一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及物聯(lián)網(wǎng)教育系統(tǒng)中射頻識別(Rad1 Frequency Identificat1n簡稱RFID)通信技術的應用與開發(fā)，該實用新型從RFID具體應用入手，并結合實際項目開發(fā)了一套有助于學習者進行探討性學習和研宄的教學實驗系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的蓬勃發(fā)展基于RFID技術的信息裝置也成為熱點領域。當前RFID技術主要有以下幾類:低頻RFID:主要指工作頻率在125_134kHz范圍內的低頻RFID標簽，主要用在射頻識別及存儲一些簡單的數(shù)據(jù)，操作距離一般在10厘米左右；高頻RFID:主要指工作頻率在13.56MHz的高頻標簽；這種頻段的射頻設備，已經廣泛應用于在人們的生活中，如:地鐵票、城市一卡通以及第二代居民身份證；超高頻RFID:根據(jù)ISO/IEC18000-6的國際標準規(guī)定，超高頻工作頻段是指860-960MHZ區(qū)間，而各個國家的具體頻段可能有些不同，該頻段設備主要應用于橋梁、高速公路等不停車自動收費系統(tǒng)的應用，傳輸距離5-10米；微波頻段:該頻段主要指工作在2.4GHZ的應用，該頻段的無源卡識別技術正在探索中。
[0003]上述基于RFID技術的通信裝置，均以成型的商品出現(xiàn)，而且更多的是集成應用。這些產品作為學生的設計開發(fā)與學習均存在一定局限性，為了讓學生更好地了解和掌握各個RFID頻段的運行原理及應用領域，本實用新型中闡述了一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，主要解決現(xiàn)有基于RFID技術的通信裝置集成度高不利于初學者學習與運用，因此開發(fā)一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:設計一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)，所述的實驗系統(tǒng)包括一塊以CIP-51系列中央處理器作為主控芯片的主控制板、輔助主控板完成操作的外設接口電路、不同頻段通信模塊及接口電路；其中主控制板包括，一顆中央處理器、一組按鍵開關接口電路作為外部輸入接口、一個高速振蕩器做外部系統(tǒng)時鐘、一塊繼電器控制電路、兩個擴展中斷系統(tǒng)且每個系統(tǒng)連接一個讀卡器，通過增加兩個擴展中斷系統(tǒng)可為中央處理器提供16個中斷源，而傳統(tǒng)CIP-51系列中央處理器僅有7個中斷源；兩個串行通信接口分別為485接口和串行通用接口、兩塊外部存儲器分別用于儲存刷卡記錄和有效卡號記錄。
[0006]所述的一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)，所述的主控制板中高速振蕩器內部可提供4倍時鐘乘法器，為串行通用接口提供時鐘源；主控制板中程序存儲器不需特殊的供電電壓。
[0007]所述的一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)，所述的不同頻段通信模塊中低頻通信模塊的電路均采用分離元件搭建發(fā)射和接收部分電路。
[0008]本實用新型具有如下的有益效果:
[0009]針對該實驗系統(tǒng)將各種RFID通信模塊采用“積木式”進行組合，便于學習者對多種多頻段通信方式進行有針對性和選擇性學習，基于該實驗系統(tǒng)開發(fā)的實驗箱硬件成本低，擴展性強；該實驗系統(tǒng)低頻通信模塊均采用分離元件搭建發(fā)射和接收部分電路，便于學習者通過示波器觀察到波形變化，深刻理解模擬信號與數(shù)字信號之間的轉換原理；同時，該系統(tǒng)還能夠針對433MHz頻段實現(xiàn)無線自組網(wǎng)連接；主控制板所采用的主控芯片進行了指令及外圍電路優(yōu)化，提高了整體裝置的執(zhí)行效率；主控制板中將多個頻段的RFID模塊的接口電路進行有效的進行融合。
