一种基于总线的电子存包柜及其控制拼装方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于总线的电子存包柜，所述的电子存包柜包括一个主柜，所述主柜包括两列箱格和一个中心控制器，每一个箱格内安装有一个节点控制单元，所述中心控制器安装有4线总线连接接口，所述节点控制单元包括4线总线连接接口，所述节点控制单元通过4线总线连接接口连接在4线串行总线上，所述节点控制单元通过4线总线连接接口、4线串行总线与所述中心控制器的4线总线连接接口相连。基于总线的方式，减少了模拟信号线的传输长度，提高了系统的可靠性，减少了箱格到中心控制器的走线数量，装配及维护工作简单，箱格数目不受硬件接口数量限制。
【专利说明】一种基于总线的电子存包柜及其控制拼装方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种基于总线的电子存包柜及其控制拼装方法，属于电子存包柜控制的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电子存包柜目前普遍采用直接控制的方式，每一个箱格的开锁驱动信号、关闭检测信号、空置检测信号等模拟信号线直接与中心控制器相连。这种方式普遍存在几个问题:
[0003](I)模拟信号线走线距离长，一般可达到2米左右，信号衰减大，抗干扰能力弱，可
靠性差；
[0004](2)所有箱格连接到中心控制器的信号线数量众多，走线空间相对狭小，造成装配、测试、检修等工作不便；
[0005](3)中心控制器与箱格信号线接口定义密切相关，且预留接口数目一定，因此可连接的箱格数目有限制，系统升级及箱格扩展不够灵活；
[0006](4)存包柜箱体采用整体设计，箱门较多时，体积大，造成搬运安装困难。
[0007]中国专利文献CN102662375A(申请号:201210146536.5)公布了一种可扩展的电子储物柜系统及基于该系统的方法。所述系统包括主柜和多个附柜，所述主柜包括主控制器、从控制器和多个箱格，所述附柜包括从控制器和多个箱格，所述从控制器控制多个箱格；所述箱格包括箱体、箱门、驱动装置和闭锁装置。本发明还提供了基于该系统的初始化、复位和箱格开启方法，按照这些方法，可在主柜的基础上扩展若干附柜，组成一种可扩展的电子储物柜系统，使主柜的主控制器可以直接控制附柜上的箱格。使用本发明提供的系统和方法，在主柜的基础上扩展附柜，可以在增加箱格的同时，有效降低系统成本，并便于利用地形位置进行储物柜的组装和安放。此外，拆下的附柜也可以在其它地方重新使用。但是，该发明增加从控制器，由从控制器连接控制多个箱格，从控制器连接箱格信号线数量多，存在走线空间狭小的缺点，给装配、测试、检修等工作带来不便，从控制器所连接箱格信号线走线距离长，存在信号衰减大、抗干扰能力弱、可靠性差的缺点。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明提供一种基于总线的电子存包柜。
[0009]本发明还提供一种上述电子存包柜的控制拼装方法。该方法增强箱格控制信号的可靠性，提高系统扩展的方便性，降低装配、运输等工作的复杂度，同时，用户对于箱格数目的配置选择也更为灵活。
[0010]本发明的技术方案在于:
[0011]一种基于总线的电子存包柜，所述的电子存包柜包括一个主柜，所述主柜包括两列箱格和一个中心控制器，每一个箱格内安装有一个节点控制单兀，所述中心控制器包括4线总线连接接口，所述节点控制单元包括4线总线连接接口，所述节点控制单元通过4线总线连接接口连接在4线串行总线上，所述节点控制单元通过4线总线连接接口、4线串行总线与所述中心控制器的4线总线连接接口相连；
