报警，适时监视+5V以外的电源电压。四、具有手工复位输入端。

在本实施例中所述电锁控制电路1031包括ULN2003大电流驱动阵列和继电器。ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成。所述门状态监测电路1032包括门磁开关和光电隔离器。光电隔离器选用P817线性光耦。需要说明的是，所述电锁控制电路1031、门状态监测电路1032的具体实现方式有多种，在此不再赘述。

在本实施例中处理器1033采用STC公司的IAP15W4K61S4-28I-LQFP64L2，该CPU有5个定时器、4个UART口、1个SPI接口、2路PCA/PWM/CCP(可用作DAC)、8通道10位精度的A/D、有6通道增强型带死区控制PWM波形发生器、62个标准I/O口、内置61k字节的程序存储器和4k字节的数据存储器。

在本实施例中所述门禁读卡器101使用KOB公司的IC卡门禁读卡器101。非接触IC卡(感应式IC卡)读卡器以固定频率向外发出电磁波，频率一般是13.56MHZ，当感应卡进入读卡器电磁波辐射范围内时，会触发感应卡上的线圈，产生电流并触发感应卡上的天线向读卡器发射一个信号，该信号带有卡片信息，读卡器将电平信号转换成数字序号，按照Wiegand26协议标准传送给主处理板。Wiegand协议是国际上统一的标准，是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议。它适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性。它有很多格式，标准的26-bit应该是最常用的格式。此外，还有34-bit、37-bit等格式。而标准26-bit格式是一个开放式的格式，这就意味着任何人都可以购买某一特定格式的HID卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。26-Bit格式就是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放。几乎所有的门禁控制系统都接受标准的26-Bit格式。于本实施例，所述电控锁102采用XG-01DC12V小电锁(小型电控锁)。小电锁使用电压：DC12V；通电形式：间断；开锁时间：1秒，连续通电不大于10秒。

下面对本发明智能钥匙管理箱100的工作原理进行扼要说明：一、智能钥匙管理箱100投运时配置好相应的有效门卡即门禁卡、钥匙的身份ID。对每个钥匙使用人员分配相应的门禁卡，门禁卡与人员的对应信息存储在主控板103存储芯片1034中。钥匙挂在钥匙扣上，钥匙扣的身份ID即为钥匙的身份ID。每个钥匙识别接口板104可以适配一定数量的钥匙扣，在本实施例中I2C并行口扩展电路选用飞利浦公司的PCF8574型CMOS电路，每个PCF8574型CMOS电路可识别8个钥匙扣的内置电子识别码芯片，因此一个钥匙识别接口板104可以设置8个插口，每个插口可插入一个钥匙扣，这样一来，一个钥匙识别接口板104就可以挂放8把钥匙。使用时，对钥匙识别接口板104上的8个插口依次编号1#，2#，3#...8#钥匙位。插口编号与插入该插口的钥匙扣的身份ID一一对应。智能钥匙管理箱100可以根据需要管理的钥匙数量，设置所需数量的钥匙识别接口板104，在一般应用中每个智能钥匙管理箱100中设置3个钥匙识别接口板104，共管理24把钥匙。

二、当现场操作员持门禁卡刷卡，门禁读卡器101判断该卡有无授权，如为有效门卡，则处理器1033控制电锁控制电路1031自动打开箱门并生成相应的开门记录(记录包含操作人及开门时间)，如为无效卡忽略该刷卡操作。

三、现场操作员使用某钥匙时，智能钥匙管理箱100根据该钥匙的在位检测判断该钥匙被使用，刷新触摸液晶显示屏105的显示界面，显示该钥匙被使用信息并生成该钥匙的使用记录(记录包含操作人及开门时间)，同时语音电路1037工作，扬声器1038语音警示“请及时刷卡关门”。其中，所述钥匙在位检测具体是指钥匙识别接口板104中的PCF8574型CMOS电路检测对应编号的插口上是否能够检测到与该插口编号相对应的电子识别码芯片的序列号，若能，则判定该编号的插口上的钥匙在位，否则判定为钥匙不在位。

