CN110519733A - 基于nfc与蓝牙通信的智慧园林教育系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，包括NFC电子标签、用户手机APP终端和信息管理平台，用户手机APP终端包括数据处理器，与数据处理器相连接的信息传输模块、NFC读写器开启模块和显示模块，信息管理平台包括PC端上位机、与PC端上位机相连接的信息配对系统、系统读写器、MCU控制模块和操作显示模块。本发明通采用近年来飞速发展的NFC技术与蓝牙通信模块相融合进行数据传输，制作出具有连接速度快、传输速度快、安全程度高、能量消耗低的电子标签。并且选用了低成本高效能的NFC与蓝牙芯片，不易由于自然物理因素受损，且可以通过信息管理平台更改所存储的信息内容。

Description

基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统

技术领域

本发明属于信息传输技术，具体涉及一种基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统。

背景技术

近场通信(Near Field Communication)，是一种新兴的技术，使用了NFC技术的设备(比如手机)可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别(RFID)及互连互通技术整合演变而来的，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输，交换数据。这个技术由免接触式射频识别(RFID)演变而来，由飞利浦和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。近场通信是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。

蓝牙技术作为一种新型短距离无线扩频通信技术，体积小，功耗低，开放性强，基于这些优点，蓝牙信号检测技术也具有抗干扰性强，方便检测，限制小等这些特点，适用性强。

上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC/host computer/mastercomputer/upper computer,屏幕上显示各种信号变化(液压，水位，温度等)。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机single chip microcomputer/slavecomputer/lower computer之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据(一般为模拟量)，转换成数字信号反馈给上位机。简言之如此，实际情况千差万别，但万变不离其宗：上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。

在概念上，控制者和提供服务者是上位机，被控制者和被服务者是下位机，也可以理解为主机和从机的关系，但上位机和下位机是可以转换的。

射频识别系统中，读写器和电子标签之间的通信通过电磁波来实现。按照通信距离，可以划分为近场和远场。相应的，读写器和电子标签之间的数据交换方式也被划分为负载调制和反向散射调制。只有接收到读写器特殊命令才发送数据的电子标签被称为RTF方式。与此相反，进入读写器的能量场即主动发送数据的电子标签被称为TTF方式。

串口使用的是RS232总线进行通信，通信方式是半双工。通过调用Windows的API函数实现；S52、一般通过四步来完成通信(1)打开串口(2)配置串口(3)读写串口(4)关闭串口。

随着人们生活水平的不断提高与科学技术的逐步发展，健康绿色的生活理念深入人心，人们对园林绿化有了更多关注，但是往往在看到一些花草树木的时候，才发现很多都没有见过，更叫不上名字。基于此，将科技运用到园林中去，打造智慧园林，让每一棵树、每一朵花都有自己的“身份”与“故事”，便显得极为有价值。而现有的“让树木具有身份”的技术一般都是通过扫描树木上粘贴的事先存储好相关信息的二维码，但二维码扫描成功与否会受网络信号强度的影响，且在风吹雨淋的过程中二维码易被损坏，要改变二维码所存储的信息只能通过更换二维码来实现，造成人力与物力的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统。

实现本发明目的的技术方案是一种基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，包括NFC电子标签、用户手机APP终端和信息管理平台，所述NFC电子标签用于储存系统蓝牙MAC地址，所述用户手机APP终端用于显示NFC标签所携带的信息并读取NFC电子标签内的信息，所述信息管理平台用于验证用户手机APP终端并与NFC电子标签内的MAC地址的安全性并决定是否发送制令至用户手机APP终端上，所述用户手机APP终端包括数据处理器，与所述数据处理器相连接的信息传输模块、NFC读写器开启模块和显示模块，所述信息管理平台包括PC端上位机、与所述PC端上位机相连接的信息配对系统、数据存储模块、系统读写器、MCU控制模块和操作显示模块，所述信息管理平台通过系统读写器与NFC电子标签数据连接实现NFC电子标签内系统蓝牙MAC地址的读写更新，所述信息管理平台通过信息配对系统与用户手机APP终端的信息传输模块实现数据连接，所述用户手机APP终端在NFC的操作距离内，通过NFC读写器开启模块实现获取NFC电子标签内的信息。

