CN219143478U - 一种带显示的半有源nfc卡片装置 - Google Patents

Abstract

一种带显示的半有源NFC卡片装置，包括用于NFC读写和屏幕刷新的STM32主控电路、用于I²C总线和射频通信及能量捕获的NFC电路、电子墨水屏、通过电擦写实现电子墨水屏屏幕刷新的电子墨水显示电路和用于供电的电源管理电路，所述STM32主控电路分别与所述NFC电路、电子墨水显示电路连接，所述电子墨水显示电路与电子墨水屏连接，所述NFC电路、所述电子墨水显示电路和所述STM32主控电路均与电源管理电路连接。本实用新型提供了一种带显示的半有源NFC卡片装置，具有无源正常显示、有源屏幕刷新、节能环保、通用性强、使用范围广泛、方便快捷等特点，既适合用作需高频更新的电子标签、非接触智能卡，也适用于大容量数据储存的场合。

Description

一种带显示的半有源NFC卡片装置

技术领域

本实用新型涉及NFC卡片技术领域，尤其是一种带显示的半有源NFC卡片装置。

背景技术

随着无线射频技术和互联互通技术的不断发展，近场通信(Near FieldCommunication,NFC)技术也开始成为了人们研究的热点。传统固定标签更新方式已不能满足现代社会标签快速更新的需求，如超市商品价格标签、公交站台显示站牌、病床病人信息牌、加油站油价显示牌等。一种基于NFC技术的电子化显示装置的出现可有效的解决上述痛点。为适应实际应用场合供电不便的情形，通常将电子标签做成无源NFC信息显示装置，通过与手机等NFC设备数据交互时获取能量，但由于手机等NFC设备通信时所传递的能量大小差异较大，有时往往无法驱动无源NFC显示装置正常工作。同时现有NFC电子标签普遍容量较低，不适合一些对数据储存量要求较大的应用场合，如环境监测数据和星历数据装订等。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种带显示的半有源NFC卡片装置，具有无源正常显示、有源屏幕刷新、无源有源自如切换、大容量、多用途等特点，既适合用作需高频更新的电子标签、非接触智能卡，也适用于一些对数据储存量要求较大的场合。

本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案是：

一种带显示的半有源NFC卡片装置包括用于NFC读写和屏幕刷新的STM32主控电路、用于I²C总线和射频通信及能量捕获的NFC电路、电子墨水屏、通过电擦写实现电子墨水屏屏幕刷新的电子墨水显示电路和用于供电的电源管理电路，所述STM32主控电路分别与所述NFC电路、电子墨水显示电路连接，所述电子墨水显示电路与电子墨水屏连接，所述NFC电路、所述电子墨水显示电路和所述STM32主控电路均与电源管理电路连接。

进一步，所述STM32主控电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一二极管、信号输入接口和主控芯片；

所述第一电阻的一端与所述主控芯片的1脚、电源3V3连接，另一端与所述主控芯片的4脚、第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一二极管的阴极、电源地GND连接，所述第一二极管的阳极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述主控芯片的8脚连接，所述主控芯片的5脚接电源3V3，所述主控芯片的9脚、10脚分别与所述NFC电路的NFC芯片的11脚、1脚连接，所述主控芯片的11-15脚分别与所述电子墨水显示电路的电子墨水显示接口的14脚、13脚、12脚、11脚、10脚连接，所述主控芯片的17脚接电源3V3，所述主控芯片的18脚与所述电子墨水显示接口的9脚连接，所述主控芯片的23脚、24脚分别与信号输入接口的3脚、2脚连接，所述主控芯片的29脚、30脚分别与所述NFC芯片的8脚、7脚连接，所述主控芯片的31脚与第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接电源地GND，所述主控芯片的2-3脚、6-7脚、16脚、19-22脚、25-28脚、32脚悬空。

