环境自适应蓝牙门禁控制装置及方法与流程

本发明涉及门禁控制领域，特别涉及一种环境自适应蓝牙门禁控制装置及方法。

背景技术：

随着技术的发展，蓝牙技术的运用日趋成熟，使用蓝牙技术的场景越来越普及。针对户外的通信基站(铁塔之类)的安全维护管理问题，如实际使用环境中经常发生机房钥匙偷配，维护人员借钥匙不方便，运维公司急需要解决此类问题。而传统门禁安装极为复杂，需要破墙安装，工程投入较大。通信基站的位置很广泛，天南地北，高山上等无人值守的场合，需要设备在低温环境下也能正常工作，能自适应温度环境，这样才能在大部分基站使用。

传统的方法是选用低温型CPU处理器及外围器件(如-40℃可工作型CPU)，但面临整机的成本偏高、选型难的问题。在通信基站、机房(以下统称通信基站或基站)中使用，面临成本的压力。而实际使用中，设备是一直工作的，CPU、集成电路本身是可以发热的，可以维持在0度以上。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能节省设备整机材料成本又能保证设备的稳定性、减少维护工作的环境自适应蓝牙门禁控制装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种环境自适应蓝牙门禁控制装置，包括CPU、电源电路、低压差线性稳压电路、双路桥式温度检测控制电路、开关电路、加热模块、通信接口电路、输入输出接口电路和RTC时钟电路，所述电源电路分别与所述低压差线性稳压电路、双路桥式温度检测电路和开关电路连接、用于提供工作电源，所述双路桥式温度检测电路还分别与所述低压差线性稳压电路和开关电路连接，所述加热模块与所述开关电路连接，所述通信接口电路和输入输出接口电路均与所述CPU连接，所述RTC时钟电路与所述CPU连接、用于提供实时时钟并记录开门数据、告警记录、密码和授权的时间依据，所述CPU内置用于与移动终端进行通讯的蓝牙通信模块和用于存储开门数据、告警记录、密码、授权的时间依据和工作参数的存储模块；

所述双路桥式温度检测控制电路包括第五十五电阻、第五十六电阻、第五十七电阻、第五十八电阻、第五十九电阻、NTC电阻、第十二电压比较器、第十三电压比较器和第一电源，所述第十二电压变压器的反相输入端分别与所述第十三电压比较器的同向输入端、第五十九电阻的一端和NTC电阻的一端连接，所述第五十九电阻的另一端连接所述第一电源，所述NTC电阻的另一端接地，所述第十二电压比较器的同向输入端分别与所述第五十五电阻的一端和第五十八电阻的一端连接，所述第五十五电阻的另一端接地，所述第五十八电阻的另一端连接所述第一电源，所述第十二电压比较器的输出端与所述低压差线性稳压电路连接，所述第十三电压比较器的反相输入端分别与所述第五十六电阻的一端和第五十七电阻的一端连接，所述第五十六电阻的另一端接地，所述第五十七电阻的另一端与所述第一电源连接，所述第十三电压比较器的输出端与所述开关电路连接。

在本发明所述的环境自适应蓝牙门禁控制装置中，所述开关电路包括第二十四二极管、第六十电阻、第十六三极管、第六十一电阻和第十七MOS管，所述第二十四二极管的阳极与所述第十三电压比较器的输出端连接，所述第二十四二极管的阴极通过所述第六十电阻与所述第十六三极管的基极连接，所述第十六三极管的发射极接地，所述第十六三极管的集电极分别与所述第六十一电阻的一端和第十七MOS管的栅极连接，所述第六十一电阻的另一端分别与所述第一电源和第十七MOS管的源极连接，所述第十七MOS管的漏极与所述加热模块连接。

在本发明所述的环境自适应蓝牙门禁控制装置中，所述加热模块包括第六十二电阻、第六十三电阻、第六十四电阻、第六十五电阻、第六十六电阻、第六十七电阻、第六十八电阻和第六十九电阻，所述第六十三电阻的一端、第六十二电阻的一端、第六十四电阻的一端和第六十五电阻的一端均与所述第十七MOS管的漏极连接，所述第六十三电阻的另一端通过所述第六十六电阻接地，所述第六十二电阻的另一端通过所述第六十七电阻接地，所述第六十四电阻的另一端通过所述第六十八电阻接地，所述第六十五电阻的另一端通过所述第六十九电阻接地。