实现包括以下步骤：

S1.信息管理平台通过系统读写器向电子标签内写入标签蓝牙的MAC地址和园林植物有关信息；

S2.用户手机APP终端打开智慧园林APP，开启用户手机APP终端的NFC读写器，将手机靠近植物上的标签；

S3.NFC读写器开启模块读取到的标签蓝牙地址信息，信息被自动存入数据储存模块以防数据丢失；

S4.手机端自动通过所连接的园林WIFI将蓝牙地址信息传输至信息管理平台；

S5.信息管理平台的PC端上位机使用串口通信，向MCU控制模块发出指令，MCU控制模块对地址信息的安全性进行验证并将结果反馈给PC端上位机；

S6.若验证通过，PC端上位机向信息配对系统发出允许配对指令，NFC电子标签与用户手机APP终端实现通信，PC端上位机同时向对应的NFC电子标签发送指令使植物有关信息传输至用户手机APP终端显示出来；若验证失败，则PC端上位机直接通过WIFI发送错误提示信息至用户手机APP终端；

S7.PC端上位机与系统读写器相连，可控制系统读写器向电子标签写入植物相关的信息、查询标签内的特定数据区、更改标签存储的信息、定时对标签内某些数据进行自增、自减操作、操作显示区、软件重置和退出。

步骤S1中包括以下具体步骤：

S11.通过NFC读卡器工作模式对基于NDEF(NFC Data Exchange Format)即NFC数据交换格式)消息的NFC标签进行数据写入；

S12.首先进行NDEF消息封装，再进行NDEF消息写入，写入NDEF消息之前需要创建独立线程，然后再获取Tag对象、创建连接以及格式化后再写入相关数据内容。

步骤S4中包括以下具体步骤：

S41.若WIFI通信状态较好，手机端自动通过所连接的园林WIFI将蓝牙地址信息传输至信息管理平台；

S42.若WIFI通信状态较差且在周围又存在PC端上位机，则由蓝牙信息读入采集模块将采集到的信息传输给PC端上位机，再由PC端上位机通过接入因特网传输到信息管理平台。

步骤S7中包括以下具体步骤：

S71.电子标签处于等待或休眠状态；

S72.当电子标签进入读写器的作用范围被激活以后，便从休眠状态转为接收状态，接受读写器发出的命令，进行相应的处理，并将结果返回给读写器。

本发明具有积极的效果：本发明通过使手机采用NFC通信获取标签蓝牙地址，并通过WIFI发送至信息管理平台，信息管理平台验证蓝牙信息是否安全，若安全，通过蓝牙配对软件实现标签和手机蓝牙连接，实现通信，使得植物信息在手机APP终端显示出来；若不安全，信息管理平台直接向手机端发送错误信息，提示请重试。当用户持着手机打开APP走近植物时，能够方便快捷地了解到植物相关知识。采用近年来飞速发展的NFC技术与蓝牙通信模块相融合进行数据传输，利用NFC近距离、高宽带、低功耗、安全可靠的特点与蓝牙传输速度快且在手机中普遍存在的技术特点，制作出具有连接速度快、传输速度快、安全程度高、能量消耗低的电子标签。并且选用了低成本高效能的NFC与蓝牙芯片，不易由于自然物理因素受损，且可以通过信息管理平台更改所存储的信息内容，不用经常进行更换，节省了大量人力物力。打造智慧园林，“让每一株植物都有身份”，为生活水平日渐提高、对知识需求越来越大的人们提供了认识与学习园林知识的新渠道，达到了传播园林知识、实现智能教育的目的，让人与自然更加亲近，符合国家所倡导的绿色发展新理念。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的实现的步骤示意图；

图3为本发明中S1的具体步骤示意图；

图4为本发明中S4的具体步骤示意图；

图5为本发明中S7的具体步骤示意图。

具体实施方式

(实施例1)

