CN102799933A - 基于物联网的智能卡及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的智能卡及其控制方法，所述智能卡包括U盘和MCU模块、电源模块、时钟模块、LED指示灯、键盘和USB接口，所述MCU模块带有内置无线射频模块，所述无线射频模块和内置天线相连，所述USB接口和USB-HUB模块相连。本发明提供的基于物联网的智能卡及其控制方法，在U盘上集成MCU模块，所述MCU模块的USB接口通过USB-HUB模块的一路和U盘相连实现数据读写存储，另一路通过USB串口转化模块和MCU模块的串口端相连进行数据通信实现校园定位、课堂互动和无纸化考试，从而解决传统教学课堂问答，纸质考试，统计滞后的缺点，促进教学互动性，提高教学效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能卡及其控制方法，尤其涉及一种基于物联网的智能卡及其控制方法。
背景技术
在智能化课堂中，互动课堂的即问即答、发卷考试等对教学有着重要意义。目前常用的课堂互动还是采用传统的举手、纸质试卷等方式。这种方式教学效果的统计具有滞后性，不便于及时反馈课堂教学情况。此外，市场上也出现了无线抢答器、投票器等产品，相对而言，这类产品功能较单一，不便于灵活配置个人信息，班与班之间无线干扰较大。因此，有必要提供基于物联网的智能卡及其控制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于物联网的智能卡及其控制方法，能够解决传统教学课堂问答，纸质考试，统计滞后的缺点，促进教学互动性，提高教学效率。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于物联网的智能卡，包括U盘和MCU模块，所述MCU模块的电源端和电源模块相连，时钟端和时钟模块相连，数据输出端和LED指示灯相连，数据输入端和键盘相连，所述电源模块通过充电芯片和USB接口相连，其中，所述MCU模块带有内置无线射频模块，所述无线射频模块和内置天线相连，所述USB接口和USB-HUB模块相连，所述USB-HUB模块的一路和U盘相连实现数据读写存储，另一路通过USB串口转化模块和MCU模块的串口端相连进行数据通信。
上述的基于物联网的智能卡，其中，所述MCU模块采用CC2530芯片，所述内置无线射频模块为ZigBee模块，所述时钟模块采用32M赫兹晶振，所述电源模块为内置锂电池。
上述的基于物联网的智能卡，其中，所述USB串口转化模块采用CP2110芯片，所述USB-HUB模块采用GL850G芯片。
上述的基于物联网的智能卡，其中，所述内置天线为板载天线，所述板载天线设于智能卡后端顶部。
上述的基于物联网的智能卡，其中，所述USB接口和盖子相连，所述盖子内设有无源射频卡。
本发明为解决上述技术问题还提供一种基于物联网的智能卡的控制方法，所述内置无线射频模块为ZigBee模块，所述智能卡工作模式包括空闲Tag模式、遥控器模式和考试模式，三种工作模式的控制如下：a)在空闲Tag模式，智能卡通过ZigBee模块周期性地广播数据，服务端根据收到的智能卡广播数据的信号强度，计算智能卡的位置用于进出校园定位；b)在遥控器模式，智能卡开机加入校园网络，通过键盘发送数据到服务端，发送的数据帧包括源地址、目的地址、学生信息、Mac地址和键值，用于课堂即问即答；c)在考试模式，智能卡通过USB接口插上电脑端，屏蔽键盘输入，实现无线透明数据传输，用于无纸化考试。
上述的基于物联网的智能卡的控制方法，其中，三种工作模式的切换过程如下：i)智能卡掉网或收到下课指令，进入空闲Tag模式；ii)智能卡开机加入校园网络后，若USB接口处于连接状态并接收到串口指令则进入考试模式，否则进入遥控器模式；iii)通过长按POWER键在步骤i)和ii)间切换。
上述的基于物联网的智能卡的控制方法，其中，所述ZigBee模块的配置信道为CH11～CH28，网络号为1～65534，空闲Tag模式的定位信道为CH11，网络号为65534；遥控器模式和考试模式的配置信道为CH12～CH28，网络号为1～65533。
上述的基于物联网的智能卡的控制方法，其中，所述USB接口和盖子相连，所述盖子内设有无源射频卡，所述无源射频卡接收读卡器发射的电磁波，通过调谐与去调谐外部谐振回路发送数据实现一卡通。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于物联网的智能卡及其控制方法，在U盘上集成MCU模块，所述MCU模块为带有内置无线射频模块，其USB接口和USB-HUB模块相连，所述USB-HUB模块的一路和U盘相连实现数据读写存储，另一路通过USB串口转化模块和MCU模块的串口端相连进行数据通信实现校园定位、课堂互动和无纸化考试，解决传统教学课堂问答，纸质考试，统计滞后的缺点，促进教学互动性，提高教学效率。
附图说明
图1为本发明基于物联网的智能卡电路结构示意图；
图2为本发明智能卡三种工作模式状态切换示意图；
图3为本发明智能卡正面结构示意图；
图4为本发明智能卡侧面结构示意图。
图中：
1U盘 2USB接口 3USB-HUB模块
4USB串口转化模块 5充电芯片 6内置天线
7MCU模块 8LED指示灯 9电源模块
10时钟模块 11键盘 12外壳
13盖子 14无源射频卡
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明基于物联网的智能卡电路结构示意图。
