CN105303929A

CN105303929A - 一种单片机和射频卡识别的实验教学系统

Info

Publication number: CN105303929A
Application number: CN201510814589.3A
Authority: CN
Inventors: 王成栋; 刘佩森; 秦磊; 吴洋; 罗俊; 侯俊杰
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-02-03

Abstract

本发明公开了一种单片机和射频卡识别(RFID)的实验教学系统。系统包括下位机和上位机。下位机的单片机通过射频卡读写模块完成射频卡数据的读出和写入，将信息显示于液晶显示器，通过串口实现和上位机的数据交互。上位机实现一个模拟的校园消费卡信息管理系统软件，学生的学籍信息和充值、消费数据保存于SQL？Server数据库中，姓名、学号、余额等数据通过串口通信同步保存于射频卡中。下位机软件采用C语言编写，上位机软件采用Visual？C++语言编写。通过本系统的教学实验，可锻炼和提高学生在单片机原理、射频卡数据的识别、串口通信、SQL？Server数据库的应用、C和C++编程等方面的知识和技能。

Description

一种单片机和射频卡识别的实验教学系统

技术领域

本发明涉及计算机技术的实验、教学领域，具体涉及到了单片机原理及应用、射频卡识别技术、数据库管理技术、C语言编程、VisualC++编程等。

背景技术

随着计算机技术、射频识别技术的发展，单片机和射频卡在工业现场和日常生活中的应用已经越来越广泛，很多理工科院校都开设了单片机原理及应用、嵌入式系统、物联网技术之类的课程。在学校的理论教学中，单片机和射频卡识别这两方面的内容分属于不同的课程。把单片机和射频卡识别技术结合起来，组成一个较为实用的系统，涉及的知识和技术比较多，如单片机的原理与应用程序设计、射频卡数据的存储原理与读写技术、液晶显示器的数据显示技术、单片机与上位机的串口通信技术、上位机数据库的建立、上位机信息管理系统的程序设计等。本发明提供了一套综合实验平台，学生能在一套实验平台上锻炼上述知识和技能。

发明内容

本发明的目的在于：在高校的教学实践环节中，把单片机和射频卡识别两方面的知识应用结合起来，给学生提供一个综合应用的实验教学平台，帮助学生加深单片机原理、射频识别原理等知识的理解，提高单片机、射频识别卡、数据库管理、软件编程方面的能力。

本发明所采用的技术方案如下：

1.系统由下位机和上位机组成：下位机硬件包括单片机、射频卡读写模块、液晶显示屏、串口通信模块、USB转RS232模块、ISP在线系统编程模块、蜂鸣器、按键、指示灯、射频卡等模块和元器件；上位机采用普通的PC机或笔记本电脑，机上安装数据库管理系统软件，提供射频卡数据的通信、管理功能、用户操作界面等功能；下位机和上位机之间的软件实现一个模拟的校园消费卡的基本功能，卡中存放学生的学号、姓名、余额等信息，上位机数据库保存学生的学号、姓名、专业、单位等学籍信息和消费记录，上位机管理软件完成建新卡、修改学生信息、充值、消费、查询、挂失、解锁、注销等功能，同时完成串口通信功能，将学生信息和消费数据同步存储于射频卡。

2.下位机硬件的特征在于：

1)下位机的核心控制器件采用单片机。

2)单片机程序的烧写采用ISP在线系统编程模块。

3)射频卡读写模块采用集成了天线的读写器，读写模块和单片机之间采用IIC通信。

4)液晶显示器采用带汉字字库和独立背光电源的128*64图形点阵液晶显示器。

5)设计专用的液晶显示器背光灯电源控制电路，背光灯的亮灭由单片机程序控制。

6)采用蜂鸣器和发光二极管，实现声光提醒或报警。

7)串口通讯模块采用RS232标准，通过USB转232模块直接和上位机的USB接口连接，实现单片机和计算机之间的串口数据通讯。

8)下位机的电源由ISP在线系统编程模块取自上位机的USB接口。

9)提供独立按键，作为扩展的输入信号。

3.上位机软件功能的特征在于：

1)上位机采用SQLServe软件建立数据库，保存学生的信息，如学号、姓名、身份证、性别、民族、单位、专业、联系电话、身高、体重等学籍信息，同时保存消费卡信息，如卡号、有效期、使用状态、卡中余额等。