图1至图5显示了本发明的一种具体实施方式，其中图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的实现的步骤示意图；图3为本发明中S1的具体步骤示意图；图4为本发明中S4的具体步骤示意图；图5为本发明中S7的具体步骤示意图。

见图1至图5，一种基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统。

实现本发明目的的技术方案是一种基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，包括NFC电子标签1、用户手机APP终端2和信息管理平台3，所述NFC电子标签用于储存系统蓝牙MAC地址，所述用户手机APP终端2用于显示NFC标签所携带的信息并读取NFC电子标签内的信息，所述信息管理平台用于验证用户手机APP终端并与NFC电子标签内的MAC地址的安全性并决定是否发送制令至用户手机APP终端上，所述用户手机APP终端2包括数据处理器21，与所述数据处理器相连接的信息传输模块23、NFC读写器开启模块24和显示模块22，所述信息管理平台3包括PC端上位机31、与所述PC端上位机31相连接的信息配对系统32、数据存储模块36、系统读写器33、MCU控制模块34和操作显示模块35，所述信息管理平台通过系统读写器与NFC电子标签数据连接实现NFC电子标签内系统蓝牙MAC地址的读写更新，所述信息管理平台通过信息配对系统与用户手机APP终端的信息传输模块实现数据连接，所述用户手机APP终端在NFC的操作距离内，通过NFC读写器开启模块实现获取NFC电子标签内的信息。本实施例中，信息传输模块和信息配对系统主要为蓝牙传输模块。

本实施例中，其中NFC电子标签模块是整个系统的基础，用于储存标签蓝牙的MAC地址和植物的有关信息，是用户进入系统的入口点与信息存储端。采用低成本、通信速度快的基于IS014443A标准的NFC无源电子标签，首先查看蓝牙模块的MAC地址，使用信息管理平台的系统读写器模块将MAC地址写入到NFC标签内，在用户手机APP终端使用NFC读写器开启模块读取出标签内的蓝牙MAC地址，同时将系统蓝牙与手机蓝牙MAC地址传入到信息管理平台的蓝牙配备系统，使得系统蓝牙和手机蓝牙进行连接，实现数据的传输和交换。应用这种方法，当手机进入到NFC的操作距离内，即可实现不输入PIN码的快速蓝牙配对，缩短了蓝牙配对的时间，简化了传统蓝牙需要输入PIN码来配对的过程。NFC电子标签可存储植物的有关信息，由信息管理平台控制其所存储信息的更新与发送。

手机APP模块是整个系统的主要部分，数据储存模块用于在信息传输状态较差时将NFC读写器读到的标签蓝牙MAC地址信息进行本地存储，防止由于通信状态不好造成的数据丢失；信息传输模块负责在远距离无线通信较差且在周围又存在PC端上位机的情况下把蓝牙信息读入采集模块采集到的信息传输给PC端上位机，再由PC端上位机通过接入因特网传输到信息管理平台；NFC读写器开启模块用于开启手机端NFC读写模式，使得手机端靠近NFC电子标签时能够获取标签储存的蓝牙MAC地址信息；显示模块用于显示电子标签传输来的植物信息以及信息管理平台的提示信息。通信功能的实现首先为远程蓝牙模块建立一个BluetoothDevice对象，用BluetoothSocket类初始化这个对象，与手机端蓝牙建立对等的连接。通过手机连接的园林WIFI将标签的MAC地址与手机的蓝牙模块地址发送到信息管理平台进行安全验证，验证成功验证后用户手机APP终端上将会显示NFC标签所携带的植物的相关信息。由于手机本身具有语音播报功能，为想要了解植物的用户提供了快速简便优质的服务。