在本发明所述的环境自适应蓝牙门禁控制装置中，所述低压差线性稳压电路包括第十三电容、第十四电容、第十五电容、稳压芯片、第二电源和第三电源，所述稳压芯片的第一引脚分别与所述第十三电容的一端和第二电源连接，所述第十三电容的另一端与所述稳压芯片的第二引脚连接，所述第十三电容的另一端还接地，所述稳压芯片的第三引脚与所述第十二电压比较器的输出端连接，所述稳压芯片的第五引脚分别与所述第十五电容的一端和第十四电容的一端连接，所述第十四电容的一端还与所述第三电源连接，所述第十五电容的另一端和第十四电容的另一端均接地。

在本发明所述的环境自适应蓝牙门禁控制装置中，所述第一电源提供的电压为12V，所述第二电源提供的电压为5V，所述第三电源提供的电压为3.3V。

在本发明所述的环境自适应蓝牙门禁控制装置中，所述RTC时钟电路包括时钟芯片，所述时钟芯片的第五引脚与所述CPU的第九引脚连接，所述时钟芯片的第六引脚与所述CPU的第八引脚连接。

在本发明所述的环境自适应蓝牙门禁控制装置中，所述通信接口电路包括RS485通信接口芯片、RS232通信接口芯片和与门，所述RS485通信接口芯片的第三引脚分别与所述RS232通信接口芯片的第十引脚和与门的第三引脚连接，所述RS485通信接口芯片的第一引脚与所述与门的第十引脚连接。

本发明还涉及一种利用上述环境自适应蓝牙门禁控制装置进行门禁控制的方法，包括如下步骤：

A)双路桥式温度检测控制电路监测环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度，并判断周边温度值是否低于第一设定温度，如是，开启加热模块，执行步骤B)；否则，关闭所述加热模块，执行步骤B)；

B)判断所述周边温度值是否大于第二设定温度，如是，开启环境自适应蓝牙门禁控制装置的工作电源，并使其CPU及外围电路上电，执行步骤C)；否则，关闭所述环境自适应蓝牙门禁控制装置的工作电源，并使其CPU及外围电路断电，返回步骤A)；

C)所述CPU监测所述环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度，并判断所述周边温度是否低于第三设定温度，如是，将用于计算温度低于所述第三设定温度的次数的计数器自加1，执行步骤D)；否则，将所述计数器清零，执行步骤E)；

D)判断所述计数器的值是否大于设定次数，如是，所述CPU只进行监测温度的工作，返回步骤C)；否则，执行步骤E)；

E)所述CPU正常工作并返回步骤C)。

在本发明所述的利用上述环境自适应蓝牙门禁控制装置进行门禁控制的方法，所述第一设定温度为5度，所述第二设定温度为-5度，所述第三设定温度为0度，所述设定次数为10～250次。

实施本发明的环境自适应蓝牙门禁控制装置及方法，具有以下有益效果：由于设有CPU、电源电路、低压差线性稳压电路、双路桥式温度检测控制电路、开关电路、加热模块、通信接口电路、输入输出接口电路和RTC时钟电路，在设备周边温度太低时，加热模块加热，将周边温度升高，待温度满足CPU工作的环境时，CPU正常工作，CPU一旦正常工作，自身的温度会升高，在第一设定温度以下时，加热模块还可以继续加热升温，本发明采用常用的集成电路及外围器件，在设备开机前的时间段通过将软件和硬件相结合，能节省设备整机材料成本又能保证设备的稳定性、减少维护工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明环境自适应蓝牙门禁控制装置及方法一个实施例中装置的结构示意图；

图2为所述实施例中双路桥式温度检测控制电路、开关电路、加热模块和低压差线性稳压电路的电路原理图；

图3为所述实施例中CPU和RTC时钟电路的电路原理图；

图4为所述实施例中通信接口电路的电路原理图；

图5为所述实施例中输入输出接口电路的电路原理图；

图6为所述实施例中电源电路的电路原理图；

图7为所述实施例中方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明环境自适应蓝牙门禁控制装置及方法实施例中，其环境自适应蓝牙门禁控制装置的结构示意图如图1所示。图1中，该环境自适应蓝牙门禁控制装置包括CPU U4、电源电路2、低压差线性稳压电路3、双路桥式温度检测控制电路4、开关电路5、加热模块6、通信接口电路7、输入输出接口电路8和RTC时钟电路9，其中，电源电路2分别与低压差线性稳压电路3、双路桥式温度检测电路4和开关电路5连接、用于提供工作电源，双路桥式温度检测电路4还分别与低压差线性稳压电路3和开关电路5连接，加热模块6与开关电路5连接，通信接口电路7和输入输出接口电路8均与CPU U4连接，RTC时钟电路9与CPU U4连接、用于提供实时时钟并记录开门数据、告警记录、密码和授权的时间依据，也就是说，RTC时钟电路9用于提供该环境自适应蓝牙门禁控制装置的时钟信号，断电能保存时间。通信接口电路7可以采用RS232接口或RS485接口进行通信。