请参见图1，本发明提供的基于物联网的智能卡包括U盘1和MCU模块7，MCU模块7带有内置无线射频模块，MCU模块7的中心处理器部分采用CC2530芯片，兼顾数据获取、处理以及无线射频功能，所述MCU模块7的电源端和电源模块9相连，，所述电源模块9优选为内置锂电池，时钟端和时钟模块10相连，工作时钟采用32MH晶振，数据输出端和LED指示灯8相连，数据输入端和键盘11相连，所述电源模块9通过充电芯片5和USB接口2相连，所述USB接口2和USB-HUB模块3相连分为两路，所述USB-HUB模块3的一路和U盘1相连实现数据读写存储，另一路通过USB串口转化模块4(芯片CP2110)和MCU模块7的串口端相连，将信号转换成TTL实现USB-HID转UART数据传输，与CC2530进行数据通信。通过USB接口2，灵活配置学生信息，以做到无线通讯的实名制。未插上USB时，电池只给CC2530系统供电，插上USB时，HUB、CP2110等芯片才供电，同时通过充电芯片给电池充电。图1中实线表示各模块的连接关系，虚线表示供电关系。
课堂互动功能通过ZigBee模块实现。ZigBee是一种低成本，低功耗的近距离无线组网通讯技术。其网络拓扑有3种类型：星型、簇状、网状结构。本发明可采用星型网络，基于TIMAC协议栈，开发组建校园网络。在整套设备中，有3种设备类型：学生卡、教师卡和服务端。服务端起协调器功能，属于全功能设备，它负责建立和配置网络。学生卡和教师卡都属于精简功能设备，空闲模式时，工作在睡眠状态，上课时，工作在唤醒状态。键盘和指示灯用于人机交互，在TAG模式下，只有POWER键有效；在Remote模式，所有按键均有效。不同操作时，LED会有不同指示，以提示用户。
智能卡软件有三种工作模式：空闲Tag模式(有源RFID)，Remote模式(遥控器)，Test模式(考试)。三种模式间的切换如图2所示：
出厂时，定位功能关闭(省电)，可连上电脑，通过软件开启、关闭定位功能，或者开机进入Remote模式，通过服务端广播开启、关闭定位功能。一旦开启了定位功能，智能卡将周期性的广播数据(广播周期也可通过USB口配置)。服务端根据收到的智能卡广播数据的信号强度，计算智能卡的位置。
定位功能工作在信道11、网络号65534上，不可更改；出厂Remote模式和Test模式工作在信道26、网络号65534上。实施到学校前，可连上电脑，通过软件，更改这两种模式的信道和网络号。为了避免同频信号干扰，教室之间应错开配置信道，信道可在CHl2~CH28之间配置，网络号可在1-65534之间配置。
开机加入网络，即进入Remote模式，按键即发送数据到服务端，发送的数据帧包括源地址、目的地址、学生信息、Mac地址、键值等信息。Remote模式时，将智能卡插上电脑端，可通过软件，配置智能卡进入Test模式，屏蔽Remote模式的按键功能。服务端电脑软件输出数据到服务端，服务端将数据发送给相应智能卡，智能卡通过USB输出数据到学生端电脑。反之，学生端电脑也可输出数据给智能卡，智能卡再透传给服务端电脑(传输过程中，数据不做改变，只是透传)。
具体工作流程及指示如下：
未加入网络即为空闲Tag模式，此模式红、绿LED均熄灭，按键无反应。长按power键3s，开始搜寻网络，红灯、绿灯交替闪烁指示。如未成功入网，红灯常亮3s后熄灭；如成功，绿灯常亮3s，进入Remote模式。
在Remote模式，按各功能键(如A、B、C、D、E、F、上、下及取消/举手键)就发送数据给服务端。发送成功，绿灯快闪3次；失败，红灯快闪3次。掉网后1分钟内红灯慢闪，1分钟后切回默认tag模式。Remote模式，长按power键3s，切回tag模式，红灯快闪3次指示。Remote模式，将智能卡插上电脑，通过软件设置，可切至Test模式，绿灯常亮指示，屏蔽remote模式功能，接受串口透传数据。此状态断开USB，智能卡自动退回进入时的模式。
在任意模式，都会巡回进行低电检测，低电时，红灯慢闪指示。整个电路模块集成封装在外壳12内，所述USB接口2和盖子13相连，如图3所示。盖子13内可设有无源射频卡14实现一卡通功能，由于无源射频卡14单独设置，可以防止和外壳内电路模块之间干扰。无源射频卡14可通过固定座隔离固定在盖子13内，以保证和USB接口2绝缘相隔。内置天线6优选采用板载天线，设于智能卡后端顶部，以防止手握时遮挡天线影响通信信号，如图4所示。
综上所述，本发明提供的基于物联网的智能卡及其控制方法，将U盘和带有内置无线射频模块的MCU模块结合在一起，在U盘上集成MCU模块实现教学课堂互动，具有如下优点：1)内置锂电池，可通过USB充电；2)内置U盘功能，可用于存储数据；3)内置Zigbee模块，配有10个按键，可实现课堂互动；4)内置的Zigbee模块可以实现校园定位功能；5)内置无源RFID卡，可兼容一卡通。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种基于物联网的智能卡，包括U盘(1)和MCU模块(7)，所述MCU模块(7)的电源端和电源模块(9)相连，时钟端和时钟模块(10)相连，数据输出端和LED指示灯(8)相连，数据输入端和键盘(11)相连，所述电源模块(9)通过充电芯片(5)和USB接口(2)相连，其特征在于，所述MCU模块(7)带有内置无线射频模块，所述无线射频模块和内置天线(6)相连，所述USB接口(2)和USB-HUB模块(3)相连，所述USB-HUB模块(3)的一路和U盘(1)相连实现数据读写存储，另一路通过USB串口转化模块(4)和MCU模块(7)的串口端相连进行数据通信。