再进一步，所述NFC电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、第三电容和NFC芯片；

所述第四电阻的一端与NFC芯片的1脚连接，所述第四电阻的另一端接电源地GND，所述第二电容的一端与NFC芯片的3脚、电源3V3连接，所述第二电容的另一端与NFC芯片的6脚、电源地GND连接，所述NFC芯片的4脚、5脚分别与NFC天线的两端连接，所述第五电阻的一端与NFC芯片的7脚连接，所述第五电阻的另一端与所述第三电容的一端、所述第六电阻的一端、所述第七电阻的一端、NFC芯片的12脚、电源3V3连接，所述第三电容的另一端接电源地GND，所述第六电阻的另一端与NFC芯片的8脚连接，所述第七电阻的另一端与NFC芯片的11脚连接，所述NFC芯片的2脚、9-10脚悬空。

再进一步，所述电子墨水显示电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第一电感、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一场效应管和电子墨水显示接口；

所述第八电阻的一端与电子墨水显示接口的4脚连接，所述第八电阻的另一端与第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端与第五电容的一端、电子墨水显示接口的8脚、电源地GND连接，所述第五电容的另一端与电子墨水显示接口的5脚连接，所述第六电容的一端与电子墨水显示接口的15脚、电源3V3连接，所述第六电容的另一端与第七电容的一端、第八电容的一端、第九电容的一端、第十电容的一端、第十一电容的一端、电源地GND连接，所述第七电容的另一端与电子墨水显示接口的19脚连接，所述第八电容的另一端与电子墨水显示接口的20脚连接，所述第九电容的另一端与电子墨水显示接口的22脚连接，所述第十电容的另一端与电子墨水显示接口的23脚、第二二极管的阳极连接，所述第十一电容的另一端与电子墨水显示接口的24脚连接，所述第二二极管的阴极与第十四电容的一端、第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极接电源地GND，所述第十四电容的另一端与第四二极管的阳极、第一电感的一端、第一场效应管的漏极连接，所述第四二极管的阴极与第十三电容的一端、电子墨水显示接口的21脚连接，所述第十三电容的另一端接电源地GND，第一电感的另一端与第十二电容的一端、电源3V3连接，所述第十二电容的另一端接电源地GND，所述第一场效应管的栅极与第九电阻的一端、电子墨水显示接口的2脚连接，所述第九电阻的另一端与第十电阻的一端、电源地GND连接，所述第十电阻的另一端与第一场效应管的源极、电子墨水显示接口的3脚连接，所述电子墨水显示接口的16脚、18脚接电源3V3，所述电子墨水显示接口的17脚接电源地GND，所述电子墨水显示接口的1脚、6-7脚悬空。

更进一步，所述电源管理电路包括第十五电容、第十六电容、第二电感、升压芯片、按键、纽扣电池和充电接口；

所述第十五电容的一端与第二电感的一端、按键的一端连接，所述第十五电容的另一端与升压芯片的1脚、第十六电容的一端、电源地GND连接，所述第二电感的另一端与升压芯片的2脚连接，所述第十六电容的另一端与升压芯片的3脚、电源3V3连接，所述按键的另一端与纽扣电池的正极、充电接口的2脚连接，纽扣电池的负极接电源地GND，充电接口的1脚接电源地GND。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用NFC芯片实现本装置和外部NFC设备间的非接触数据交互，即实现无线近场通信功能；采用通过电擦写实现屏幕刷新的电子墨水显示屏作为显示器，达到图像保持不耗电和图像更新才耗电的效果，而且电子墨水屏可任意调整字体大小、无辐射、无闪烁、高对比度、清晰易读；当NFC芯片所捕获的能量不足以驱动本装置正常工作时，可按下按键K1，接通纽扣电池，使装置能保持在有源状态下稳定运行；当纽扣电池电量不足时，可通过充电接口P2外接充电电路对纽扣电池进行充电，而无需拆卸装置更换电池；选用极低功耗贴片类型的STM32主控芯片、NFC芯片和升压芯片，有效降低能量消耗，且尽可能缩小装置体积；本装置所采用的NFC芯片含有64-Kbit EEPROM，EEPROM为带电可擦可编程只读存储器，可用于大容量数据储存的应用场合；本实用新型基于近场通信和电子墨水技术，利用无线耦合充电技术实现灵活供电，既可无线供电，亦可电池供电，通过NFC交互可非接触刷新本装置信息，且显示信息可长期保留，无需耗电，具有节能环保的优点。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构图。

