CN204650540U - 基于Arduino技术的实验室智能手持终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Arduino技术的实验室智能手持终端，它包括基于Arduino技术的控制模块，所述控制模块具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端；条形码扫描模块，其信号输出端连接控制模块的扫描信号输入端；触屏显示模块，所述触屏显示模块的信号输入端连接控制模块的显示输出端，其指令输出端连接控制模块的指令输入端；电源模块，所述电源模块的电源输出端通过电源转换模块的分别连接控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块的电源输入端。本实用新型结构简单、操作方便，且携带方便，极大地提高了实验设备管理的工作效率，且避免了人为错误的出现。本实用新型适用于高校实验室的实验设备管理。

Description

基于Arduino技术的实验室智能手持终端

技术领域

本实用新型属于实验室设备管理装置领域，涉及一种基于Arduino技术的实验室智能手持终端。

背景技术

高校实验室设备是高校从事教学、科研及新产品开发的重要物质资源, 它的管理好坏直接影响学校教育是否能够正常开展。现有技术中，大部分高校还采用传统的人工操作模式对实验室设备进行管理，即对已有的实验设备信息、使用情况等信息进行人工登记，登记工作繁琐，且效率极低。同时，传统的管理中人工登记的设备标签只能标示设备的名称、型号、规格及购期等信息，且此类标签易篡改且无法动态更新，导致实验设备管理混乱，而且容易出错导致设备管理不到位，不利于实验室科研教学的正常开展，更不利于当前高校开放实验室的要求，降低了实验设备的利用率，进而影响高校的教育质量。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型提供了一种基于Arduino技术的实验室智能手持终端，具有使用简单，操作方便的优势，能够极大提高实验设备管理工作的统筹效率。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于Arduino技术的实验室智能手持终端，它包括

用于作为控制中心、基于Arduino技术的控制模块，所述控制模块具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端；

用于扫描实验设备对应的条形码信息的条形码扫描模块，其信号输出端连接控制模块的扫描信号输入端；

用于外部信息输入并进行显示的触屏显示模块，所述触屏显示模块的信号输入端连接控制模块的显示输出端，其指令输出端连接控制模块的指令输入端；

用于作为电源动力的电源模块，所述电源模块的电源输出端通过电源转换模块分别连接控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块的电源输入端。

作为对本实用新型的限定：它还包括用于将实验设备信息写入实验设备上的控制器件内，或读取实验设备上控制器件信息的RFID读写模块，所述RFID读写模块连接控制模块的信息读写端；

用于与实验设备上的控制器件进行通信的通信模块，所述控制模块通过通信模块与实验设备上的控制器件相连接。

作为对控制模块的限定：所述控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口；所述触屏显示模块为串行、电容型显示屏。

作为对本实用新型的另一种限定：所述RFID读写模块为MF RC522芯片；所述通信模块为XBee模块；所述条形码扫描模块采用核心为Vancode M1206芯片的扫描模块。

作为对本实用新型电源模块及电源转换模块的限定：所述电源模块为锂电池；

所述电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块等。

作为对本实用新型中充电电路及电压转换电路的限定：所述充电电路包括CN3052A芯片及其外围电路；所述电压转换电路包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第一转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第二转换电路。

对本实用新型还有一种限定：它还包括外置天线接口和USB接口，所述外置天线接口与USB接口均与控制模块相连。

由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本实用新型通过条形码扫描模块直接对实验设备上的条形码直接扫描就可以得到实验设备的信息，无需人工输入，极大地提高了实验设备管理的工作效率，降低了工作人员的工作量，同时避免了人为因素而出现的抄写错误；

（2）本实用新型的条形码扫描模块既可以实现传统的条码标签的信息录入，又可对普通设备的条形码信息进行采集，兼容性高、应用场合多；

（3）本实用新型设有触屏显示模块，工作人员可以通过该模块进一步对设备进行归类管理，例如通过该输入实验设备的类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码等，令试验设备的管理工作更为精确；

