CN113030500A - 一种手持式胶体金读卡仪及其检测方法 - Google Patents

一种手持式胶体金读卡仪及其检测方法 Download PDF

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余凯
高洪智
刘振尧
李志坚
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Abstract

本发明公开了一种手持式胶体金读卡仪及其检测方法，该读卡仪包括USB拓展器、开关控制模块、身份识别模块、指纹模块和安装有应用程序的智能终端；智能终端上设置有用于获取试纸卡信息的摄像头；身份识别模块和开关控制模块连接；开关控制模块，用于接收来自智能终端的控制指令，并根据控制指令开启或关闭身份识别模块；身份识别模块，用于获取用户的身份信息；指纹模块，用于读取用户的指纹信息，并将指纹信息发送至智能终端进行指纹信息验证。本发明具有检测设备小巧便携、检测速度快、检测结果可实时查看和上传，同时具备用户登录身份识别和安全验证，确保仪器使用和检测数据的安全性。

Description

一种手持式胶体金读卡仪及其检测方法
技术领域
本发明涉及读卡仪领域，特别涉及一种手持式胶体金读卡仪及其检测方法。
背景技术
由于非法添加剂等化学添加的滥用，人们的身体健康受到极大挑战，食品安全问题已倍受到关注，相关部门也在逐步加大食品安全监管力度。常规读卡仪器体积大，只适用于实验室，无法满足现场快速机动的检测需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种手持式胶体金读卡仪及其检测方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种手持式胶体金读卡仪，包括USB拓展器、开关控制模块、身份识别模块、指纹模块和安装有应用程序的智能终端；智能终端上设置有用于获取试纸卡信息的摄像头；身份识别模块和开关控制模块连接；开关控制模块、指纹模块均通过USB拓展器和智能终端连接；智能终端还与溯源系统连接；开关控制模块，用于接收来自智能终端的控制指令，并根据控制指令开启或关闭身份识别模块；身份识别模块，用于获取用户的身份信息；指纹模块，用于读取用户的指纹信息，并将指纹信息发送至智能终端进行指纹信息验证，验证通过，登录应用程序。
优选地，身份识别模块包括依次连接的刷卡模块和安全模块；刷卡模块，用于读取用于的身份证信息，并将身份证信息传输到安全模块；安全模块，用于对身份证信息进行解码，并将解码后的信息发送至智能终端进行身份信息验证、存储和显示，验证通过，智能终端进行检测操作。
优选地，所述手持式胶体金读卡仪还包括外部充电接口；外部充电接口通过USB拓展器和智能终端连接。
优选地，智能终端包括通信模块；通信模块包括移动通信网络单元、WIFI和蓝牙；智能终端通过移动通信网络单元或WIFI与溯源系统连接；智能终端通过蓝牙和打印机连接。
优选地，智能终端是手机、平板中的一种。
优选地，开关控制模块的型号为STM-O/F-01；指纹模块的型号为FPC1021AM；身份识别模块的型号为RD-1802；
优选地，开关控制模块包括第一插座电路、第二插座电路、身份识别模块控制电路、电源转换电路、下载器电路和控制器电路；第一插座电路、第二插座电路、身份识别模块控制电路、电源转换电路、下载器电路均和控制器电路连接；控制器电路包括微控制器，控制器电路的型号为STM32F401。
优选地，第一插座电路包括插座P1和电阻R1；插座P1的电源端和5V电源连接，插座P1的数据端和控制器电路连接，插座P1的数据端D+还通过电阻R1和3.3V电源连接；第二插座电路包括插座P2、插座P3、电阻R2、电阻R3和电阻R4；插座P2的电源端和5V电源连接，插座P2的数据端D-通过电阻R2和插座P3连接；插座P2的数据端D+通过电阻R3和插座P3连接；插座P2的数据端D+还通过电阻R4和3.3V电源连接；插座P2的接地端和插座P3的接地端均连接至地；