2)上位机实现消费卡数据的管理，功能包括：修改消费卡中的姓名、学号、余额等信息，同步更新数据库中的相应数据；对学生信息和卡的信息进行查询、修改；当有充值或消费行为产生时，及时记录相关信息于数据库中；上位机管理软件的使用者权限分为三类：管理员、操作员、学生，不同的登录身份拥有不同的权限，如对卡进行挂失、解锁、注销、充值、消费、查询消费记录等操作。

4.实验教学系统软件的特征在于：

1)下位机软件采用C语言编写，上位机管理软件采用VisualC++编写。

2)上位机和下位机之间通过串口通信实现数据信息的交互。

3)针对消费卡管理的需求，制定专门的通信协议。

4)每个数据包的传送都采用CRC校验。

5)下位机的串口通信软件的编程采用中断方式进行。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)系统涉及知识面广，包括单片机C语言的编程、射频卡读写模块的控制、射频卡数据的读写与显示、液晶显示器的应用、串口通信、通信协议的制定、CRC校验的应用、数据库的建立、信息管理系统软件的设计与编程实现、VisualC++程序设计等，不仅可以作为单片机原理用应用、射频卡识别技术课程的综合性实验教学平台，也可以作为数据库原理及应用、C++高级程序语言设计等多门课程的综合性实验教学平台。

2)采用单片机作为射频卡识别模块的控制器件，硬件制作成本低。

3)整个实验教学系统组成比较简单，体积小，方便管理，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为系统实例的组成示意图。

图2为单片机最小系统与射频卡读写模块的电路图。

图3为ISP在线系统编程的电路图。

图4为串口通信模块的电路图。

图5为液晶显示模块电路图。

图6为按键和声光报警的电路图。

图7为下位机主程序流程图。

图8为下位机串口接收中断程序流程图。

图9为上位机程序模块逻辑关系图。

具体实施方式

下面结合一个具体实例对本发明进行更详细的描述。

1.图1给出了一个实例系统的组成。实验教学系统由下位机和上位机组成，硬件、软件有机结合起来，组成一个功能比较完整的模拟校园消费卡信息管理系统。射频卡在本实例中作为消费卡使用，学生的姓名、学号、余额等重要信息数据存放于射频卡中，所有完整的信息数据都存放于上位机数据库中。

2.下位机的硬件模块主要包括：单片机最小系统、RFID读写模块、ISP在线系统编程模块(含电源)、液晶显示器模块、串口通信模块、声光报警模块。各模块的具体描述如下：

1)单片机采用Atmel公司生产的AT89S52作为控制器。单片机最小系统包括单片机、复位电路和晶振电路，单片机晶振频率采用22.1184MHz，其电路连接如图2所示。

2)RFID读写模块采用广州辰明智能卡科技有限公司生产的CM018射频卡读写模块，其电路连接如图2所示。

3)ISP在线系统编程模块一方面作为单片机程序下载器件，一方面从USB接口取电，为整个下位机提供电源，其电路连接如图3所示。

4)串口通信模块采用Max232芯片实现RS-232标准的电平转换，其电路连接如图4所示。

5)液晶显示模块采用带有中文字库和独立背光电源的128*64液晶显示器，液晶显示器和单片机之间的数据通信采用并口连接方式，其电路连接如图5所示。图5中专门给液晶显示屏的背光灯电源加了一个三极管作为电子开关，以便单片机可以程序控制背光灯的亮灭。

5)按键、声光模块的电路连接如图6所示。

3.下位机软件采用C语言开发。由单片机负责各个模块的控制，包括通过RFID读写模块对射频卡进行读写操作、在液晶屏显示射频卡中的数据、通过串口和上位机进行通信等。主要特征如下：

1)单片机和RFID读写模块采用IIC协议进行通信。

2)下位机主程序主要是检测是否有射频卡靠近RFID读写模块：如有，则读取射频卡数据并在液晶屏显示相关信息，同时将卡号通过串口传送给上位机；如没有，则在液晶屏显示“放入卡……”之类的提示。其程序流程如图7所示。