（4）本实用新型设有RFID读写模块和通信模块，可以对实验设备上设置的控制器内的信息进行写入和读取，配合实验设备上的控制能够对实验设备进行定位，在需要使用该实验设备时，能够精确地找到设备，且本实用新型与设于实验设备上的控制器的通信可通过RFID读写模块和Xbee网络通过无线方式实现，延长了RFID读写距离，方便快捷，大大提高工作效率；

（5）本实用新型还设有外置天线接口，提高无线发射和接收功率，实现网络信号较弱时能够提供稳定的组网；且设有USB接口，能够识别外部USB设备，令本实用新型功能更加完善；

（6）本实用新型的条码扫描模块为性价比较高的OEM模块产品Vancode M1206扫描模块，该模块景深距离为4-60cm，具有开放式系统架构，易于进行功能配置和升级；

控制模块为Arduino Uno控制模块，该模块的处理核心为ATmega2560芯片，该芯片为开源平台，且具有多路串行通信接口、数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出）和模拟输入口，串口及I/O资源丰富，降低了开发难度，并使该模块产品化成本大大降低；

而触屏显示模块采用电容触屏，串行液晶屏，I/O资源占用少，交互性好、速度快、可靠性高；

通信模块为Xbee模块，该模块工作于协调器模式，实现所有XBEE节点网络的管理功能，模块内置定位协议及定位算法，可以实时判断设备节点所处的相对位置，以便高效确定所需实验设备的位置；Xbee模块工作于2.4GHz ISM频段，降低开发成本和开发周期；且Xbee模块采用CSMA通信机制，保证了数据通信的可靠性；而Xbee数据传输采用CRC数据包完整性校验、AES-128加密算法及直序列展频技术，确保整个传输阶段的安全性，提高了抗干扰特性和保密性内嵌Xbee模块，同时Xbee模块与所有设备识别及定位节点采用ZIGBEE实现组网，克服了蓝牙及WIFI组网的局限性。

综上所述，本实用新型结构简单、操作方便，且携带方便，极大地提高了实验设备管理的工作效率，且避免了人为错误的出现。

本实用新型适用于高校实验室的实验设备的管理。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例的原理框图；

图2为本实用新型实施例除去电源模块的电路原理图；

图3为本实用新型实施例电源模块的电路原理图。

具体实施方式

实施例   基于Arduino技术的实验室智能手持终端

本实施例提供了一种基于Arduino技术的实验室智能手持终端，结构如图1所示，包括：

（一）基于Arduino技术的控制模块，用于作为本实施例的控制中心，其具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端。本实施例的控制模块如图2所示，采用现有技术中的Arduino UNO模块，其核心为ATmega2560芯片U1，该芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出）和模拟输入。并通过串行口及SPI接口控制并协调管理下述的XBee模块、RFID读写模块及条形码扫描模块，读取XBee模块、RFID读写模块及条形码扫描模块工作状态，并向这三个模块发送定位、启动、数据传送等控制指令。

（二）条形码扫描模块，用于扫描实验设备上对应的条形码信息，其信号输出端连接控制模块的扫描信号输入端。本实施例的条形码扫描模块如图2所示，采用现有技术中的条形码扫描器U2，直接对实验设备上的条形码进行扫描获得实验设备条形码中携带的信息，并将获得的信息发送过控制模块进行存储。

（三）触屏显示模块，用于工作人员外部输入信息并进行显示，得到所述触屏显示模块的信号输入端连接控制模块的显示输出端，其指令输出端连接控制模块的指令输入端。本实施例中触屏显示模块采用现有技术中的3.5英寸串行触屏显示模块U3，触屏类型为电容屏，其与控制模块的具体连接方式如图2所示。

（四）电源模块，用于作为电源动力为上述各个模块供电，所述电源模块的电源输出端通过电源转换模块分别连接控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块的电源输入端。

本实施例中的电源模块为DC7.2V的锂电池。所述电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块等。

本实施例中的充电电路如图3所示，包括CN3052A芯片U4及其外围电路；所述电压转换电路如图3所示，包括AP1509-5.0芯片U5与外围元器件构成的第一转换电路和AS1117-3.3V芯片U6与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，经过第一转换电路的转换后，将锂电池的7.2V电压转换成5.0V直流电压输出，同时第一转换电路的输出端还连接AS1117-3.3芯片构成的第二转换电路，而第二转换电路将第一转换电路输出的5V电压转换成3.3V电压输出。