身份识别模块控制电路包括MOS管Q1、三极管Q2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；MOS管Q1的源极和5V电源连接，MOS管Q1的栅极通过电阻R5和5V电源连接，MOS管Q1的栅极还通过电阻R6和三极管Q2的集电极连接，MOS管Q1的漏极和5V电源连接，三极管Q2的基极通过电阻R7和控制器电路连接，三极管Q2的基极还通过电阻R8和三极管Q2的发射极连接，三极管Q2的发射极还连接至地；
电源转换电路包括电源转换芯片U1、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；电源转换芯片U1的电源输入端Vin和5V电源、电容C1的一端、电容C3的正极均连接，电容C1的另一端、电容C3的负极均连接至地，电源转换芯片U1的接地端GND连接至地，电源转换芯片U1的电源输出端Vout和3.3V电源、电容C2的一端、电容C4的正极均连接；电源转换芯片U1的TAB端和电容C2的一端连接；电容C2的另一端、电容C4的负极均连接至地；
下载器电路包括插座P6、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；插座P6的1端通过电阻R9和2端连接，插座P6的1端还和3.3V电源连接，插座P6的3端通过电阻R10和4端连接，插座P6的4端还连接至地；电阻R11的一端和3.3V电源连接，电阻R11的另一端和控制器电路连接；电阻R12的一端连接至地，电阻R12的另一端和控制器电路连接；
控制器电路包括微控制器U2、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、晶振Y1、晶振Y2、开关K1、电阻R13、电阻R14和电阻R15；
微控制器U2的PC14/OSC32端和PC15/OSC32端通过晶振Y1连接，晶振Y1的一端通过电容C6连接至地，晶振Y1的另一端通过电容C5连接至地，微控制器U2的PD0/OSCIN端和PD1/OSCOUT端通过晶振Y2连接，晶振Y2的两端还通过电阻R13连接，晶振Y2的一端还通过电容C10连接至地，晶振Y2的另一端通过电容C11连接至地，电容C8的正极、电容C9的一端均和3.3V电源连接，电容C8的负极、电容C9的另一端连接至地，微控制器U2的VSSA端、第一VSS端连接至地，微控制器U2的VDDA端、第一VDD端和3.3V电源连接，微控制器U2的PB2/BOOT1端和电阻R11的另一端连接，微控制器U2的PB11/I2C2-SDA/U3-RX端通过电容C16连接至地，电容C13的一端、电容C14的一端均和3.3V电源连接，电容C13的另一端、电容C14的另一端均连接至地，电阻R14的一端均和3.3V电源连接，电阻R14的另一端和微控制器U2的NRST端连接，电阻R14的另一端还通过开关K1连接至地，电阻R14的另一端还通过电容C14连接至地，微控制器U2的第二VSS端、第二VDD端还通过电容C7连接，电容C7的一端均和3.3V电源连接，电容C7的另一端连接至地，微控制器U2的BOOT0端和电阻R12的另一端连接，微控制器U2的PA14/JTCK/SWCLK端和插座P6的3端连接，微控制器U2的第三VSS端、第三VDD端还通过电容C12连接，电容C12的一端均和3.3V电源连接，电容C12的另一端连接至地，微控制器U2的PA13/JTMS/SWDIO端、PA12/CAN-TX/USBDP/TIM1-ETR端、PA11/CAN-RX/USBDM/TIM1-CH4端分别和插座P6的2端、插座P1的数据端D+、插座P1的数据端D-连接，微控制器U2的PA10/U1-RX/USBDM/TIM1-CH3端通过电阻R15连接至地，微控制器U2的PB12/SPI2-NSS/I2C2-SMBAI/TIM1-BKIN端和电阻R7的一端连接。