[0012]所述的中心控制器，负责包括电源管理、RFID读卡、液晶显示、箱格分配逻辑控制和记录存储数据；
[0013]所述的节点控制单元，负责包括箱格开锁驱动信号的发送、箱格关闭检测信号的接收和箱格空置检测信号的接收；
[0014]所述的4线串行总线包括地线GND、电源线VCC_5V、可调电压电源线VCC_VAR和数据线SIG;
[0015]所述的电源线VCC_5V为箱格节点控制单元通用工作电源；
[0016]所述的可调电压电源线VCC_VAR为箱格箱门电磁锁专用驱动电源；
[0017]所述的数据线SIG为半双工异步串行单总线。
[0018]所述4线串行总线，通信距离只有几米，对通信速率要求也不高，出于降低成本和降低装配复杂度的考虑，数据线使用单总线和分立元件驱动电路，仍可以保证信号质量满足应用需求。
[0019]根据本发明优选的，所述的电子存包柜还包括一个或多个附柜，所述附柜包括两列箱格，每一个箱格内安装有一个节点控制单元，所述节点控制单元包括4线总线连接接口，所述节点控制单元通过4线总线连接接口连接在4线串行总线上，附柜中的4线串行总线通过接线端子与主柜中的4线串行总线连接。
[0020]根据本发明优选的，所述的中心控制器和节点控制单元的微处理器均包括UART外设，所述UART外设为通用异步收发传输器。
[0021]根据本发明优选的，所述的通用异步收发传输器包含UART发送信号TXD引脚、UART接收信号RXD引脚和通用异步收发传输器信号转换电路，通过通用异步收发传输器信号转换电路完成信号电平转换和增加信号驱动能力。所述的通用异步收发传输器信号转换电路的连接关系如下:
[0022]UART发送信号TXD通过Ik Ω的电阻与PNP晶体管基极串联，所述的PNP晶体管基级和发射极之间并联IOkQ的电阻，所述的PNP晶体管发射极与所述的电源线VCC_5V相连，所述的PNP晶体管的集电极通过IOK Ω的电阻与所述的地级GND串联，所述的PNP晶体管的集电极通过IkQ的电阻与NPN晶体管基极串联，所述的NPN晶体管的发射极与所述地级GND连接，所述NPN晶体管的集电极连接所述的数据线SIG和IOkQ的电阻与所述的电源线VCC_5V相连，所述的UART接收信号RXD与所述的数据线SIG直接相连。
[0023]上述基于总线的电子存包柜控制方法，包括步骤如下:
[0024]该方法包括存包过程的信号控制和取包过程的信号控制，具体步骤如下:
[0025]所述的存包过程的信号控制的步骤如下:
[0026](I)用户刷卡，中心控制器通过RFID读卡功能获取用户信息，通过箱格分配逻辑控制功能为用户分配一个空闲箱格，并通过液晶显示功能提示箱格编号信息，中心控制器通过4线串行总线发出开箱命令，命令中包含箱格编号信息，对应编号的箱格节点控制单元收到开箱命令后，负责完成开锁驱动信号的发送，箱格打开；
[0027](2)用户存入物品后，关闭箱格，箱格节点控制单元负责完成关闭检测信号的接收和空置检测信号的接收，通过4线串行总线发送箱格状态命令，中心控制器收到箱格状态命令后，更新记录存储数据，存包过程结束；
[0028]所述的取包过程的信号控制的步骤如下:
[0029](I)用户刷卡，中心控制器通过RFID读卡功能获取用户信息，通过查询记录存储数据，获得用户存包的箱格信息，并通过液晶显示功能提示箱格编号信息，中心控制器通过4线串行总线发出开箱命令，命令中包含箱格编号信息，对应编号的箱格节点控制单元收到开箱命令后，负责完成开锁驱动信号的发送，箱格打开；
[0030](2)用户取出物品后，关闭箱格，箱格节点控制单元负责完成关闭检测信号的接收和空置检测信号的接收，通过4线串行总线发送箱格状态命令，中心控制器收到箱格状态命令后，更新记录存储数据，取包过程结束。
[0031]上述基于总线的电子存包柜的拼装方法，包括步骤如下:
[0032](I)每一个箱格内安装一个节点控制单元，每个所述的节点控制单元安装4线总线连接接口，所述的中心控制器安装4线总线连接接口 ；
[0033](2)将所述的节点控制单元的4线总线连接接口连接在4线串行总线上；
[0034](3)将所述的中心控制器的4线总线连接接口连接在4线串行总线上，所述节点控制单元通过4线总线连接接口、4线串行总线与所述中心控制器的4线总线连接接口相连。
[0035]根据本发明优选的，所述的电子存包柜还包括一个或多个附柜，所述附柜包括两列箱格，每一个箱格内安装有一个节点控制单元，所述节点控制单元包括4线总线连接接口，所述节点控制单元通过4线总线连接接口连接在4线串行总线上，附柜中的4线串行总线通过接线端子与主柜中的4线串行总线连接。
[0036]本发明的有益效果是:
[0037](I)增加节点控制单元后，箱格开锁驱动信号的发送、箱格关闭检测信号的接收和箱格空置检测信号的接收由箱格节点控制单元负责处理，而不需要连接到中心控制器处理，减少信号线传输距离，信号质量可靠性提高。
[0038](2)基于总线的分体拼装设计，主柜和附柜拼装时，连接线只有一个4线串行总线，接线拼装非常方便。
[0039](3)分体设计的主柜和附柜体积较小，搬运更加方便。
[0040](4)主柜和附柜的不同组合，使一组电子存包柜的箱格数目配置更加多样和灵活。【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为本发明电子存包柜总线控制和分体拼装示意图；
[0042]图2为通用异步收发传输器信号转换电路图；
[0043]在图1中，其中符号表不的含义为:
[0044]A、主柜；
[0045]B、附柜；
[0046]C、箱格；
[0047]D、节点控制单元；
[0048]E、中心控制器；
[0049]F、4线串行总线；
[0050]G、接线端子。[0051]在图2中，其中符号表示的含义为:
[0052]GND、地线；
[0053]VCC_5V、电源线；
[0054]SIG、数据线；
[0055]TXD、UART 发送信号；
[0056]RXD、UART 接收信号。
【具体实施方式】
[0057]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0058]实施例1
[0059]一种基于总线的电子存包柜，所述的电子存包柜包括一个主柜A，所述主柜A包括两列箱格C和一个中心控制器E，每一个箱格C内安装有一个节点控制单元D，所述中心控制器E包括4线总线连接接口，所述节点控制单元D包括4线总线连接接口，所述节点控制单元D通过4线总线连接接口连接在4线串行总线F上，所述节点控制单元D通过4线总线连接接口、4线串行总线F与所述中心控制器E的4线总线连接接口相连；
[0060]所述的中心控制器E，负责包括电源管理、RFID读卡、液晶显示、箱格分配逻辑控制和记录存储数据；
[0061]所述的节点控制单元D，负责包括箱格开锁驱动信号的发送、箱格关闭检测信号的接收和箱格空置检测信号的接收；
[0062]所述的4线串行总线F包括地线GND、电源线VCC_5V、可调电压电源线VCC_VAR和数据线SIG ；
[0063]所述的电源线VCC_5V为箱格C节点控制单元D通用工作电源；
[0064]所述的可调电压电源线VCC_VAR为箱格C箱门电磁锁专用驱动电源；
[0065]所述的数据线SIG为半双工异步串行单总线。
[0066]所述的中心控制器E和节点控制单元D的微处理器均包括UART外设，所述UART外设为通用异步收发传输器。
[0067]所述的通用异步收发传输器包含UART发送信号TXD引脚、UART接收信号RXD引脚和通用异步收发传输器信号转换电路，通过通用异步收发传输器信号转换电路完成信号电平转换和增加信号驱动能力。所述的通用异步收发传输器信号转换电路的连接关系如下:
[0068]UART发送信号TXD通过Ik Ω的电阻与PNP晶体管基极串联，所述的PNP晶体管基级和发射极之间并联IOkQ的电阻，所述的PNP晶体管发射极与所述的电源线VCC_5V相连，所述的PNP晶体管的集电极通过10ΚΩ的电阻与所述的地级GND串联，所述的PNP晶体管的集电极通过IkQ的电阻与NPN晶体管基极串联，所述的NPN晶体管的发射极与所述地级GND连接，所述NPN晶体管的集电极连接所述的数据线SIG和IOkQ的电阻与所述的电源线VCC_5V相连，所述的UART接收信号RXD与所述的数据线SIG直接相连。
[0069]实施例2
[0070]实施例1所述的一种基于总线的电子存包柜的控制方法，包括步骤如下:
[0071]该方法包括存包过程的信号控制和取包过程的信号控制，具体步骤如下:[0072]所述的存包过程的信号控制的步骤如下:
[0073](I)用户刷卡，中心控制器E通过RFID读卡功能获取用户信息，通过箱格分配逻辑控制功能为用户分配一个空闲箱格C，并通过液晶显示功能提示箱格C编号信息，中心控制器E通过4线串行总线F发出开箱命令，命令中包含箱格C编号信息，对应编号的箱格C节点控制单元D收到开箱命令后，负责完成开锁驱动信号的发送，箱格C打开；
[0074](2)用户存入物品后，关闭箱格C，箱格C节点控制单元D负责完成关闭检测信号的接收和空置检测信号的接收，通过4线串行总线F发送箱格C状态命令，中心控制器E收到箱格C状态命令后，更新记录存储数据，存包过程结束；
[0075]所述的取包过程的信号控制的步骤如下:
[0076](I)用户刷卡，中心控制器E通过RFID读卡功能获取用户信息，通过查询记录存储数据，获得用户存包的箱格C信息，并通过液晶显示功能提示箱格C编号信息，中心控制器E通过4线串行总线F发出开箱命令，命令中包含箱格C编号信息，对应编号的箱格C节点控制单元D收到开箱命令后，负责完成开锁驱动信号的发送，箱格C打开；
[0077](2)用户取出物品后，关闭箱格C，箱格C节点控制单元D负责完成关闭检测信号的接收和空置检测信号的接收，通过4线串行总线F发送箱格C状态命令，中心控制器E收到箱格C状态命令后，更新记录存储数据，取包过程结束。
[0078]实施例3
[0079]实施例1所述的一种基于总线的电子存包柜的拼装方法，包括步骤如下:
[0080](I)每一个箱格C内安装一个节点控制单元D，每个所述的节点控制单元D安装4线总线连接接口，所述的中心控制器E安装4线总线连接接口 ；
[0081](2)将所述的节点控制单元D的4线总线连接接口连接在4线串行总线F上；
[0082](3)将所述的中心控制器E的4线总线连接接口连接在4线串行总线F上，所述节点控制单元D通过4线总线连接接口、4线串行总线F与所述中心控制器E的4线总线连接接口相连。
[0083]实施例4
[0084]一种基于总线的电子存包柜,所述的电子存包柜包括一个主柜A和一个附柜B,所述主柜A包括两列箱格C和一个中心控制器E，所述的附柜B包括两列箱格C，每一个箱格C内安装有一个节点控制单元D，所述中心控制器E包括4线总线连接接口，所述节点控制单元D包括4线总线连接接口，所述主柜A中的节点控制单元D通过4线总线连接接口连接在4线串行总线F上，所述节点控制单元D通过4线总线连接接口、4线串行总线F与所述中心控制器E的4线总线连接接口相连；所述附柜B的节点控制单元D通过4线总线连接接口连接在4线串行总线F上，附柜B中的4线串行总线F通过接线端子G与主柜A中的4线串行总线F连接。
[0085]所述的中心控制器E，负责包括电源管理、RFID读卡、液晶显示、箱格分配逻辑控制和记录存储数据；