3)下位机的串口通信程序采用中断方式，当收到上位机发送过来的数据或命令时，首先根据通信协议判断需要执行什么操作：如是需要修改射频卡中数据，则修改并在液晶屏显示新的结果；如果读取射频卡数据的命令，则先读取射频卡中的数据，然后根据通信协议编码，再向上位机传送编码后的数据。其程序流程如图8所示。

4.上位机采用VisualC++2008编程实现一个模拟的校园消费卡信息管理系统，通过串口和下位机进行数据交互，将学生姓名、学号、余额等信息数据下传给下位机，以便存放于射频卡，同时将学生学籍信息、消费卡信息存放于上位机数据库。主要特征如下：

1)上位机的数据库采用SQLServer2005创建，包括用户登录信息表，消费卡信息表、学生身份信息表和消费记录信息表等。

2)上位机的信息管理系统包括8个模块：数据库连接模块、用户登录模块、密码修改模块、消费卡信息管理模块、学生信息管理模块、消费/充值模块、消费记录管理模块、串口通信模块。数据库连接模块采用ADO技术访问数据库。用户登录模块验证登录账号和密码，确定角色及权限。密码修改模块提供密码修改功能。消费卡信息管理模块实现消费卡的新建、注销、挂失、解锁、有效期设置等功能。串口通信模块负责和下位机的通信，包括根据通信协议对数据进行编码、解码、数据打包、CRC校验等功能。

3)上位机各个软件模块之间的逻辑关系如图9所示。

上述说明仅仅是示例性的一种具体实施方式，不能因此而限制本发明的范围及其应用。在本发明公开的技术范围内，任何可轻易想到的变化或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种单片机和射频卡识别(RFID)的实验教学系统，其特征在于：系统由下位机和上位机组成：下位机硬件包括单片机、RFID读写模块、液晶显示屏、串口通信模块、USB转RS232模块、ISP下载模块、蜂鸣器、按键、指示灯、射频卡等模块和元器件；上位机采用普通的PC机或笔记本电脑，机上安装数据库管理系统软件，提供射频卡数据的通信、管理功能、用户操作界面等功能；下位机和上位机之间的软件实现一个模拟的校园消费卡消费管理系统的基本功能，射频卡(即消费卡)中存放学生的学号、姓名、余额等信息，上位机数据库保存学生的学号、姓名、专业、单位等学籍信息和充值金额、消费金额、余额等消费记录信息，上位机管理软件完成建新卡、修改学生信息、充值、消费、查询、挂失、解锁、注销等功能，同时将学生信息和消费信息通过和下位机的串口通信同步保存于射频卡。

2.根据权利要求1所述的实验教学系统，其下位机硬件的特征在于：

1)下位机的核心控制器件采用单片机。

2)单片机程序的烧写采用ISP在线系统编程模块。

3)RFID读写模块采用集成了天线的读写器，读写模块和单片机之间采用IIC通信。

6)采用蜂鸣器和发光二极管，实现声光提醒或报警。

8)下位机的电源由ISP模块取自上位机的USB接口。

9)提供独立按键，作为扩展的输入信号。

3.根据权利要求1所述的实验教学系统，其上位机软件功能的特征在于：

1)上位机采用SQLServe软件建立数据库，保存学生的信息，如学号、姓名、身份证、性别、民族、单位、专业、联系电话、身高、体重等学籍信息，同时保存消费卡信息，如卡号、有效期、使用状态、充值金额、消费金额、余额等消费记录信息。

2)上位机管理软件实现消费卡数据的管理，功能包括：修改消费卡中的姓名、学号、余额等信息，同步更新数据库中的相应数据；对学生信息和卡的信息进行查询、修改；当有充值或消费行为产生时，及时记录相关信息于数据库中；上位机管理软件的使用者权限分为三类：管理员、操作员、消费者，不同的登录身份拥有不同的消费卡操作权限，如对卡进行挂失、解锁、注销、充值、消费、查询等操作。

4.根据权利要求1所述的实验教学系统，其软件的特征在于：

1)下位机软件采用C语言编写，上位机软件采用VisualC++编写。

2)上位机和下位机之间通过串口通信实现数据信息的交互。

3)针对消费卡管理的需求，制定了专门的通信协议。

4)每个数据包的传送都采用CRC校验。

5)下位机的串口通信软件的编程采用中断方式进行。