基于上述手持式胶体金读卡仪的检测方法，包括智能终端开机后，开启对应应用程序，获取用户的账号密码或指纹信息进行登录；进入检测前获取用户的身份证信息进行身份验证；将待测试纸卡放置到卡槽中，控制摄像头对待测试纸卡进行拍照，智能终端根据预设计算方法和门限值判断出待测试纸卡的阴阳性；智能终端对待测试纸卡的阴阳性进行显示。
优选地，检测方法，还包括指纹模块读取用户的指纹信息，并将指纹信息发送至智能终端进行指纹信息验证，验证通过，登录应用程序；
开关控制模块接收来自智能终端的控制指令，并根据控制指令要求开启身份识别模块；身份识别模块获取用户的身份证信息，并将身份证信息发送至智能终端，智能终端验证身份证信息的合法性，验证通过，智能终端进行检测操作。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用的基于智能终端的读卡仪相比于传统的实验室仪器体积更小重量更轻，可明显提升移动检测的便携性，大大提高检测时效。
2、本发明提供多种身份识别方法，大大提高设备使用和数据的安全性。
附图说明
图1为本发明的手持式胶体金读卡仪的结构示意图。
图2为本发明的智能终端摄像头与卡托的侧视图。
图3为本发明的第一插座电路图。
图4为本发明的第二插座电路图。
图5为本发明的身份识别模块控制电路图。
图6为本发明的电源转换电路图。
图7为本发明的下载器电路图。
图8为本发明的控制器电路图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1-2，一种手持式胶体金读卡仪，包括智能终端、USB拓展器、开关控制模块、身份识别模块、指纹模块和外部充电接口；
智能终端包括USB接口、通信模块和摄像头，智能终端内还包含操作系统和运行于其上的APP软件；智能终端通过USB口与USB拓展器连接，通过摄像头获取试纸卡信息；通信模块包括移动通信网络模块、WIFI和蓝牙；智能终端通过移动通信网络模块或WIFI与溯源系统进行连接，用于获取检测任务或上传检测结果；摄像头获取插入到固定于智能终端摄像头正前方卡托中的试纸卡信息，作为读卡仪的输入原始数据；智能终端通过蓝牙与打印机连接，用于打印检测结果信息。
USB拓展器包含至少4个USB口和一个PD供电接口。其中USB1与智能终端连接；USB2和USB3与开关控制模块连接，USB4与指纹模块连接，PD供电接口与外部充电接口连接。溯源系统是用于储存读卡仪检测结果的服务器。
开关控制模块包含MCU(微控制器)，用于接收来自智能终端的控制指令，并根据指令要求开启或关闭身份识别模块。
指纹模块读取指纹信息后通过USB4将其传给智能终端进行指纹信息验证和存储，验证通过才能登录软件；
PD供电接口用于从外部对读卡仪进行充电。
身份识别模块通过USB5实现与智能终端之间的通信，身份识别模块包括刷卡模块和安全模块；刷卡模块读取身份证信息后将其传输到安全模块，安全模块进行信息解码后通过USB5将其传给智能终端进行身份信息验证、存储和显示，验证通过才能进行应用软件的检测操作；
智能终端可能是手机、平板等便携式智能设备，在此不做具体限定。智能终端正面为显示屏，背面上方为摄像头和闪光灯，智能终端背面上方固定于卡托上，试纸卡从侧面插入卡托。
USB拓展器与智能终端相连的USB口为公头Type C接口，与开关控制模块和指纹模块连接的USB口为母头Type A接口，PD供电接口为母头Type C接口。
指纹模块的型号为FPC1021AM。身份识别模块的型号为RD-1802。
参见图3-8，开关控制模块包括第一插座电路、第二插座电路、身份识别模块控制电路、电源转换电路、下载器电路和控制器电路；第一插座电路、第二插座电路、身份识别模块控制电路、电源转换电路、下载器电路均和控制器电路连接；控制器电路包括微控制器，控制器电路的型号为STM32F401。插座P1为公头USB接口插入HUB的USB母口中，1脚(1端)和4脚(4端)从HUB中获取供电，插座P1的2脚(2端)和3脚(3端)分别连接至微控制器U2的44脚(PA11/CAN-RX/USBDM/TIM1-CH4端)和45脚(PA12/CAN-TX/USBDP/TIM1-ETR端)，用于USB通信，3脚通过R7上拉至3.3V，用于设置从机模式。
