CN204390568U - 一种多功能射频识别模块教学实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及物联网教育系统中射频识别通信技术的应用与开发，是一种多功能射频识别模块教学实验系统。本实用新型包括一块主控制板、相关基础实验所需外设、不同频段通信模块及接口电路。其中，主控制板对主控芯片外围电路及内部指令进行了优化，并在主控制板上将多个频段射频识别模块的接口电路进行有效的进行融合。系统外设涵盖了主控芯片所能承担的全部功能接口。同时，该实验系统将各种不同频段的射频识别通信模块采用“积木式”进行组合，便于学习者进行有针对性和选择性学习，系统扩展性强；其中，低频通信模块均采用分离元件搭建发射和接收部分电路，便于学习者深刻理解与掌握数字量与模拟量间转换原理。
Description
技术领域
本实用新型涉及物联网教育系统中射频识别(Radio Frequency Identification简称RFID)通信技术的应用与开发，该实用新型从RFID具体应用入手，并结合实际项目开发了一套有助于学习者进行探讨性学习和研究的教学实验系统。
背景技术
随着物联网行业的蓬勃发展基于RFID技术的信息装置也成为热点领域。当前RFID技术主要有以下几类：低频RFID：主要指工作频率在125-134kHz范围内的低频RFID标签，主要用在射频识别及存储一些简单的数据，操作距离一般在10厘米左右；高频RFID：主要指工作频率在13.56MHz的高频标签；这种频段的射频设备，已经广泛应用于在人们的生活中，如：地铁票、城市一卡通以及第二代居民身份证；超高频RFID：根据ISO/IEC18000-6的国际标准规定，超高频工作频段是指860-960MHz区间，而各个国家的具体频段可能有些不同，该频段设备主要应用于桥梁、高速公路等不停车自动收费系统的应用，传输距离5-10米；微波频段：该频段主要指工作在2.4GHz的应用，该频段的无源卡识别技术正在探索中。
上述基于RFID技术的通信装置，均以成型的商品出现，而且更多的是集成应用。这些产品作为学生的设计开发与学习均存在一定局限性，为了让学生 更好地了解和掌握各个RFID频段的运行原理及应用领域，本实用新型中阐述了一种多功能射频识别模块教学实验系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，主要解决现有基于RFID技术的通信装置集成度高不利于初学者学习与运用，因此开发一种多功能射频识别模块教学实验系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：设计一种多功能射频识别模块教学实验系统，所述的实验系统包括一块以CIP-51系列中央处理器作为主控芯片的主控制板、辅助主控板完成操作的外设接口电路、不同频段通信模块及接口电路；其中主控制板包括，一颗中央处理器、一组按键开关接口电路作为外部输入接口、一个高速振荡器做外部系统时钟、一块继电器控制电路、两个扩展中断系统且每个系统连接一个读卡器，通过增加两个扩展中断系统可为中央处理器提供16个中断源，而传统CIP-51系列中央处理器仅有7个中断源；两个串行通信接口分别为485接口和串行通用接口、两块外部存储器分别用于储存刷卡记录和有效卡号记录。
所述的一种多功能射频识别模块教学实验系统，所述的主控制板中高速振荡器内部可提供4倍时钟乘法器，为串行通用接口提供时钟源；主控制板中程序存储器不需特殊的供电电压。
所述的一种多功能射频识别模块教学实验系统，所述的不同频段通信模块中低频通信模块的电路均采用分离元件搭建发射和接收部分电路。
本实用新型具有如下的有益效果：
针对该实验系统将各种RFID通信模块采用“积木式”进行组合，便于学习者对多种多频段通信方式进行有针对性和选择性学习，基于该实验系统开发的实验箱硬件成本低，扩展性强；该实验系统低频通信模块均采用分离元件搭建发射和接收部分电路，便于学习者通过示波器观察到波形变化，深刻理解模拟信号与数字信号之间的转换原理；同时，该系统还能够针对433MHz频段实现无线自组网连接；主控制板所采用的主控芯片进行了指令及外围电路优化，提高了整体装置的执行效率；主控制板中将多个频段的RFID模块的接口电路进行有效的进行融合。
附图说明
图1为实验箱布局图；其中，
1实验箱供电电源；2串行通信接口；3基础实验所需外设；4TLY680模块；5TLY EM200模块；6TLY433模块；72.4寸TFT液晶屏；8主控器；9主控器调试接口；10125kHz RFID读卡模块；11POS机按键键盘及显示部分。
图2为实验系统中主控制板硬件设计原理图；
图3为主控芯片管脚定义图；
图4(a)为LED显示灯驱动电路；
图4(b)为外部系统时钟模块电路；
图4(c)为串行外设接口电路；
图4(d)为可编程计数器阵列；
图4(e)为模拟量数字量转换器；
图4(f)为脉宽调制电路；
图4(g)为系统管理总线电路；
图5为实验系统低频部分电路原理图；
图6为实验箱TFT显示屏驱动电路；
图7为实验箱POS机按键电路；
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