信息管理平台是整个系统的控制中心。用来通过验证手机端发送的蓝牙模块地址与标签MAC地址的安全性进而决定是否发送指令至相对应的NFC标签使其传输植物信息至用户手机APP终端上显示。该模块的主要部分是PC端上位机，在Windows XP平台下，安装Java开发环境，并使用Eclipse开发工具进行开发。PC上位机负责接收用户手机APP端发送的地址信息，使用串口通信向MCU控制模块发送指令，MCU控制模块接收到指令后进行处理，向PC上位机发送反馈信息，通过对反馈指令的处理来判断命令是否被正确的执行，若正确，则PC上位机发送允许配对指令至蓝牙配对软件，实现蓝牙配对，并发送指令到相对应的电子标签使其存储的信息发送到用户手机APP终端上，否则，发送错误信息至手机端以提醒用户重新操作。PC上位机软件与系统读写器相连，可控制系统读写器向对应的电子标签写入查询标签内的特定数据区、更改标签存储的信息、定时对标签内某些数据进行自增、自减操作、操作显示区、软件重置和退出。

实现包括以下步骤：

S1.信息管理平台通过系统读写器向电子标签内写入标签蓝牙的MAC地址和园林植物有关信息；

S2.用户手机APP终端打开智慧园林APP，开启用户手机APP终端的NFC读写器，将手机靠近植物上的标签；

S3.NFC读写器开启模块读取到的标签蓝牙地址信息，信息被自动存入数据储存模块以防数据丢失；

S4.手机端自动通过所连接的园林WIFI将蓝牙地址信息传输至信息管理平台；

S5.信息管理平台的PC端上位机使用串口通信，向MCU控制模块发出指令，MCU控制模块对地址信息的安全性进行验证并将结果反馈给PC端上位机；

S6.若验证通过，PC端上位机向信息配对系统发出允许配对指令，NFC电子标签与用户手机APP终端实现通信，PC端上位机同时向对应的NFC电子标签发送指令使植物有关信息传输至用户手机APP终端显示出来；若验证失败，则PC端上位机直接通过WIFI发送错误提示信息至用户手机APP终端；

S7.PC端上位机与系统读写器相连，可控制系统读写器向电子标签写入植物相关的信息、查询标签内的特定数据区、更改标签存储的信息、定时对标签内某些数据进行自增、自减操作、操作显示区、软件重置和退出。

步骤S1中包括以下具体步骤：

S11.通过NFC读卡器工作模式对基于NDEF(NFC Data Exchange Format)即NFC数据交换格式)消息的NFC标签进行数据写入；

S12.首先进行NDEF消息封装，再进行NDEF消息写入，写入NDEF消息之前需要创建独立线程，然后再获取Tag对象、创建连接以及格式化后再写入相关数据内容。

步骤S4中包括以下具体步骤：

S41.若WIFI通信状态较好，手机端自动通过所连接的园林WIFI将蓝牙地址信息传输至信息管理平台；

S42.若WIFI通信状态较差且在周围又存在PC端上位机，则由蓝牙信息读入采集模块将采集到的信息传输给PC端上位机，再由PC端上位机通过接入因特网传输到信息管理平台。

步骤S7中包括以下具体步骤：

S71.电子标签处于等待或休眠状态；

S72.当电子标签进入读写器的作用范围被激活以后，便从休眠状态转为接收状态，接受读写器发出的命令，进行相应的处理，并将结果返回给读写器。

本发明通过使手机采用NFC通信获取标签蓝牙地址，并通过WIFI发送至信息管理平台，信息管理平台验证蓝牙信息是否安全，若安全，通过蓝牙配对软件实现标签和手机蓝牙连接，实现通信，使得植物信息在手机APP终端显示出来；若不安全，信息管理平台直接向手机端发送错误信息，提示请重试。当用户持着手机打开APP走近植物时，能够方便快捷地了解到植物相关知识。采用近年来飞速发展的NFC技术与蓝牙通信模块相融合进行数据传输，利用NFC近距离、高宽带、低功耗、安全可靠的特点与蓝牙传输速度快且在手机中普遍存在的技术特点，制作出具有连接速度快、传输速度快、安全程度高、能量消耗低的电子标签。并且选用了低成本高效能的NFC与蓝牙芯片，不易由于自然物理因素受损，且可以通过信息管理平台更改所存储的信息内容，不用经常进行更换，节省了大量人力物力。打造智慧园林，“让每一株植物都有身份”，为生活水平日渐提高、对知识需求越来越大的人们提供了认识与学习园林知识的新渠道，达到了传播园林知识、实现智能教育的目的，让人与自然更加亲近，符合国家所倡导的绿色发展新理念。