电源转换芯片U1的型号AMS1117-3.3，1脚(接地端GND)和3脚(电源输入端Vin)分别连接电容C3的正极和电容C1的一端，用于5V电源输入的滤波，2脚(电源输出端Vout)和4脚(TAB端)输出3.3V分别连接电容C2和电容C4的进行输出滤波。
MOS管Q1的型号为AON6407，1-3脚(源极)连接输入5V电源，电阻R5连接于1脚和4脚(栅极)之间，0脚和5-8脚(漏极)连接输出5V_1，三极管Q2的型号为9013，电阻R6连接于MOS管Q1的4脚和Q2的3脚(集电极)，电阻R8连接于三极管Q2的1脚(基极)和2脚(发射极)之间，三极管Q2的1脚通过电阻R7连接至微控制器U2的33脚(PB12/SPI2-NSS/I2C2-SMBAI/TIM1-BKIN端)。当微控制器U2的33脚发出高电平时，三极管Q2导通，从而MOS管Q1导通，三极管Q2的0和5-8脚则输出5V电压；当微控制器U2的33脚发出低电平时，三极管Q2关闭，从而MOS管Q1关闭，三极管Q2的0和5-8脚则不输出5V电压。
插座P2为公头USB接口插入HUB的USB母口中，1脚(电源端)和4脚(接地端)从HUB中获取供电，2脚(数据端D-)和3脚(数据端D+)分别通过电阻R2、电阻R3连接至插座P3的2脚和3脚，插座P3用于连接身份识别模块进行USB通信，3脚通过电阻R3上拉至3.3V，用于设置从机模式。
插座P6为4脚插座，1脚和4脚分别连接3.3V电源和地，2脚通过电阻R9进行上拉，3脚通过电阻R10下拉，2脚和3脚分别连接于微控制器U2的46脚(PA13/JTMS/SWDIO端)和49脚(PA14/JTCK/SWCLK端)，用于下载程序至微控制器U2中。
微控制器U2的60脚(BOOT0端)通过电阻R12下拉，28脚(BOOT1端)通过电阻R11进行上拉，用以配置微控制器U2的程序运行模式。微控制器U2的3脚(PC14/OSC32端)和4脚(PC15/OSC32端)分别连接晶振Y1的一脚，3脚和4脚分别连接电容C6和C5到地；微控制器U2的5和6脚分别连接晶振Y2和R22的一脚，5脚(PD0/OSCIN端)和6脚(PD1/OSCOUT端)分别连接电容C10和C11到地，微控制器U2的正常运行提供稳定的时钟信号。微控制器U2的7脚(NRST端)通过电阻R14上拉，通过开关K1和电容C14连接到地，为微控制器U2提供上电复位和按键复位。电容C7、电容C8、电容C9、电容C12、电容C13和电容C15分别连接于3.3V电源和地之间，用于微控制器U2的储能和滤波，为微控制器U2的正常运行提供稳定的电源。微控制器U2的30脚(PB11/I2C2-SDA/U3-RX端)连接C16到地。
一种手持式胶体金读卡仪的工作过程如下：
智能终端开机后，自动开启对应应用软件，开启后可通过提前设置好的账号密码或指纹进行登录，进入检测前需要刷身份证进行身份验证。将待测试纸卡放置到卡槽中，应用软件控制闪光灯在检测时为待测试纸卡提供光源，控制摄像头对待测试纸卡进行拍照，并将图像传送至应用软件，应用软件根据特定的计算方法和门限值判断出待测物的阴阳性；
智能终端应用软件进行检测和结果显示，控制打印机打印检测结果和合格证，智能终端接收身份识别模块识别到的身份证信息并验证其合法性，智能终端接收指纹识别模块识别到的指纹信息并验证其合法性，控制开关控制模块开启或关闭身份识别模块。
综上，该发明针对常规读卡仪器体积大的缺陷，设计一款基于光学和电学检测方法的手持式胶体金读卡仪，该仪器具有体积小巧、携带方便、检测速度快、结果可实时输出、检测费用低等优点，同时具备检测软件登录身份验证和检测过程身份验证，确保仪器的使用、检测结果和合格证数据的安全性；可用于违禁添加、兽药残留、农药残留、生物毒素等食品中常见有害物质的检测，可为农产品、水产品和其他食品提供快捷方便的检测手段，可广泛应用于食用农产品供应、加工和监督等场合