【附圖說明】
[0010]圖1為實驗箱布局圖；其中，
[0011]I實驗箱供電電源；2串行通信接口 ；3基礎實驗所需外設；4TLY680模塊；5TLYEM200模塊；6TLY433模塊；72.4寸TFT液晶屏；8主控器；9主控器調試接口 ； 10125kHzRFID讀卡模塊；IIPOS機按鍵鍵盤及顯示部分。
[0012]圖2為實驗系統(tǒng)中主控制板硬件設計原理圖；
[0013]圖3為主控芯片管腳定義圖；
[0014]圖4 (a)為LED顯示燈驅動電路；
[0015]圖4(b)為外部系統(tǒng)時鐘模塊電路；
[0016]圖4(c)為串行外設接口電路；
[0017]圖4 (d)為可編程計數(shù)器陣列；
[0018]圖4 (e)為模擬量數(shù)字量轉換器；
[0019]圖4(f)為脈寬調制電路；
[0020]圖4(g)為系統(tǒng)管理總線電路；
[0021]圖5為實驗系統(tǒng)低頻部分電路原理圖；
[0022]圖6為實驗箱TFT顯示屏驅動電路；
[0023]圖7為實驗箱POS機按鍵電路；
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0025]本實用新型是一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)。針對該教學實驗系統(tǒng)的功能，建立了一臺實驗箱，圖1所示為該實驗箱布局圖。其中，該教學實驗系統(tǒng)的電源由實驗箱內部自帶AC-DC穩(wěn)壓器提供，該穩(wěn)壓器將普通220V交流電轉換為9V置流電。
[0026]該實驗系統(tǒng)中主控制板采用C8051F340作為主控芯片，通過主控制板上的擴展跳線帽接口與根據(jù)實驗系統(tǒng)需要模塊用跳線帽相連，主控芯片調試接口采用JTAG 口，兩個串行通信口分別為485接口和USB接口。該實驗系統(tǒng)中主控制板硬件設計原理圖，如圖2所示。其中，C8051F340的管腳定義如圖3所示；按鍵開關接口電路可以與實驗箱中POS機按鍵相連。
[0027]該實驗系統(tǒng)中基礎實驗外設包括以下內容:LED顯示燈驅動電路，其原理圖如圖4(a)所示；外部系統(tǒng)時鐘模塊，其原理圖如圖4(b)所示；串行外設接口(SerialPeripheral Interface簡稱SPI)，其原理圖如圖4 (c)所示；可編程計數(shù)器陣列(Programmable Counter Array簡稱PCA)，其原理圖如圖4(d)所示；模擬量數(shù)字量轉換器(Analog and Digital Converter簡稱ADC)，其原理圖如圖4(e)所示；脈寬調制(PulseWidth Modulat1n簡稱PWM)模塊，其原理圖如圖4(f)所示；系統(tǒng)管理總線(SystemManagement Bus簡稱SMBUS)，其原理圖如圖4(g)所示。
[0028]具體實施例中實驗箱包括以下通信模塊:TLY680模塊可對讀寫頻率為13.56MHz的MIFARE系列卡及相關兼容卡進行操作；TLY EM200模塊可對讀寫頻率為125kHz的EM系列只讀感應式ID卡以及TK系列ID卡(TK系列卡是一種采用CMOS集成電路微芯片制作而成的智能卡)；TLY433模塊為一個頻率433MHz有源無線通信模塊。
[0029]本實用新型所述的實驗系統(tǒng)低頻部分電路原理圖，如圖5所示。
[0030]具體實施例中實驗箱中2.4寸TFT液晶屏的像素為320卡240，其電路原理圖如圖6所示；P0S機按鍵鍵盤及顯示部分為用戶提供加減運算、按鍵消費等操作，其原理圖如圖7所示。
[0031]針對該實驗系統(tǒng)所設計的實驗箱可完成如下實驗項目:
[0032]K 125kHz TLY EM200模塊應用實驗，具體操作步驟如下:
[0033]第I步:給實驗箱通上電源，選擇125kHz TLY EM200模塊進行學習；
[0034]第2步:對主控制器代碼程序進行編譯、下載。