图2是本实用新型的STM32主控电路的电路图。

图3是本实用新型的NFC电路的电路图。

图4是本实用新型的电子墨水显示电路的电路图。

图5是本实用新型的电源管理电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种带显示的半有源NFC卡片装置包括用于NFC读写和屏幕刷新的STM32主控电路、用于I²C总线和射频通信及能量捕获的NFC电路、电子墨水屏、通过电擦写实现电子墨水屏屏幕刷新的电子墨水显示电路、用于给STM32主控电路和NFC电路及电子墨水显示电路供电的电源管理电路，所述STM32主控电路分别与所述NFC电路、电源管理电路、电子墨水显示电路连接，所述电子墨水显示电路与电子墨水屏连接，所述NFC电路与所述电源管理电路连接，所述电子墨水显示电路与电源管理电路连接。

如图2所示，所述STM32主控电路：第一电阻R1的一端与主控芯片U1的1脚、电源3V3连接，另一端与主控芯片U1的4脚、第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端与第一二极管D1的阴极、电源地GND连接，第一二极管D1的阳极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与主控芯片U1的8脚连接，主控芯片U1的5脚接电源3V3，主控芯片U1的9脚、10脚分别与NFC电路的NFC芯片U2的11脚、1脚连接，主控芯片U1的11-15脚分别与电子墨水显示电路的电子墨水显示接口P3的14脚、13脚、12脚、11脚、10脚连接，主控芯片U1的17脚接电源3V3，主控芯片U1的18脚与电子墨水显示接口P3的9脚连接，主控芯片U1的23脚、24脚分别与信号输入接口P1的3脚、2脚连接，主控芯片U1的29脚、30脚分别与NFC芯片U2的8脚、7脚连接，主控芯片U1的31脚与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接电源地GND，主控芯片U1的2-3脚、6-7脚、16脚、19-22脚、25-28脚、32脚悬空。

如图3所示，所述NFC电路：第四电阻R4的一端与NFC芯片U2的1脚连接，第四电阻R4的另一端接电源地GND，第二电容C2的一端与NFC芯片U2的3脚、电源3V3连接，第二电容C2的另一端与NFC芯片U2的6脚、电源地GND连接，NFC芯片U2的4脚、5脚分别与NFC天线Antenna的两端连接，第五电阻R5的一端与NFC芯片U2的7脚连接，第五电阻R5的另一端与第三电容C3的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端、NFC芯片U2的12脚、电源3V3连接，第三电容C3的另一端接电源地GND，第六电阻R6的另一端与NFC芯片U2的8脚连接，第七电阻R7的另一端与NFC芯片U2的11脚连接，NFC芯片U2的2脚、9-10脚悬空。NFC芯片U2的型号为ST25DV64K。

如图4所示，所述电子墨水显示电路：第八电阻R8的一端与电子墨水显示接口P3的4脚连接，第八电阻R8的另一端与第四电容C4的一端连接，第四电容C4的另一端与第五电容C5的一端、电子墨水显示接口P3的8脚、电源地GND连接，第五电容C5的另一端与电子墨水显示接口P3的5脚连接，第六电容C6的一端与电子墨水显示接口P3的15脚、电源3V3连接，第六电容C6的另一端与第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第十电容C10的一端、第十一电容C11的一端、电源地GND连接，第七电容C7的另一端与电子墨水显示接口P3的19脚连接，第八电容C8的另一端与电子墨水显示接口P3的20脚连接，第九电容C9的另一端与电子墨水显示接口P3的22脚连接，第十电容C10的另一端与电子墨水显示接口P3的23脚、第二二极管D2的阳极连接，第十一电容C11的另一端与电子墨水显示接口P3的24脚连接，第二二极管D2的阴极与第十四电容C14的一端、第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极接电源地GND，第十四电容C14的另一端与第四二极管D4的阳极、第一电感L1的一端、第一场效应管Q1的漏极连接，第四二极管D4的阴极与第十三电容C13的一端、电子墨水显示接口P3的21脚连接，第十三电容C13的另一端接电源地GND，第一电感L1的另一端与第十二电容C12的一端、电源3V3连接，第十二电容C12的另一端接电源地GND，第一场效应管Q1的栅极与第九电阻R9的一端、电子墨水显示接口P3的2脚连接，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的一端、电源地GND连接，第十电阻R10的另一端与第一场效应管Q1的源极、电子墨水显示接口P3的3脚连接，电子墨水显示接口P3的16脚、18脚接电源3V3，电子墨水显示接口P3的17脚接电源地GND，电子墨水显示接口P3的1脚、6-7脚悬空。电子墨水显示接口P3的型号为FFC1。