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手持式胶体金读卡仪，其特征在于：包括USB拓展器、开关控制模块、身份识别模块、指纹模块和安装有应用程序的智能终端；
智能终端上设置有用于获取试纸卡信息的摄像头；身份识别模块和开关控制模块连接；开关控制模块、指纹模块均通过USB拓展器和智能终端连接；智能终端还与溯源系统连接；
开关控制模块，用于接收来自智能终端的控制指令，并根据控制指令开启或关闭身份识别模块；
身份识别模块，用于获取用户的身份信息；
指纹模块，用于读取用户的指纹信息，并将指纹信息发送至智能终端进行指纹信息验证，验证通过，登录应用程序。
2.根据权利要求1所述手持式胶体金读卡仪，其特征在于：身份识别模块包括依次连接的刷卡模块和安全模块；
刷卡模块，用于读取用于的身份证信息，并将身份证信息传输到安全模块；
安全模块，用于对身份证信息进行解码，并将解码后的信息发送至智能终端进行身份信息验证、存储和显示，验证通过，智能终端进行检测操作。
3.根据权利要求1所述手持式胶体金读卡仪，其特征在于：还包括外部充电接口；外部充电接口通过USB拓展器和智能终端连接。
4.根据权利要求1所述手持式胶体金读卡仪，其特征在于：智能终端包括通信模块；通信模块包括移动通信网络单元、WIFI和蓝牙；智能终端通过移动通信网络单元或WIFI与溯源系统连接；智能终端通过蓝牙和打印机连接。
5.根据权利要求1所述手持式胶体金读卡仪，其特征在于：智能终端是手机、平板中的一种。
6.根据权利要求1所述手持式胶体金读卡仪，其特征在于：开关控制模块的型号为STM-O/F-01；指纹模块的型号为FPC1021AM；身份识别模块的型号为RD-1802。
7.根据权利要求1所述手持式胶体金读卡仪，其特征在于：开关控制模块包括第一插座电路、第二插座电路、身份识别模块控制电路、电源转换电路、下载器电路和控制器电路；第一插座电路、第二插座电路、身份识别模块控制电路、电源转换电路、下载器电路均和控制器电路连接；控制器电路包括微控制器，控制器电路的型号为STM32F401。
8.根据权利要求7所述手持式胶体金读卡仪，其特征在于：开关控制模块包括第一插座电路、第二插座电路、身份识别模块控制电路、电源转换电路、下载器电路和控制器电路；
第一插座电路包括插座P1和电阻R1；插座P1的电源端和5V电源连接，插座P1的数据端和控制器电路连接，插座P1的数据端D+还通过电阻R1和3.3V电源连接；
第二插座电路包括插座P2、插座P3、电阻R2、电阻R3和电阻R4；插座P2的电源端和5V电源连接，插座P2的数据端D-通过电阻R2和插座P3连接；插座P2的数据端D+通过电阻R3和插座P3连接；插座P2的数据端D+还通过电阻R4和3.3V电源连接；插座P2的接地端和插座P3的接地端均连接至地；
身份识别模块控制电路包括MOS管Q1、三极管Q2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；MOS管Q1的源极和5V电源连接，MOS管Q1的栅极通过电阻R5和5V电源连接，MOS管Q1的栅极还通过电阻R6和三极管Q2的集电极连接，MOS管Q1的漏极和5V电源连接，三极管Q2的基极通过电阻R7和控制器电路连接，三极管Q2的基极还通过电阻R8和三极管Q2的发射极连接，三极管Q2的发射极还连接至地；
电源转换电路包括电源转换芯片U1、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；电源转换芯片U1的电源输入端Vin和5V电源、电容C1的一端、电容C3的正极均连接，电容C1的另一端、电容C3的负极均连接至地，电源转换芯片U1的接地端GND连接至地，电源转换芯片U1的电源输出端Vout和3.3V电源、电容C2的一端、电容C4的正极均连接；电源转换芯片U1的TAB端和电容C2的一端连接；电容C2的另一端、电容C4的负极均连接至地；