[0035]第3步:使用EM4100卡向模塊EM200正上方靠近，盡量貼近模塊EM200 ;每次刷卡結束，模塊的燈都會兩色交叉的亮一次，蜂鳴器會響一次，同時卡號會通過串口輸出。
[0036]2、13.56MHz TLY680模塊應用實驗，具體操作步驟如下:
[0037]第I步:給實驗箱通上電源，選擇13.56MHz TLY680模塊進行學習；
[0038]第2步:對主控制器代碼程序編譯與下載；
[0039]第3步:通過計算機的終端串口調試軟件，將模塊的執(zhí)行命令發(fā)送給TLY680模塊；執(zhí)行命令包括:獲取卡版本號命令、防碰撞命令、選擇命令、尋卡命令、讀卡內容命令、寫卡內容命令、停止命令。
[0040]第4步:對Mafair one S50卡進行尋卡、防碰撞、選擇以及讀寫卡操作。
[0041]3、利用13.56MHz TLY680模塊進行POS機使用學習
[0042]該實驗是基于13.56MHz TLY680模塊的學習升級，需要增加的硬件電路部分有鍵盤電路、顯示電路、存儲電路和時鐘電路等。POS機操作過程中，首先需要注冊會員卡(有效卡)，然后進行充值、消費等操作，同時后臺還可以進行消費記錄存儲。
[0043]4、2.4GHz無線鍵盤的學習
[0044]該實驗選用2.4GHz通信模塊作為學習對象。由于2.4GHz模塊作為有源模塊需要一個發(fā)送端和一個接收端，可通過實驗箱上面的鍵盤自定義兩個特殊按鍵值進行操作，一個作為發(fā)送端，另一個作為接收端接到電腦USB接口，最后通過實驗箱上的模擬鍵盤實現(xiàn)字符的輸入。
[0045]綜上所述，針對該實驗系統(tǒng)開發(fā)的實驗箱，有助于初學者掌握門禁系統(tǒng)，POS機刷卡系統(tǒng)，以及城市一卡通系統(tǒng)的原理。
【主權項】
1.一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)，其特征在于，包括一塊以CIP-51系列中央處理器作為主控芯片的主控制板、輔助主控板完成操作的外設接口電路、不同頻段通信模塊及接口電路；其中主控制板包括，一顆中央處理器、一組按鍵開關接口電路作為外部輸入接口、一個高速振蕩器做外部系統(tǒng)時鐘、一塊繼電器控制電路、兩個擴展中斷系統(tǒng)且每個系統(tǒng)連接一個讀卡器，通過增加兩個擴展中斷系統(tǒng)可為中央處理器提供16個中斷源，而傳統(tǒng)CIP-51系列中央處理器僅有7個中斷源；兩個串行通信接口分別為485接口和串行通用接口、兩塊外部存儲器分別用于儲存刷卡記錄和有效卡號記錄。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控制板中高速振蕩器內部可提供4倍時鐘乘法器，為串行通用接口提供時鐘源，主控制板中程序存儲器不需特殊的供電電壓。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)，其特征在于，所述的不同頻段通信模塊中低頻通信模塊的電路均采用分離元件搭建發(fā)射和接收部分電路。
【專利摘要】本實用新型涉及物聯(lián)網(wǎng)教育系統(tǒng)中射頻識別通信技術的應用與開發(fā)，是一種多功能射頻識別模塊教學實驗系統(tǒng)。本實用新型包括一塊主控制板、相關基礎實驗所需外設、不同頻段通信模塊及接口電路。其中，主控制板對主控芯片外圍電路及內部指令進行了優(yōu)化，并在主控制板上將多個頻段射頻識別模塊的接口電路進行有效的進行融合。系統(tǒng)外設涵蓋了主控芯片所能承擔的全部功能接口。同時，該實驗系統(tǒng)將各種不同頻段的射頻識別通信模塊采用“積木式”進行組合，便于學習者進行有針對性和選擇性學習，系統(tǒng)擴展性強；其中，低頻通信模塊均采用分離元件搭建發(fā)射和接收部分電路，便于學習者深刻理解與掌握數(shù)字量與模擬量間轉換原理。
【IPC分類】G09B23-18
【公開號】CN204390568
【申請?zhí)枴緾N201420249131
【發(fā)明人】夏光蔚
【申請人】夏光蔚
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年5月16日