劉有邦 班戈 張展昭 周文倩

新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院 河南 新鄉(xiāng) 453000

引言

隨著近年來智能門鎖的普及，越來越多具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能門鎖走進(jìn)人們的生活，尤其是以公寓、辦公類這種需要集中管理功能的應(yīng)用場景；對于公寓、辦公等這種需要集中部署的聯(lián)網(wǎng)門鎖，在其功能實現(xiàn)、安裝實施和后期維護(hù)面臨著很大的工程量，且后期需要專人投入進(jìn)行維護(hù)。本文在電力載波應(yīng)用、智能門鎖領(lǐng)域，具體介紹一種電力線載波通信和供電的智能門鎖系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

1 智能門鎖目前供電方式

1.1 傳統(tǒng)門鎖供電方式

現(xiàn)在市場上的聯(lián)網(wǎng)型智能門鎖主要采用兩種方式：一種是“無線通信+干電池供電”，另一種是“有線通信+有線供電”；“無線通信+干電池供電”方案的優(yōu)勢是門鎖安裝實施不用布線，目前行業(yè)內(nèi)采用較多的無線通信方式有Zig Bee無線通信、Sub-1G頻段通信、NB-IOT無線通信，其劣勢有兩點：一點是無線通信的抗干擾能力和網(wǎng)絡(luò)實時性相對于有線通信方式都很差，無法保障100%的設(shè)備在線狀態(tài)，第二點是電池管理工作量大且每年都需要投入電池更換費用，尤其是對于門鎖安裝比較多的公寓/辦公場景，需要安排專人每天更換電池；“有線通信+有線供電”方案的優(yōu)勢是不用更換電池，減少了后期人員更換電池和電池消耗的維護(hù)成本，且通信的抗干擾和實時性相對無線通信較好；目前行業(yè)內(nèi)采用的方案主要有：“POE供電和通信”、“485通信+集中供電箱供電”。這兩種方案的劣勢主要有兩點：一是安裝實施成本比較高，每層樓都需要安裝一個集中供電箱或/POE交換機，而且從集中供電箱（或POE交換機）到每把鎖之間都需要經(jīng)過長距離布線，尤其對于老樓改造項目，需要重新部署走線管道布線，工程量大、實施成本較高；二是每個集中供電箱和POE交換機因其自身負(fù)載能力所限，其所帶載的門鎖設(shè)備數(shù)量較少，現(xiàn)場安裝時需要在每層樓都需要部署一到兩個，方案成本較高[1]。

1.2 電力載波通信介紹

電力載波通信集中器是電力線載波通信智能門鎖系統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，處于電力線載波網(wǎng)絡(luò)的中心位置，實現(xiàn)了對上下行通信的協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用（相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)），是實現(xiàn)智能門鎖和管理平臺互聯(lián)互通的一個橋梁，在實現(xiàn)主站的載波通信功能的同時也簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； 電力載波通信節(jié)點、作為電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點，上行連接集中器通過電力線載波通信，下行連接智能門鎖通過總線或串口通信，起到將電力線上電的通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成智能門鎖可以接收的供電電壓和通信數(shù)據(jù)，為門鎖供電和通信連接；智能門鎖作為執(zhí)行機構(gòu)，保存授權(quán)客戶信息，實現(xiàn)客戶開關(guān)門、產(chǎn)生開門記錄，并通過節(jié)點和集中器將開鎖信息上傳至后臺管理系統(tǒng)； 該方案可以應(yīng)用于酒店、公寓/公租房、高校/企業(yè)宿舍、辦公等需要集中安裝和管理的聯(lián)網(wǎng)型智能門鎖應(yīng)用場景，也可以應(yīng)用于家用智能門鎖，甚至是智能家居系統(tǒng)的供電和組網(wǎng)應(yīng)用。