本实施例中使用的标准零件可以从市场上直接购买，而根据说明书和附图的记载的非标准结构部件，也可以直根据现有的技术常识毫无疑义的加工得到，同时各个零部件的连接方式采用现有技术中成熟的常规手段，而机械、零件及设备均采用现有技术中常规的型号，故在此不再作出具体叙述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，包括NFC电子标签、用户手机APP终端和信息管理平台，所述NFC电子标签用于储存系统蓝牙MAC地址，所述用户手机APP终端用于显示NFC标签所携带的信息并读取NFC电子标签内的信息，所述信息管理平台用于验证用户手机APP终端并与NFC电子标签内的MAC地址的安全性并决定是否发送制令至用户手机APP终端上，其特征在于：所述用户手机APP终端包括数据处理器，与所述数据处理器相连接的信息传输模块、NFC读写器开启模块和显示模块，所述信息管理平台包括PC端上位机、与所述PC端上位机相连接的信息配对系统、数据存储模块、系统读写器、MCU控制模块和操作显示模块，所述信息管理平台通过系统读写器与NFC电子标签数据连接实现NFC电子标签内系统蓝牙MAC地址的读写更新，所述信息管理平台通过信息配对系统与用户手机APP终端的信息传输模块实现数据连接，所述用户手机APP终端在NFC的操作距离内，通过NFC读写器开启模块实现获取NFC电子标签内的信息。

2.根据权利要求1所述的基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，其特征在于：实现包括以下步骤：

S1.信息管理平台通过系统读写器向电子标签内写入标签蓝牙的MAC地址和园林植物有关信息；

S2.用户手机APP终端打开智慧园林APP，开启用户手机APP终端的NFC读写器，将手机靠近植物上的标签；

S3.NFC读写器开启模块读取到的标签蓝牙地址信息，信息被自动存入数据储存模块以防数据丢失；

S4.手机端自动通过所连接的园林WIFI将蓝牙地址信息传输至信息管理平台；

S5.信息管理平台的PC端上位机使用串口通信，向MCU控制模块发出指令，MCU控制模块对地址信息的安全性进行验证并将结果反馈给PC端上位机；

S6.若验证通过，PC端上位机向信息配对系统发出允许配对指令，NFC电子标签与用户手机APP终端实现通信，PC端上位机同时向对应的NFC电子标签发送指令使植物有关信息传输至用户手机APP终端显示出来；若验证失败，则PC端上位机直接通过WIFI发送错误提示信息至用户手机APP终端；

S7.PC端上位机与系统读写器相连，可控制系统读写器向电子标签写入植物相关的信息、查询标签内的特定数据区、更改标签存储的信息、定时对标签内某些数据进行自增、自减操作、操作显示区、软件重置和退出。

3.根据权利要求2所述的基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，其特征在于：步骤S1中包括以下具体步骤：

S11.通过NFC读卡器工作模式对基于NDEF(NFC Data Exchange Format)即NFC数据交换格式)消息的NFC标签进行数据写入；

S12.首先进行NDEF消息封装，再进行NDEF消息写入，写入NDEF消息之前需要创建独立线程，然后再获取Tag对象、创建连接以及格式化后再写入相关数据内容。

4.根据权利要求3所述的基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，其特征在于：步骤S4中包括以下具体步骤：

S41.若WIFI通信状态较好，手机端自动通过所连接的园林WIFI将蓝牙地址信息传输至信息管理平台；

S42.若WIFI通信状态较差且在周围又存在PC端上位机，则由蓝牙信息读入采集模块将采集到的信息传输给PC端上位机，再由PC端上位机通过接入因特网传输到信息管理平台。

5.根据权利要求4所述的基于NFC与蓝牙通信的智慧园林教育系统，其特征在于：步骤S7中包括以下具体步骤：

S71.电子标签处于等待或休眠状态；

S72.当电子标签进入读写器的作用范围被激活以后，便从休眠状态转为接收状态，接受读写器发出的命令，进行相应的处理，并将结果返回给读写器。