此外，为了完善本实施例，所述电源模块如图2、图3所示，还包括电源开关，以及电源指示电路，所述电源开关能够控制电源，电源指示电路用于对本实施例的工作状态进行指示，所述电源指示电路包括LED发光二极管LED1，所述LED发光二级管LED1串接在第二转换电路输出端与地之间。

（五）RFID读写模块，用于将实验设备信息写入实验设备上的控制器件内，或读取实验设备上控制器件内存储的信息。本实施例的RFID读写模块式是为了更加完善本实施而设置的，设置该模块后需要实验设备上也设置一个能够与该模块进行通信的控制器，该控制器通过自身携带的RFID标签模块与本实施例的RFID读写模块相连接。主要功能是实现对设备识别及定位节点RFID读写模块（例如设备类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码）的读和写操作。本实施例的RFID读写模块采用RFID MF RC522模块实现，工作于读写器全功能状态。所述RFID MF RC522的供电电压为3.3V，该模块的核心读卡芯片为MFRC522芯片U7， MFRC522芯片U7的工作频率为13.56MHz，芯片内部集成了13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持14443A兼容应答器信号及快速CRYPTO1加密算法。MFRC522芯片U7支持MIFARE系列非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。RFID MF RC522模块通过SPI接口实现与Arduino模块的连接。具体工作为，本实施例的RFID读写模块能够将条形码扫描模块扫描的实验设备信息写入到对应的实验设备上设置的控制器的RFID标签模块内，同时当需要对具体设备进行定位时， 本实施例的RFID读写模块能够直接从该RFID标签模块内读取设备信息，完成对设备的定位。

（六）通信模块，用于将本实施例的控制模块与实验设备上的控制器件进行通信，所述控制模块通过通信模块与实验设备上的控制器件相连接。本实施例的通信模块如图2所示，为XBee模块U8，其功能为实现实验室内部所有设备管理模块间的相对定位、组网及数据传输。本实施例的Xbee模块U8工作于协调器工作模式，Xbee模块U8内置Zigbee协议栈，该模块支持低成本的独特需求及低功耗无线传感器网络，模块工作只需很小的功率，就能保证远程设备之间数据传输的可靠性。且本实施例的XBee模块U8工作在ISM2.4GHz频段，通过串行口实现与Arduino模块的通信，数据传输通过AT命令实现。

为了进一步完善本实施例，如图2所示，本实施例还设有用于对XBee模块U8处于组网和通信的工作状态进行显示的组网指示灯LED2和通信指示灯LED3，当XBee模块U8处于通信状态时，通信指示灯LED3点亮；而当XBee模块U8处于组网状态时，组网指示灯LED2点亮。

（七）外置天线接口，用于网络信号较弱时提高本实施例的发射和接收功率，以保证网络稳定和数据可靠传输。本实施例中采用现有技术中的外置天线接口Y即可，所述外置天线接口Y直接连接控制模块的通信端。

USB接口，用于外插入USB设备，增强本实施例的功能，本实施例中直接采用现有的USB接口即可。

本实施例的具体工作原理为：打开电源开关，电源指示灯亮，系统启动，加载各模块驱动程序及初始参数，加载运行实验室设备管理软件；然后通过条形码扫描模块读取传统的旧标签或新购入的实验设备上的条形码，对实验设备进行识别，完成设备条形码的信息录入，同时，工作人员还通过触屏显示模块将实验设备的其他信息录入到控制模块中，最终完成对实验设备的信息管理。