四、现场操作员归还某钥匙时，智能钥匙管理箱100根据该钥匙的在位检测判断该钥匙被归还，同时根据该钥匙的身份ID识别待归还钥匙的身份ID与存储于该钥匙位(即某一编号的插口)的钥匙的身份ID是否一致，如果一致，刷新触摸液晶显示屏105显示界面，显示该钥匙被归还信息并生成该钥匙的归还记录(记录包含操作人及开门时间)，同时扬声器1038语音警示“请及时刷卡关门”；如果待归还钥匙的身份ID与存储于该存储于该钥匙位的钥匙的身份ID不一致，则刷新显示界面，显示该钥匙归还错位信息，同时语音警示“钥匙归还错位，请按照钥匙编号正确归还”，且该钥匙位的红色发光二极管闪烁。

五、通信接口芯片1039采用485接口，方便智能钥匙管理箱100接入变电站在线监控系统，智能钥匙管理箱100响应上位机查询命令，支持实时数据及记录类数据查询，响应上位机的遥控开门命令。

具体的，如图2所示，本发明实施例提供的智能钥匙管理箱内部数据处理主流包括：一、初始化；二、门禁卡刷卡处理；三、钥匙扣识别ID处理(即钥匙扣的身份ID识别处理)；四、触摸液晶显示屏的液晶显示刷新；五、通信处理：智能钥匙管理箱与上位机的远程通讯，实现智能钥匙管理箱的远程监控。

如图3所示，本发明实施例提供的智能钥匙管理箱的刷卡处理流程如下：判断门禁卡卡号是否有效，若无效，则退出，若有效，则执行开门操作，读取实时时钟并生成开门记录，然后退出。

如图4所示，本发明实施例提供的智能钥匙管理箱的钥匙扣身份ID识别流程具体包括：一、开始；二、判断1#钥匙(钥匙识别接口板上的1#插口对应的钥匙)是否被使用，若被使用，则读取实时时钟并生成1#钥匙的使用记录；若未被使用，则执行步骤三；三、判断1#钥匙是否归还，若归还则读取钥匙扣的身份ID，判断钥匙扣的身份ID与1#钥匙位上对应的钥匙扣的身份ID是否适配，若不适配，则语音告警放置于1#钥匙位的钥匙非法，并在显示屏上显示非法标志，然后执行步骤四；若适配，则读取实时时钟并生成1#钥匙的归还记录，执行步骤四；四、判断判断2#钥匙是否被使用，具体过程同步骤一至三。如此循环，完成对智能钥匙管理箱中所有钥匙扣身份ID的识别。

如图5所示，本发明实施例提供的智能钥匙管理箱的液晶显示屏显示处理流程具体包括：一、开始；二、判断是否有新的显示刷新标志，若否，则退出，若是，则刷新相应显示页面。

本发明的技术方案中钥匙箱门采用电控锁，门禁读卡器读取运维人员的门禁卡后，电锁控制电路控制电控锁打开，门状态监测电路监测箱门的开关状态；钥匙设置在钥匙扣上，具有唯一钥匙身份ID，钥匙身份ID与钥匙识别接口板上的钥匙扣放置序号相对应，钥匙严格按照序号悬挂，如果钥匙悬挂到错误位置，钥匙箱通过触摸液晶显示屏、扬声器及指示灯提示运维人员正确归还钥匙；箱门开关状态、钥匙的在位状态通过触摸液晶显示屏实时直观显示，便于运维人员正常状态下站所巡视一目了然，减轻运维人员工作量并节约时间，且箱门的开关记录自动保存，钥匙使用或归还时自动保存钥匙变位记录，记录支持补测查询，真正做到记录不丢失存档可查；同时，上位机可以通过通信接口芯片对智能钥匙管理箱进行远程监控，便于对智能钥匙管理箱的集中管理。本发明结构简单，成本低，智能化程度高，实现了对钥匙使用、正确归还等信息的有效管控，弥补了传统钥匙管理上的不足，真正做到钥匙信息的实时知晓，管控到人，记录可查，责任及各类权限清晰明了，使钥匙的管理使用更加便捷，安全，可靠。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。