CPU U4控制开锁信号，接收门磁信号、锁舌信号或开门信号等，CPU U4内置蓝牙通信模块11和存储模块12；蓝牙通信模块11用于与移动终端进行通讯，存储模块12用于存储开门数据、告警记录、密码、授权的时间依据和工作参数。利用蓝牙通信模块11的BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙标准)通信功能，实现与移动终端的APP(用于门禁控制的APP)近距离通信，通过蓝牙通信模块11可实现将控制信息下发到CPU U4，执行相应的操作，并反馈该装置本身的状态给移动终端的APP。

图2为本实施例中双路桥式温度检测控制电路、开关电路、加热模块和低压差线性稳压电路的电路原理图。图2中，双路桥式温度检测控制电路4包括第五十五电阻R55、第五十六电阻R56、第五十七电阻R57、第五十八电阻R58、第五十九电阻R59、NTC电阻NTC1、第十二电压比较器U12A、第十三电压比较器U12B和第一电源(本实施例中，第一电源提供的电压为12V)，第十二电压变压器U12A的反相输入端分别与第十三电压比较器U12B的同向输入端、第五十九电阻R59的一端和NTC电阻NTC1的一端连接，第五十九电阻R59的另一端连接第一电源，NTC电阻NTC1的另一端接地，第十二电压比较器U12A的同向输入端分别与第五十五电阻R55的一端和第五十八电阻R58的一端连接，第五十五电阻R55的另一端接地，第五十八电阻R58的另一端连接第一电源，第十二电压比较器U12A的输出端与低压差线性稳压电路3连接，第十三电压比较器U12B的反相输入端分别与第五十六电阻R56的一端和第五十七电阻R57的一端连接，第五十六电阻R56的另一端接地，第五十七电阻R57的另一端与第一电源连接，第十三电压比较器U12B的输出端与开关电路5连接。

该环境自适应蓝牙门禁控制装置利用内置的蓝牙BLE无线传输通道，上位机/监控云平台对某个门禁控制器进行控制，控制相应的基站电控锁。值得一提的是，本实施例中，蓝牙BLE具有低成本、短距离和可互操作的鲁棒性特点，工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。利用蓝牙BLE的无线功能，穿透砖石墙体，则可以将蓝牙门禁控制器安装在基站内部，避免了被破坏的可能，同时降低施工费用。

当该环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度太低时，加热模块6加热，将周边温度升高，待温度满足CPU U4工作的环境时，CPU U4正常工作，CPU U4一旦正常工作，自身的温度会升高，在第一设定温度以下时，加热模块6还可以继续加热升温。本发明采用常用的集成电路及外围器件，在设备开机前的时间段通过将软件和硬件相结合，能节省设备整机材料成本又能保证设备的稳定性、减少维护工作。本实施例中，第一设定温度为5度。值得一提的是，该环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度即NTC电阻NTC1及设备周边的温度。

本实施例中，开关电路5包括第二十四二极管D24、第六十电阻R60、第十六三极管Q16、第六十一电阻R61和第十七MOS管Q17，第二十四二极管D24的阳极与第十三电压比较器U12B的输出端连接，第二十四二极管D24的阴极通过第六十电阻R60与第十六三极管Q16的基极连接，第十六三极管Q16的发射极接地，第十六三极管Q16的集电极分别与第六十一电阻R61的一端和第十七MOS管Q17的栅极连接，第六十一电阻R61的另一端分别与第一电源和第十七MOS管Q17的源极连接，第十七MOS管Q17的漏极与加热模块6连接。

本实施例中，加热模块6包括第六十二电阻R62、第六十三电阻R63、第六十四电阻R64、第六十五电阻R65、第六十六电阻R66、第六十七电阻R67、第六十八电阻R68和第六十九电阻R69，第六十三电阻R63的一端、第六十二电阻R62的一端、第六十四电阻R64的一端和第六十五电阻R65的一端均与第十七MOS管Q17的漏极连接，第六十三电阻R63的另一端通过第六十六电阻R66接地，第六十二电阻R62的另一端通过第六十七电阻R67接地，第六十四电阻R64的另一端通过第六十八电阻R68接地，第六十五电阻R65的另一端通过第六十九电阻R69接地。