[0086]所述的节点控制单元D，负责包括箱格开锁驱动信号的发送、箱格关闭检测信号的接收和箱格空置检测信号的接收；
[0087]所述的4线串行总线F包括地线GND、电源线VCC_5V、可调电压电源线VCC_VAR和数据线SIG ；[0088]所述的电源线VCC_5V为箱格C节点控制单元D通用工作电源；
[0089]所述的可调电压电源线VCC_VAR为箱格C箱门电磁锁专用驱动电源；
[0090]所述的数据线SIG为半双工异步串行单总线。
[0091]所述的中心控制器E和节点控制单元D的微处理器均包括UART外设，所述UART外设为通用异步收发传输器。
[0092]所述的通用异步收发传输器包含UART发送信号TXD引脚、UART接收信号RXD引脚和通用异步收发传输器信号转换电路，通过通用异步收发传输器信号转换电路完成信号电平转换和增加信号驱动能力。所述的通用异步收发传输器信号转换电路的连接关系如下:
[0093]UART发送信号TXD通过Ik Ω的电阻与PNP晶体管基极串联，所述的PNP晶体管基级和发射极之间并联IOkQ的电阻，所述的PNP晶体管发射极与所述的电源线VCC_5V相连，所述的PNP晶体管的集电极通过10ΚΩ的电阻与所述的地级GND串联，所述的PNP晶体管的集电极通过IkQ的电阻与NPN晶体管基极串联，所述的NPN晶体管的发射极与所述地级GND连接，所述NPN晶体管的集电极连接所述的数据线SIG和IOkQ的电阻与所述的电源线VCC_5V相连，所述的UART接收信号RXD与所述的数据线SIG直接相连。
[0094]实施例5
[0095]实施例4所述的一种基于总线的电子存包柜的拼装方法，包括步骤如下:
[0096](I)每一个箱格C内安装一个节点控制单元D，每个所述的节点控制单元D安装4线总线连接接口，所述的中心控制器E安装4线总线连接接口 ；
[0097](2)将所述的节点控制单元D的4线总线连接接口连接在4线串行总线F上；
[0098](3)将所述的中心控制器E的4线总线连接接口连接在4线串行总线F上，所述节点控制单元D通过4线总线连接接口、4线串行总线F与所述中心控制器E的4线总线连接接口相连；
[0099](4)附柜B中的4线串行总线F通过接线端子G与主柜A中的4线串行总线F连接。
【权利要求】
1.一种基于总线的电子存包柜，其特征在于，所述的电子存包柜包括一个主柜，所述主柜包括两列箱格和一个中心控制器，每一个箱格内安装有一个节点控制单元，所述中心控制器包括4线总线连接接口，所述节点控制单元包括4线总线连接接口，所述节点控制单元通过4线总线连接接口连接在4线串行总线上，所述节点控制单元通过4线总线连接接口、4线串行总线与所述中心控制器的4线总线连接接口相连； 所述的中心控制器，负责包括电源管理、RFID读卡、液晶显示、箱格分配逻辑控制和记录存储数据； 所述的节点控制单元，负责包括箱格开锁驱动信号的发送、箱格关闭检测信号的接收和箱格空置检测信号的接收； 所述的4线串行总线包括地线GND、电源线VCC_5V、可调电压电源线VCC_VAR和数据线SIG，所述的电源线VCC_5V为箱格节点控制单元通用工作电源；所述的可调电压电源线VCC_VAR为箱格箱门电磁锁专用驱动电源；所述的数据线SIG为半双工异步串行单总线。
2.根据权利要求1所述的一种基于总线的电子存包柜，其特征在于，所述的电子存包柜还包括一个或多个附柜,每一个所述的附柜包括两列箱格，每一个箱格内安装有一个节点控制单元，所述节点控制单元包括4线总线连接接口，所述节点控制单元通过4线总线连接接口连接在4线串行总线上，附柜中的4线串行总线通过接线端子与主柜中的4线串行总线连接。