如图5所示，所述电源管理电路：第十五电容C15的一端与第二电感L2的一端、按键K1的一端连接，第十五电容C15的另一端与升压芯片U3的1脚、第十六电容C16的一端、电源地GND连接，第二电感L2的另一端与升压芯片U3的2脚连接，第十六电容C16的另一端与升压芯片U3的3脚、电源3V3连接，按键K1的另一端与纽扣电池BAT1的正极、充电接口P2的2脚连接，纽扣电池BAT1的负极接电源地GND，充电接口P2的1脚接电源地GND。

本实用新型的工作过程如下：

首先，通过信号输入接口P1将程序烧写到STM32主控芯片中；

其次，对NFC卡片装置进行上电初始化；

再次，关闭电子墨水屏，STM32主控芯片进入低功耗休眠，此时仅有NFC芯片处于通信监听状态；若有NFC设备通过射频无线通信向NFC芯片的EEPROM中写入数据，此时NFC芯片的GPO引脚被拉低，当数据写入完成时，GPO引脚恢复高电平；STM32主控芯片根据NFC芯片的GPO引脚信号变化来判断是否有新数据进来和数据传输是否完成；当有新数据进来时，GPO引脚会产生一个写中断信号，STM32主控芯片将被唤醒；当数据传输完成时，STM32主控芯片通过I²C总线读取NFC芯片中的数据，并判断数据是否有效，若数据无效，则STM32主控芯片重新进入休眠，若数据有效，则STM32主控芯片解析数据后传送给电子墨水屏显示；当电子墨水屏显示刷新完成后，STM32主控芯片重新进入休眠；

最后，当NFC芯片所捕获的能量不足以完成上述屏幕刷新时，可按下按键K1，接通纽扣电池BAT1，升压芯片U3将电池电压升高到3.3V，供电给NFC电路、STM32主控电路和电子墨水显示电路，确保屏幕刷新顺利完成；若纽扣电池BAT1电压过低时，可通过充电接口P2外接充电电路进行充电。

Claims (5)

1.一种带显示的半有源NFC卡片装置，其特征在于：包括用于NFC读写和屏幕刷新的STM32主控电路、用于I²C总线和射频通信及能量捕获的NFC电路、电子墨水屏、通过电擦写实现电子墨水屏屏幕刷新的电子墨水显示电路和用于供电的电源管理电路，所述STM32主控电路分别与所述NFC电路、电子墨水显示电路连接，所述电子墨水显示电路与电子墨水屏连接，所述NFC电路、所述电子墨水显示电路和所述STM32主控电路均与电源管理电路连接。

2.如权利要求1所述的一种带显示的半有源NFC卡片装置，其特征在于：所述STM32主控电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一二极管、信号输入接口和主控芯片；