本实施例中，低压差线性稳压电路3包括第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、稳压芯片U7、第二电源和第三电源，稳压芯片U7的第一引脚分别与第十三电容C13的一端和第二电源连接，第十三电容C13的另一端与稳压芯片U7的第二引脚连接，第十三电容C13的另一端还接地，稳压芯片U7的第三引脚与第十二电压比较器U12A的输出端连接，稳压芯片U7的第五引脚分别与第十五电容C15的一端和第十四电容C14的一端连接，第十四电容C14的一端还与第三电源连接，第十五电容C15的另一端和第十四电容C14的另一端均接地。本实施例中，第二电源提供的电压为5V，第三电源提供的电压即为稳压芯片U7输出，为3.3V。

其中第五十九电阻R59和NTC电阻NTC1为该环境自适应蓝牙门禁控制装置周边温度的一对电桥桥臂，此对桥臂为共用电路。利用电压比较器分成两路，分别给加热模块6和CPU电源控制部分。加热模块6确保该环境自适应蓝牙门禁控制装置在户外超低温时可以稳定工作；通过NTC电阻NTC1检测该环境自适应蓝牙门禁控制装置内的温度，温度低于电压比较器设定的阈值时(一般设置为5度～10度，以下均以5度为加热开启的阈值描述，)启动第十七MOS管Q17；当温度下降到电压比较器设定的阈值时(一般设置成0度，本实施例均以0度为CPU U4工作的阈值为例进行描述)，CPU U4的固件只实现温度监测和等待的功能，确保该环境自适应蓝牙门禁控制装置不会损坏；只有周边温度高于0度后，才实现完整的控制功能，如图7描述。本发明采用双路桥式温度检测控制电路，降低对工作电压的稳压要求，不再需要精密的稳压集成电路，同时输出两路，一路直接控制加热模块6，另一路给低压差线性稳压电路3，当满足温度条件(大于设定的阈值)时，才开启低压差线性稳压电路3。

本实施例中，自动加热的具体控制是：在周边温度低的情况下，第十三电压比较器U12B的输出端输出加热启动信号，通过第二十四二极管D24和第六十电阻R60，控制第十六MOS管Q16开启，第十六MOS管Q16开启后，在第六十一电阻R61的两端产生压差，即第十七MOS管Q17的源极和漏极间产生压差，使第十七MOS管Q17导通，给加热模块6供电，从而使该环境自适应蓝牙门禁控制装置周边的温度上升。当该环境自适应蓝牙门禁控制装置周边温度超过5度时，第十三电压比较器U12B的输出端出关闭信号，第十六MOS管Q16关闭，第十七MOS管Q17关闭，加热模块6无电，不再加热。

CPU U4的电源控制是：在周边温度超过0度的情况下，第十二电压比较器U12A的输出端输出启动信号，给稳压芯片U7的第三引脚(控制端)，稳压芯片U7工作，输出3.3V电源，给CPU U4及周边电路供电。而在周边温度低于0度时，第十二电压比较器U12A的输出端输出关闭信号，使稳压芯片U7工作在停机模式，停止3.3V电源供给，CPU U4及周边电路停止工作。

图3为本实施例中CPU和RTC时钟电路的电路原理图，图3中，RTC时钟电路9包括时钟芯片U2，时钟芯片U2的第五引脚与CPU U4的第九引脚连接，时钟芯片U2的第六引脚与CPU U4的第八引脚连接。其中BAT1是时钟芯片U2的备用电池，即使该环境自适应蓝牙门禁控制装置断电，也能保证时钟芯片U2的正常运行。U3为存储芯片。

图4为本实施例中通信接口电路的电路原理图，该通信接口电路7包括RS485通信接口芯片U5、RS232通信接口芯片U10和与门U6，RS485通信接口芯片U5的第三引脚分别与RS232通信接口芯片U10的第十引脚和与门U6的第三引脚连接，RS485通信接口芯片U5的第一引脚与与门U6的第十引脚连接。通信接口电路7为该环境自适应蓝牙门禁控制装置与其他控制设备或电脑的通信接口。

图5为本实施例中输入输出接口电路的电路原理图；输入输出接口电路8将门磁的信号一分为二，一路送给CPU U4，另一路直接输出给其他的联动控制器，更加利于蓝牙门禁系统嵌入实际的基站监控系统中。