3.根据权利要求 1~2任一所述的一种基于总线的电子存包柜，其特征在于，所述中心控制器和节点控制单元的微处理器均包括UART外设，所述UART外设为通用异步收发传输器，所述通用异步收发传输器包含UART发送信号TXD引脚、UART接收信号RXD引脚和通用异步收发传输器信号转换电路，通过通用异步收发传输器信号转换电路完成信号电平转换和增加信号驱动能力。
4.根据权利要求3所述的一种基于总线的电子存包柜，其特征在于，所述的通用异步收发传输器信号转换电路的连接关系如下: UART发送信号TXD通过Ik Ω的电阻与PNP晶体管基极串联，所述的PNP晶体管基级和发射极之间并联IOkQ的电阻，所述的PNP晶体管发射极与所述的电源线VCC_5V相连，所述的PNP晶体管的集电极通过10ΚΩ的电阻与所述的地级GND串联，所述的PNP晶体管的集电极通过IkQ的电阻与NPN晶体管基极串联，所述的NPN晶体管的发射极与所述地级GND连接，所述NPN晶体管的集电极连接所述的数据线SIG和IOkQ的电阻与所述的电源线VCC_5V相连，所述的UART接收信号RXD与所述的数据线SIG直接相连。
5.根据权利要求1~2任一所述的一种基于总线的电子存包柜的控制方法，其特征在于，所述的基于总线的电子存包柜控制方法包括存包过程的信号控制和取包过程的信号控制，具体步骤如下: 所述的存包过程的信号控制的步骤如下: (1)用户刷卡，中心控制器通过RFID读卡功能获取用户信息，通过箱格分配逻辑控制功能为用户分配一个空闲箱格，并通过液晶显示功能提示箱格编号信息，中心控制器通过4线串行总线发出开箱命令，命令中包含箱格编号信息，对应编号的箱格节点控制单元收到开箱命令后，负责完成开锁驱动信号的发送，箱格打开； (2)用户存入物品后，关闭箱格，箱格节点控制单元负责完成关闭检测信号的接收和空置检测信号的接收，通过4线串行总线发送箱格状态命令，中心控制器收到箱格状态命令后，更新记录存储数据，存包过程结束； 所述的取包过程的信号控制的步骤如下: (1)用户刷卡，中心控制器通过RFID读卡功能获取用户信息，通过查询记录存储数据，获得用户存包的箱格信息，并通过液晶显示功能提示箱格编号信息，中心控制器通过4线串行总线发出开箱命令，命令中包含箱格编号信息，对应编号的箱格节点控制单元收到开箱命令后，负责完成开锁驱动信号的发送，箱格打开； (2)用户取出物品后，关闭箱格，箱格节点控制单元负责完成关闭检测信号的接收和空置检测信号的接收，通过4线串行总线发送箱格状态命令，中心控制器收到箱格状态命令后，更新记录存储数据，取包过程结束。
6.根据权利要求1所述的一种基于总线的电子存包柜的拼装方法，其特征在于，所述的基于总线的电子存包柜的拼装方法包括步骤如下: (1)每个所述的箱格内安装一个节点控制单元，每个所述的节点控制单元安装4线总线连接接口，所述的中心控制器安装4线总线连接接口 ； (2)将所述的节点控制单元的4线总线连接接口连接在4线串行总线上； (3)将所述的中心控制器的4线总线连接接口连接在4线串行总线上，所述节点控制单元通过4线总线连接接口、4线串行总线与所述中心控制器的4线总线连接接口相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于总线的电子存包柜的拼装方法，其特征在于，所述的电子存包柜还包括一个或多个附柜，所述附柜包括两列箱格，每一个箱格内安装有一个节点控制单元，所述节点控制单元包括4线总线连接接口，所述节点控制单元通过4线总线连接接口连接在4线串行总线上，附柜中的4线串行总线通过接线端子与主柜中的4线串行总线连接。
【文档编号】G05B19/418GK103941709SQ201410196109
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】王洪君, 郝计军, 张琳, 蔡楠楠, 王增迪, 张雷恩 申请人:山东大学