下载器电路包括插座P6、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；插座P6的1端通过电阻R9和2端连接，插座P6的1端还和3.3V电源连接，插座P6的3端通过电阻R10和4端连接，插座P6的4端还连接至地；电阻R11的一端和3.3V电源连接，电阻R11的另一端和控制器电路连接；电阻R12的一端连接至地，电阻R12的另一端和控制器电路连接；
控制器电路包括微控制器U2、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、晶振Y1、晶振Y2、开关K1、电阻R13、电阻R14和电阻R15；
微控制器U2的PC14/OSC32端和PC15/OSC32端通过晶振Y1连接，晶振Y1的一端通过电容C6连接至地，晶振Y1的另一端通过电容C5连接至地，微控制器U2的PD0/OSCIN端和PD1/OSCOUT端通过晶振Y2连接，晶振Y2的两端还通过电阻R13连接，晶振Y2的一端还通过电容C10连接至地，晶振Y2的另一端通过电容C11连接至地，电容C8的正极、电容C9的一端均和3.3V电源连接，电容C8的负极、电容C9的另一端连接至地，微控制器U2的VSSA端、第一VSS端连接至地，微控制器U2的VDDA端、第一VDD端和3.3V电源连接，微控制器U2的PB2/BOOT1端和电阻R11的另一端连接，微控制器U2的PB11/I2C2-SDA/U3-RX端通过电容C16连接至地，电容C13的一端、电容C14的一端均和3.3V电源连接，电容C13的另一端、电容C14的另一端均连接至地，电阻R14的一端均和3.3V电源连接，电阻R14的另一端和微控制器U2的NRST端连接，电阻R14的另一端还通过开关K1连接至地，电阻R14的另一端还通过电容C14连接至地，微控制器U2的第二VSS端、第二VDD端还通过电容C7连接，电容C7的一端均和3.3V电源连接，电容C7的另一端连接至地，微控制器U2的BOOT0端和电阻R12的另一端连接，微控制器U2的PA14/JTCK/SWCLK端和插座P6的3端连接，微控制器U2的第三VSS端、第三VDD端还通过电容C12连接，电容C12的一端均和3.3V电源连接，电容C12的另一端连接至地，微控制器U2的PA13/JTMS/SWDIO端、PA12/CAN-TX/USBDP/TIM1-ETR端、PA11/CAN-RX/USBDM/TIM1-CH4端分别和插座P6的2端、插座P1的数据端D+、插座P1的数据端D-连接，微控制器U2的PA10/U1-RX/USBDM/TIM1-CH3端通过电阻R15连接至地，微控制器U2的PB12/SPI2-NSS/I2C2-SMBAI/TIM1-BKIN端和电阻R7的一端连接。
9.基于权利要求1-8任一项所述手持式胶体金读卡仪的检测方法，其特征在于：
智能终端开机后，开启对应应用程序，获取用户的账号密码或指纹信息进行登录；
进入检测前获取用户的身份证信息进行身份验证；
将待测试纸卡放置到卡槽中，控制摄像头对待测试纸卡进行拍照，智能终端根据预设计算方法和门限值判断出待测试纸卡的阴阳性；
智能终端对待测试纸卡的阴阳性进行显示。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：还包括指纹模块读取用户的指纹信息，并将指纹信息发送至智能终端进行指纹信息验证，验证通过，登录应用程序；
开关控制模块接收来自智能终端的控制指令，并根据控制指令要求开启身份识别模块；身份识别模块获取用户的身份证信息，并将身份证信息发送至智能终端，智能终端验证身份证信息的合法性，验证通过，智能终端进行检测操作。
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