图6为本实施例中电源电路的电路原理图，电源电路2将12V直流电转换成5V，给稳压芯片U7供电，在-40度以上的且80度以下的环境可以正常工作。

本发明还涉及一种利用上述环境自适应蓝牙门禁控制装置进行门禁控制的方法，其流程图如图7所示。图7中，该方法包括如下步骤：

步骤S01双路桥式温度检测控制电路监测环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度，并判断周边温度值是否低于第一设定温度：本步骤中，双路桥式温度检测控制电路监测环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度，并判断周边温度值是否低于第一设定温度，如果判断的结果为是，则执行步骤S02；否则，执行步骤S03。本实施例中，第一设定温度为5度。

步骤S02开启加热模块：如果上述步骤S01的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，开启加热模块。执行完本步骤，执行步骤S04。

步骤S03关闭加热模块：如果上述步骤S01的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，关闭加热模块。执行完本步骤，执行步骤S04。

步骤S04判断周边温度值是否大于第二设定温度：本步骤中，判断周边温度值是否大于第二设定温度，如果判断的结果为是，则执行步骤S06；否则，执行步骤S05。本实施例中，第二设定温度为-5度。

步骤S05关闭环境自适应蓝牙门禁控制装置的工作电源，并使其CPU及外围电路断电：如果上述步骤S04的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，关闭环境自适应蓝牙门禁控制装置的工作电源，并使其CPU及外围电路断电。执行完本步骤，返回步骤S01。

步骤S06开启环境自适应蓝牙门禁控制装置的工作电源，并使其CPU及外围电路上电：如果上述步骤S04的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，开启环境自适应蓝牙门禁控制装置的工作电源，并使其CPU及外围电路上电。执行完本步骤，执行步骤S07。

步骤S07CPU监测环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度，并判断周边温度是否低于第三设定温度：本步骤中，CPU监测环境自适应蓝牙门禁控制装置的周边温度，并判断周边温度是否低于第三设定温度，如果判断的结果为是，则执行步骤S09；否则，执行步骤S08。本实施例中，第三设定温度为0度。

步骤S08将计数器清零：如果上述步骤S07的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，将计数器清零，执行完本步骤，执行步骤S12。

步骤S09将用于计算温度低于第三设定温度的次数的计数器自加1：如果上述步骤S07的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，将用于计算温度低于第三设定温度的次数的计数器自加1，执行完本步骤，执行步骤S10。

步骤S10判断计数器的值是否大于设定次数：本步骤中，判断计数器的值是否大于设定次数，如果判断的结果为是，则执行步骤S11；否则，执行步骤S12。本实施例中，设定次数为10～250次，优选为30次。

步骤S11CPU只进行监测温度的工作：如果上述步骤S10的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，CPU只进行监测温度的工作，其他功能模块暂停工作。执行完本步骤，返回步骤S07。

步骤S12CPU正常工作：本步骤中，CPU正常工作，执行完本步骤，返回步骤S07。

图7中包含硬件和CPU软件的协同配合逻辑，即除了硬件控制逻辑之外，CPU还需要监测环境自适应蓝牙门禁控制装置周边环境(CPU内部)的温度，在低于0度的环境下，CPU只做温度检测(利用CPU的IO口采集温度)，待连续监测多次，周边温度均大于0度后，CPU才正常工作，如图7中的流程。

在环境温度在0～5度之间时，CPU是正常工作的，加热模块也是正常工作的，有一定的裕量，同时配以用于计算温度低于第三设定温度的次数的计数器用来累计次数，不至于环境自适应蓝牙门禁控制装置周边温度在0度左右的跳动，保证CPU的稳定地工作。该计数器的累计次数根据CPU的运行自行调节，范围为10～250次。

总之，本发明采用蓝牙BLE通信技术，可通过移动终端的APP或者系统平台控制开锁，硬件可以检测门磁、锁舌、远程开门信号，也可以兼容其它的动环系统；配有加热模块6和双路桥式温度检测控制电路4，即使基站内的空调不工作，也能确保该环境自适应蓝牙门禁控制装置能稳定工作。本发明可以不需要实体钥匙，适应范围更广，能有效提高设备的可靠性和稳定性。在降低硬件成本的同时，还能降低通信基站的维护成本。同时，本发明并不限制与动环系统配套使用，组成更高效、更直观的监控系统。本发明能自动调节周边的温度，保证自身的工作温度环境，减少在低温环境使用中的维护工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。