1.3 采用該技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點

相對于傳統(tǒng)的有線供電方案的優(yōu)點：第一該方案不需要大量長距離布線，有效降低實施成本和工程量；第二負(fù)載能力強，相對于傳統(tǒng)交換機和485集中供電方案的每層樓都需要部署一個集中控制器來說（主要是受限于集中器的供電負(fù)載能力不足），該方案可以實現(xiàn)最多一棟樓只需要部署一個集中器，有條件的一個園區(qū)變壓器入口部署一個集中器就可以滿足整個智能門鎖系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，一個集中器最大接入的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可達(dá)2000個。

2 智能門鎖載波供電技術(shù)方案

2.1 實現(xiàn)方法

為了克服上述問題，提供一種載波通信和供電的聯(lián)網(wǎng)門鎖系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。采用的技術(shù)方案是：一種載波通信和供電的聯(lián)網(wǎng)門鎖系統(tǒng)，包括電力載波通信集中器（以下稱集中器）、電力載波通信節(jié)點（以下稱節(jié)點）和智能門鎖。

參見圖1、圖2和圖3，下面結(jié)合附圖對方案做進(jìn)一步詳細(xì)介紹。提供一種聯(lián)網(wǎng)智能門鎖的組網(wǎng)及供電方式，包括電力載波通信集中器M10、電力載波通信節(jié)點M2和智能門鎖M30；其中由集中器作為網(wǎng)關(guān)和各節(jié)點建立起通信網(wǎng)絡(luò)，物理通信線路采用國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電力載波通信模組通過建筑/樓宇中交流220V電力線作為載體進(jìn)行組網(wǎng)通信，同時實現(xiàn)為智能門鎖供電。

2.2 具體實現(xiàn)方案

第一步，參見圖1集中器，集中器由三相同發(fā)同收電力載波通信耦合模組、通信單元和控制單元組成，通信單元主要負(fù)責(zé)和智能門鎖系統(tǒng)服務(wù)器通信進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互，通信接口中TCP、Wi-Fi和4G/NBIOT這五種通信方式可選，使用時選擇一種即可；通信單元在接收到服務(wù)器數(shù)據(jù)后通過控制單元將通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為適合電力線傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，并通過三相電力載波通信耦合模組將數(shù)據(jù)耦合到交流220V電力線上；集中器一般安裝在整棟樓宇的變壓器的旁邊 ，能覆蓋到此變壓器下所有的用電單元，或者安裝在樓宇的三相總開關(guān)處覆蓋整座樓的電力線入口處[2]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

第二步，參見圖2節(jié)點，子節(jié)點由單項電力線載波通信HPLC耦合模組、電源轉(zhuǎn)換單元和控制單元組成；單項電力線載波通信HPLC耦合模組接收電力線上的通信數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)交給控制單元，并通過電源轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為12~24V低壓，最終通過兩線12~24V總線輸出給智能門鎖設(shè)備；子節(jié)點安裝在門最近的VC220電源接口處。

圖2 電力載波通信集中器的工作原理示意圖

第三步，參見圖3智能門鎖，智能門鎖在接收到12~24V兩芯總線通信后，將供電和通信數(shù)據(jù)分離為兩路，一路為門鎖供電，一路進(jìn)行業(yè)務(wù)通信。

圖3 電力載波通信節(jié)點的工作原理示意圖

3 附圖說明

圖1是本方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本方案系統(tǒng)中電力載波通信集中器的工作原理示意圖。圖3是本方案系統(tǒng)中電力載波通信節(jié)點的工作原理示意圖。

4 結(jié)束語

綜上所述，相對于無線通信和電池供電方案的優(yōu)點：不僅可以避免每年更換電池帶來的耗材和人工成本而且于無線通信該方案的抗干擾能力較強，無線通信采用空中傳輸對于現(xiàn)場環(huán)境和部署要求較高，且空中無線干擾因素和丟包率無法做到設(shè)備100%在線狀體，采用有線載波通信可以實現(xiàn)實時通信和100%的設(shè)備在線狀態(tài)。