所述第一电阻的一端与所述主控芯片的1脚、电源3V3连接，另一端与所述主控芯片的4脚、第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一二极管的阴极、电源地GND连接，所述第一二极管的阳极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述主控芯片的8脚连接，所述主控芯片的5脚接电源3V3，所述主控芯片的9脚、10脚分别与所述NFC电路的NFC芯片的11脚、1脚连接，所述主控芯片的11-15脚分别与所述电子墨水显示电路的电子墨水显示接口的14脚、13脚、12脚、11脚、10脚连接，所述主控芯片的17脚接电源3V3，所述主控芯片的18脚与所述电子墨水显示接口的9脚连接，所述主控芯片的23脚、24脚分别与信号输入接口的3脚、2脚连接，所述主控芯片的29脚、30脚分别与所述NFC芯片的8脚、7脚连接，所述主控芯片的31脚与第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接电源地GND，所述主控芯片的2-3脚、6-7脚、16脚、19-22脚、25-28脚、32脚悬空。

3.如权利要求2所述的一种带显示的半有源NFC卡片装置，其特征在于：所述NFC电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、第三电容和NFC芯片；

所述第四电阻的一端与NFC芯片的1脚连接，所述第四电阻的另一端接电源地GND，所述第二电容的一端与NFC芯片的3脚、电源3V3连接，所述第二电容的另一端与NFC芯片的6脚、电源地GND连接，所述NFC芯片的4脚、5脚分别与NFC天线的两端连接，所述第五电阻的一端与NFC芯片的7脚连接，所述第五电阻的另一端与所述第三电容的一端、所述第六电阻的一端、所述第七电阻的一端、NFC芯片的12脚、电源3V3连接，所述第三电容的另一端接电源地GND，所述第六电阻的另一端与NFC芯片的8脚连接，所述第七电阻的另一端与NFC芯片的11脚连接，所述NFC芯片的2脚、9-10脚悬空。

4.如权利要求3所述的一种带显示的半有源NFC卡片装置，其特征在于：所述电子墨水显示电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第一电感、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一场效应管和电子墨水显示接口；

所述第八电阻的一端与电子墨水显示接口的4脚连接，所述第八电阻的另一端与第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端与第五电容的一端、电子墨水显示接口的8脚、电源地GND连接，所述第五电容的另一端与电子墨水显示接口的5脚连接，所述第六电容的一端与电子墨水显示接口的15脚、电源3V3连接，所述第六电容的另一端与第七电容的一端、第八电容的一端、第九电容的一端、第十电容的一端、第十一电容的一端、电源地GND连接，所述第七电容的另一端与电子墨水显示接口的19脚连接，所述第八电容的另一端与电子墨水显示接口的20脚连接，所述第九电容的另一端与电子墨水显示接口的22脚连接，所述第十电容的另一端与电子墨水显示接口的23脚、第二二极管的阳极连接，所述第十一电容的另一端与电子墨水显示接口的24脚连接，所述第二二极管的阴极与第十四电容的一端、第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极接电源地GND，所述第十四电容的另一端与第四二极管的阳极、第一电感的一端、第一场效应管的漏极连接，所述第四二极管的阴极与第十三电容的一端、电子墨水显示接口的21脚连接，所述第十三电容的另一端接电源地GND，第一电感的另一端与第十二电容的一端、电源3V3连接，所述第十二电容的另一端接电源地GND，所述第一场效应管的栅极与第九电阻的一端、电子墨水显示接口的2脚连接，所述第九电阻的另一端与第十电阻的一端、电源地GND连接，所述第十电阻的另一端与第一场效应管的源极、电子墨水显示接口的3脚连接，所述电子墨水显示接口的16脚、18脚接电源3V3，所述电子墨水显示接口的17脚接电源地GND，所述电子墨水显示接口的1脚、6-7脚悬空。

5.如权利要求4所述的一种带显示的半有源NFC卡片装置，其特征在于：所述电源管理电路包括第十五电容、第十六电容、第二电感、升压芯片、按键、纽扣电池和充电接口；

所述第十五电容的一端与第二电感的一端、按键的一端连接，所述第十五电容的另一端与升压芯片的1脚、第十六电容的一端、电源地GND连接，所述第二电感的另一端与升压芯片的2脚连接，所述第十六电容的另一端与升压芯片的3脚、电源3V3连接，所述按键的另一端与纽扣电池的正极、充电接口的2脚连接，纽扣电池的负极接电源地GND，充电接口的1脚接电源地GND。

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