本实用新型是一种多功能射频识别模块教学实验系统。针对该教学实验系统的功能，建立了一台实验箱，图1所示为该实验箱布局图。其中，该教学实验系统的电源由实验箱内部自带AC-DC稳压器提供，该稳压器将普通220V交流电转换为9V置流电。
该实验系统中主控制板采用C8051F340作为主控芯片，通过主控制板上的扩展跳线帽接口与根据实验系统需要模块用跳线帽相连，主控芯片调试接口采用JTAG口，两个串行通信口分别为485接口和USB接口。该实验系统中主控制板硬件设计原理图，如图2所示。其中，C8051F340的管脚定义如图3所示；按键开关接口电路可以与实验箱中POS机按键相连。
该实验系统中基础实验外设包括以下内容：LED显示灯驱动电路，其原理图如图4(a)所示；外部系统时钟模块，其原理图如图4(b)所示；串行外设接口(Serial Peripheral Interface简称SPI)，其原理图如图4(c)所示；可编程计数器阵列(Programmable Counter Array简称PCA)，其原理图如图4(d)所示；模拟量数字量转换器(Analog and Digital Converter简称ADC)，其原理图如图4(e)所示；脉宽调制(Pulse Width Modulation简称PWM)模块，其原理图如图4(f)所示；系统管理总线(System Management Bus简称SMBUS)，其原理图如图4(g)所示。
具体实施例中实验箱包括以下通信模块：TLY680模块可对读写频率为13.56MHz的MIFARE系列卡及相关兼容卡进行操作；TLY EM200模块可对读写频率为125kHz的EM系列只读感应式ID卡以及TK系列ID卡(TK系列卡是一种采用CMOS集成电路微芯片制作而成的智能卡)；TLY433模块为一个频率433MHz有源无线通信模块。
本实用新型所述的实验系统低频部分电路原理图，如图5所示。
具体实施例中实验箱中2.4寸TFT液晶屏的像素为320＊240，其电路原理图如图6所示；POS机按键键盘及显示部分为用户提供加减运算、按键消费等操作，其原理图如图7所示。
针对该实验系统所设计的实验箱可完成如下实验项目：
1、125kHz TLY EM200模块应用实验，具体操作步骤如下：
第1步：给实验箱通上电源，选择125kHz TLY EM200模块进行学习；
第2步：对主控制器代码程序进行编译、下载。
第3步：使用EM4100卡向模块EM200正上方靠近，尽量贴近模块EM200；每次刷卡结束，模块的灯都会两色交叉的亮一次，蜂鸣器会响一次，同时卡号会通过串口输出。
2、13.56MHz TLY680模块应用实验，具体操作步骤如下：
第1步：给实验箱通上电源，选择13.56MHz TLY680模块进行学习；
第2步：对主控制器代码程序编译与下载；
第3步：通过计算机的终端串口调试软件，将模块的执行命令发送给TLY680模块；执行命令包括：获取卡版本号命令、防碰撞命令、选择命令、寻卡命令、读卡内容命令、写卡内容命令、停止命令。
第4步：对Mafair one S50卡进行寻卡、防碰撞、选择以及读写卡操作。
3、利用13.56MHz TLY680模块进行POS机使用学习
该实验是基于13.56MHz TLY680模块的学习升级，需要增加的硬件电路部分有键盘电路、显示电路、存储电路和时钟电路等。POS机操作过程中，首先需要注册会员卡(有效卡)，然后进行充值、消费等操作，同时后台还可以进行消费记录存储。
4、2.4GHz无线键盘的学习
该实验选用2.4GHz通信模块作为学习对象。由于2.4GHz模块作为有源模块需要一个发送端和一个接收端，可通过实验箱上面的键盘自定义两个特殊按键值进行操作，一个作为发送端，另一个作为接收端接到电脑USB接口，最后通过实验箱上的模拟键盘实现字符的输入。
综上所述，针对该实验系统开发的实验箱，有助于初学者掌握门禁系统，POS机刷卡系统，以及城市一卡通系统的原理。
Claims (3)
1.一种多功能射频识别模块教学实验系统，其特征在于，包括一块以CIP-51系列中央处理器作为主控芯片的主控制板、辅助主控板完成操作的外设接口电路、不同频段通信模块及接口电路；其中主控制板包括，一颗中央处理器、一组按键开关接口电路作为外部输入接口、一个高速振荡器做外部系统时钟、一块继电器控制电路、两个扩展中断系统且每个系统连接一个读卡器，通过增加两个扩展中断系统可为中央处理器提供16个中断源，而传统CIP-51系列中央处理器仅有7个中断源；两个串行通信接口分别为485接口和串行通用接口、两块外部存储器分别用于储存刷卡记录和有效卡号记录。
2.根据权利要求1所述的一种多功能射频识别模块教学实验系统，其特征在于，所述的主控制板中高速振荡器内部可提供4倍时钟乘法器，为串行通用接口提供时钟源，主控制板中程序存储器不需特殊的供电电压。
3.根据权利要求1所述的一种多功能射频识别模块教学实验系统，其特征在于，所述的不同频段通信模块中低频通信模块的电路均采用分离元件搭建发射和接收部分电路。
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