由于本实施例设有RFID读写模块和通信模块，因此可以对实验设备进行定位处理，具体需要与实验设备上设置的控制器相配合实现：首先本实施例的Xbee模块U8启动，组网指示灯LED2亮，本实施例的Xbee网络初始化，同时对设备上的控制器的Xbee节点扫描，本实施例中的Xbee模块U8工作于协调器方式，该模块向所有设备上的控制器广播发送Xbee节点扫描指令，节点响应后，读取网络范围内所有Xbee节点的MAC地址，在本实施例上完成所有设备控制器的注册，创建网络拓扑关系，完成组网工作；然后通过本实施例的触屏显示模块编辑网络范围内扫描到的各个实验设备的信息，信息包括设备类型、购买时间、价格、运行状态、设备位置代码及采集的设备条形码信息，通过RFID读写模块和Xbee模块U8将编辑好的设备信息写入设备上的控制器内的RFID标签中；最后，由于本实施例的Xbee模块U8内置定位协议及定位算法，可以实时判断设备节点所处的相对位置，因此，工作人员只需要启用本实施例上的定位功能，Xbee 模块U8将该定位指令发送给被定位的设备控制器，被定位设备的控制器接收该指令后即发出声光提示，完成实验设备的定位。

此外，依靠本实施例与实验设备上控制器间的相互配合，能够实现实验设备信息的实时更新及查看：当实验设备信息发生变化时，通过触屏显示模块在本实施例上完成对实验设备信息的更新，然后通过Xbee网络将更新的信息同步至对应的设备上的控制器内；而当本实施例由于程序跑飞等原因死机时，通过复位按钮完成软件重启；同时，由于本实施例还设有外置天线，因此当距离较远网络信号较弱时，可以通过外接天线方式提高发射和接收功率，以保证网络稳定和数据可靠传输。

Claims (7)

1.一种基于Arduino技术的实验室智能手持终端，其特征在于：它包括

用于作为控制中心、基于Arduino技术的控制模块，所述控制模块具有扫描信号输入端、信息读写端、显示输出端、指令输入端、电源输入端；

用于扫描实验设备对应的条形码信息的条形码扫描模块，其信号输出端连接控制模块的扫描信号输入端；

用于外部信息输入并进行显示的触屏显示模块，所述触屏显示模块的信号输入端连接控制模块的显示输出端，其指令输出端连接控制模块的指令输入端；

用于作为电源动力的电源模块，所述电源模块的电源输出端通过电源转换模块分别连接控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块的电源输入端。

2.根据权利要求1所述的基于Arduino技术的实验室智能手持终端，其特征在于：它还包括用于将实验设备信息写入实验设备上的控制器件内，或读取实验设备上控制器件信息的RFID读写模块，所述RFID读写模块连接控制模块的信息读写端；

用于与实验设备上的控制器件进行通信的通信模块，所述控制模块通过通信模块与实验设备上的控制器件相连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于Arduino技术的实验室智能手持终端，其特征在于：所述控制模块采用处理器核心为ATmega2560芯片的Arduino UNO控制模块，所述ATmega2560芯片具有多路串行通信接口、数字输入/输出口，以及模拟输入口；所述触屏显示模块为串行、电容型显示屏。

4.根据权利要求2所述的基于Arduino技术的实验室智能手持终端，其特征在于：所述RFID读写模块为MF RC522芯片；所述通信模块为XBee模块；所述条形码扫描模块采用核心为Vancode M1206芯片的扫描模块。

5.根据权利要求1、2、4中任意一项所述的基于Arduino技术的实验室智能手持终端，其特征在于：所述电源模块为锂电池；

所述电源转换模块包括用于为锂电池充电的充电电路，以及将锂电池的电压转换为满足其他模块电压的电压转换电路，所述充电电路的电源输入端用于与外界220V交流电相连接，电源输出端连接锂电池的正负极；所述电源转换电路的输入端连接锂电池的正负极，输出端连接所述的控制模块、条形码扫描模块、触屏显示模块、RFID读写模块、通信模块的电源端。

6.根据权利要求5所述的基于Arduino技术的实验室智能手持终端，其特征在于：所述充电电路包括CN3052A芯片及其外围电路；所述电压转换电路包括AP1509-5.0芯片与外围元器件构成的第一转换电路和AS1117-3.3V芯片与外围元器件构成的第二转换电路，所述AP1509-5.0芯片构成的第一转换电路电压输入端连接锂电池的正负极，电压输出端输出5.0V直流电，同时还连接AS1117-3.3芯片构成的第二转换电路。

7.根据权利要求1、2、4、6中任意一项所述的基于Arduino技术的实验室智能手持终端，其特征在于：它还包括外置天线接口和USB接口，所述外置天线接口与USB接口，均与控制模块相连。