2.如权利要求1所述的基于物联网的智能卡，其特征在于，所述MCU模块(7)采用CC2530芯片，所述内置无线射频模块为ZigBee模块，所述时钟模块(10)采用32M赫兹晶振，所述电源模块(9)为内置锂电池。
3.如权利要求1所述的基于物联网的智能卡，其特征在于，所述USB串口转化模块(4)采用CP2110芯片，所述USB-HUB模块(3)采用GL850G芯片。
4.如权利要求1所述的基于物联网的智能卡，其特征在于，所述内置天线(6)为板载天线，所述板载天线设于智能卡后端顶部。
5.如权利要求1所述的基于物联网的智能卡，其特征在于，所述USB接口(2)和盖子(13)相连，所述盖子(13)内设有无源射频卡(14)。
6.一种如权利要求1所述的基于物联网的智能卡的控制方法，其特征在于，所述内置无线射频模块为ZigBee模块，所述智能卡工作模式包括空闲Tag模式、遥控器模式和考试模式，三种工作模式的控制如下：
a)在空闲Tag模式，智能卡通过ZigBee模块周期性地广播数据，服务端根据收到的智能卡广播数据的信号强度，计算智能卡的位置用于进出校园定位；
b)在遥控器模式，智能卡开机加入校园网络，通过键盘(11)发送数据到服务端，发送的数据帧包括源地址、目的地址、学生信息、Mac地址和键值，用于课堂即问即答；
c)在考试模式，智能卡通过USB接口(2)插上电脑端，屏蔽键盘(11)输入，实现无线透明数据传输，用于无纸化考试。
7.如权利要求6所述的基于物联网的智能卡的控制方法，其特征在于，三种工作模式的切换过程如下：
i)智能卡掉网或收到下课指令，进入空闲Tag模式；
ii)智能卡开机加入校园网络后，若USB接口(2)处于连接状态并接收到串口指令则进入考试模式，否则进入遥控器模式；
iii)通过长按POWER键在步骤i)和ii)间切换。
8.如权利要求6所述的基于物联网的智能卡的控制方法，其特征在于，所述ZigBee模块的配置信道为CH11～CH28，网络号为1～65534，空闲Tag模式的定位信道为CH11，网络号为65534；遥控器模式和考试模式的配置信道为CH12～CH28，网络号为1～65533。
9.如权利要求6所述的基于物联网的智能卡的控制方法，其特征在于，所述USB接口(2)和盖子(13)相连，所述盖子(13)内设有无源射频卡(14)，所述无源射频卡(14)接收读卡器发射的电磁波，通过调谐与去调谐外部谐振回路发送数据实现一卡通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Room 101, No. 9, Lane 1698, Wangyuan Road, Fengxian District, Shanghai, March 2014 Patentee after: Shanghai Yijiao Technology Co.,Ltd. Address before: Room 119, Building 1, No. 333 Hongqiao Road, Xuhui District, Shanghai, 200030 Patentee before: SHANGHAI EDUTECH Co.,Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Smart Cards and Control Methods Based on the Internet of Things Effective date of registration: 20230419 Granted publication date: 20150930 Pledgee: Shanghai Bank Co.,Ltd. Fengxian Branch Pledgor: Shanghai Yijiao Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000125 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231215 Granted publication date: 20150930 Pledgee: Shanghai Bank Co.,Ltd. Fengxian Branch Pledgor: Shanghai Yijiao Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000125 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Smart cards based on the Internet of Things and their control methods Effective date of registration: 20231218 Granted publication date: 20150930 Pledgee: Shanghai Bank Co.,Ltd. Fengxian Branch Pledgor: Shanghai Yijiao Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000876 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |