CN220105779U - 一种基于mqtt通讯的车载刷卡终端系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MQTT通讯的车载刷卡终端系统，包括刷卡器、刷卡终端和云服务器，所述刷卡终端数据连接有串口屏，所述刷卡终端包括联网模块、储能模组、输入输出模块和MCU芯片；所述联网模块，用于拨号上网，与云服务器以MQTT协议进行通讯；所述储能模组，存储电能，用于突发情况下提供备用电能，维持运行；所述输入输出模块，车辆信息的反馈输入和车辆控制信号的输出，用于控制车辆设备各电路的开启和关闭；所述MCU芯片，分别连接刷卡终端各模块，用于进行数据传输和控制各模块正常运行。

Description

一种基于MQTT通讯的车载刷卡终端系统

技术领域

本实用新型涉及车辆安全与控制技术领域，特别涉及一种基于MQTT通讯的车载刷卡终端系统。

背景技术

刷卡终端设备一般是指读取和处理刷卡卡片信息的设备，用于进行身份验证、授权等操作，设备将读取的卡片信息与事先存储的授权信息进行比对，以确认用户的身份和权限，如刷卡门禁系统。

车载刷卡终端一般应用于各类工程车辆或公共车辆的安全和权限管理，车载刷卡终端可以确保只有授权人员能够启动或停止车辆的发动机，防止非授权人员滥用车辆。

现有的刷卡终端设备具有如下缺点：1、现有大部分刷卡终端系统只有简单的指示灯或提示灯等来提示刷卡是否成功，无法查看具体的刷卡信息、当前人员登录状态等；2、现有市面上大部分的刷卡终端设备往往只提供了基本的身份验证和发动机控制功能，而缺乏实时监控和追踪车辆使用情况的能力，这限制了对车辆具体使用情况的监控，无法提供详细的数据记录和分析功能；且当刷卡设备在发生异常时，管理人员可能无法远程监控和管理车辆的访问权限、开关状态以及使用情况，且用户无法自行解决问题，影响其对车辆的使用；3、没有足够的续航能力，车辆断电即设备断联，云端无法及时在异常发生时做出响应；4、作为终端设备，绝大部分设备往往没有成熟的后期维护方案。

实用新型内容

针对现有刷卡终端设备上述缺陷，本实用新型的提供一种基于MQTT通讯的车载刷卡终端系统，刷卡终端集成有串口屏，可以进行刷卡人员信息展示、设备启动信息提示、刷卡动作结果提示、4G信号展示等，且本实用连接云服务器具有远程控制和在线升级功能，具有的储能模组在断电时提供续航。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于MQTT通讯的车载刷卡终端系统，包括刷卡器、刷卡终端和云服务器，所述刷卡终端数据连接有串口屏，所述刷卡终端包括联网模块、储能模组、输入输出模块和MCU芯片；所述联网模块，用于拨号上网，与云服务器以MQTT协议进行通讯；所述储能模组，存储电能，用于突发情况下提供备用电能，维持运行；所述输入输出模块，车辆信息的反馈输入和车辆控制信号的输出，用于控制车辆设备各电路的开启和关闭；所述MCU芯片，分别连接刷卡终端各模块，用于进行数据传输和控制各模块正常运行。

通过采用上述技术方案，刷卡终端数据连接有串口屏，操作人员在刷卡器刷卡解锁时串口屏实时显示刷卡人员、设备启动、刷卡动作结果、联网信号等信息，信息显示直观明了，帮助提升用户使用体验；本系统具有联网模块和云服务器相连，可以和云服务器充分交互信息，管理人员可在云端轻松监控到车辆使用具体时长、时间节点，以及操作人员具体信息等情况，增强对车辆信息的监控能力；同时，系统支持从云端远程控制和管理车辆的访问权限，若在发生异常时可及时介入；设有的储能模组，在车辆启动产生较大压降或者切断电源时能保持1分钟以上的续航，并发出掉电告警；且具备OTA远程升级能力，可根据后期用户需求来进行及时的维护和升级。

本实用新型的进一步设置为：所述MCU芯片型号为STM32F411CEU6。

本实用新型的进一步设置为：所述刷卡终端具有TTL电路，MCU芯片与所述TTL电路信号连接；所述TTL电路连接TTL接口，所述TTL接口与串口屏连接；所述串口屏与所述刷卡终端通过TTL接口进行数据交互。

通过采用上述技术方案，TTL即晶体管-晶体管逻辑电平，处理器之间通讯标准；TTL电路的串口通讯数据输出脚USART2_TX，数据输入脚USART2_RX，通过TTL接口与串口屏进行数据交互，刷卡终端和串口屏通过TTL进行交互通讯。

本实用新型的进一步设置为：所述刷卡终端具有RS485收发电路，所述刷卡器与所述刷卡终端通过RS485收发电路进行数据交互。

通过采用上述技术方案，RS485通讯主要用于和外部设备进行通讯交互，本系统中用于和刷卡器进行采集卡号通讯。

本实用新型的进一步设置为：所述联网模块为4G模块，所述4G模块的数据发送脚和数据接收脚分别连接MCU芯片对应的数据发送脚和数据接收脚，数据传输为USART串口通讯。

通过采用上述技术方案，刷卡终端通过4G网络获取供应商服务，并通过厂商对应的协议可使用恰当的指令获得TCP、MQTT服务，来为远程OTA升级和MQTT云服务器的交互作技术支撑。

本实用新型的进一步设置为：所述输入输出模块包括NPN转换电路、数字输入接口、光固态继电器和继电器接口，所述NPN转换电路连接MCU芯片和数字输入接口，车辆设备信号通过所述数字输入接口输入反馈；所述光固态继电器连接MCU芯片和继电器接口，所述MCU芯片通过继电器接口控制车辆设备开关。

通过采用上述技术方案，继电器输出配合外围电路，用于在刷卡校验后，控制车辆设备相关电路的开启和关闭，给予操作人员开关发动机的权限。NPN转换电路和MCU芯片作为输入检测，连接外部车辆设备的信号点，用于检测在刷卡后外部设备电路是否正确开启和关闭，设备是否运行正常。

本实用新型的进一步设置为：所述储能模组具有基准电压切换电路，所述基准电压切换电路可以转换外部交流电给刷卡终端各单元供电。

通过采用上述技术方案，正常情况下基准电压切换电路转换外部交流电供电，在车辆发动瞬间产生较大压降或刷卡系统被切断电源时储能模组供电能保持系统的正常运转。

本实用新型的进一步设置为：所述基准电压切换电路包括整流桥电路和稳压电路。

本实用新型的进一步设置为：所述刷卡终端包括RTC时钟电路，所述RTC时钟电路用于系统时间校准。

通过采用上述技术方案，实时时钟单元，用以在4G模块联网获取准确的当地时间后，记录显示有效的时间；验证产品的使用周期。

本实用新型的进一步设置为：所述刷卡终端包括FLASH存储模块，所述FLASH存储模块用于存储系统数据信息。

通过采用上述技术方案，用于本地的数据存储，记录本地的相关卡号信息，人员权限状态，OTA远程升级时存储备份程序等等。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：1、刷卡终端上集成了串口屏，可将相关人员刷卡登录信息、设备启动结果、4G模块信号、当地实时时间进行可视化展示，提升用户的使用体验；2、刷卡终端与云端进行了充分交互，用户可充分掌握各设备车辆具体使用情况及操作人员信息，并在出现异常时能远程介入；3、终端集成了储能模组，能保持掉电后的稳定运行，并及时给用户发出掉电告警以处理异常；4、集成OTA远程升级功能，可解决后续用户丰富的定制化需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例中刷卡终端系统中主要结构框图。

图2是本实用新型实施例中刷卡终端中主要结构框图。

图3是本实用新型实施例中MCU芯片电路原理图。

图4是本实用新型实施例中主要模块电路原理图。

图5是本实用新型实施例中RS485收发电路原理图。

图6是本实用新型实施例中整流桥电路原理图。

图7是本实用新型实施例中稳压电路原理图。

图中：1、刷卡终端；2、刷卡器；3、云服务器；4、串口屏；100、TTL电路；101、RS485收发电路；102、输入输出模块；103、MCU芯片；104、4G模块；105、FLASH存储模块；106、储能模组；107、RTC时钟电路；108、整流桥电路；109、稳压电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于MQTT通讯的车载刷卡终端系统，连接车辆设备启动和停止车辆的发动机，车载刷卡终端系统包括刷卡器2、刷卡终端1和云服务器3，所述刷卡终端数据连接有串口屏4，所述刷卡终端1包括联网模块、储能模组106、输入输出模块102和MCU芯片103模块；所述联网模块，用于拨号上网，与云服务器3以MQTT协议进行通讯；所述储能模组106，存储电能，用于突发情况下提供备用电能，维持运行；所述输入输出模块102，车辆信息的反馈输入和车辆控制信号的输出，用于控制车辆设备各电路的开启和关闭；所述MCU芯片103模块，分别连接刷卡终端1各模块，用于进行数据传输和控制各模块正常运行。

如图2、图3、图4所示，所述MCU芯片103模块包括MCU芯片103型号STM32F411CEU6，所述MCU芯片103针脚VBAT为电源引脚，针脚PC14和针脚PC15为输入引脚OSC32IN和输出引脚OSC32OUT，通过I2C总线连接外部时钟即RTC时钟电路107；针脚PA2和针脚PA3为芯片USART2串口，通过TTL电路100与串口屏4进行数据通讯；针脚PB3、针脚PB4、针脚PB5为芯片SPI针脚，通过总线SPI与FLASH存储模块105相连进行数据通讯，其中针脚PA1为时钟；针脚PA11和针脚PA12为芯片USART6串口，与RS485收发电路101连接进行数据通讯；针脚PA9和针脚PA10为芯片USART1串口，与4G模块104相连进行数据通讯；针脚PB13和针脚PB14为芯片SPI针脚，与光固态继电器相接，控制光固态继电器运行；针脚PB0、针脚PB1、针脚PB2为IO端口，可检测外部电路信号，判断外部信号反馈；MCU芯片103基于ARM Cortex-M4内核，具有低功耗、高性能的特点；内嵌RT-Thread操作系统，非常适合轻量、实时高效的完成工业物联领域的任务应用；MCU芯片103还连接有配置开关，用以开机时选择工作模式或是配置模式；连接有指示灯，红绿颜色用以指示当前网络连接状态或OTA升级状态。

如图2所示，所述刷卡终端1具有TTL电路100，所述MCU芯片103与TTL电路100信号连接，所述TTL电路100的管脚USART2_TX和USART2_RX引出连接TTL接口，TTL接口在附图中标记为P1，所述串口屏4通过TTL接口与TTL电路100信号连接；所述串口屏4与所述刷卡终端1通过TTL电路100进行通讯交互。

如图1、图2、图5所示，所述刷卡终端1具有RS485收发电路101，RS485接口通过RS485收发电路101连接MCU芯片103，所述RS485接口作为外接接口和所述刷卡器2相接；所述RS485收发电路101的芯片针脚RO、DE和DI与MCU芯片103相连，其中针脚RO、针脚DI与MCU芯片103针脚PA12、针脚PA11相连串口通讯；RS485收发电路101的RS485A端和RS485B端连接RS485接口；所述刷卡器2与所述刷卡终端1通过RS485收发电路101进行数据交互。

如图2、图3所示，所述联网模块为4G模块104，所述4G模块104与MCU芯片103以USART串口通讯进行AT指令的通讯交互，并获取供应商服务，通过厂商对应的协议可使用恰当的指令获得TCP、MQTT服务，来为远程OTA升级和MQTT云服务器3的交互作技术支撑。

如图1、图2所示，所述储能模块通过电源接口连接外部电源，接入电源后，对储能模块进行充能，完成充能后所述储能模块对所述控制模块正常供电。

如图6、图7所示，MCU芯片103支持交流供电，外部电源经过整流桥电路108后，再经过稳压电路109将电压稳定至3.0V各用电单元进行供电。

如图1、图2所示，所述输入输出模块102包括NPN转换电路、数字输入接口、光固态继电器和继电器接口，数字输入接口通过NPN转换电路与MCU芯片103连接，并支持与外部设备启动信号连接，以判断刷卡后外部设备电路是否执行了正确动作，并提示操作人员；MCU芯片103通过外接光固态继电器作为继电器输出，用以控制人员刷卡校验身份后开关外部设备电路，已保证相关人员在刷卡后具有权限继续后续对车辆的点火、熄火等操作。

如图4所示，RTC时钟电路107通过I2C总线与MCU芯片103连接，用以为操作人员显示准确的当地时间，并和云端交互消息时提供准确的时间记录。

如图1、图2、图4所示，所述刷卡终端1还具有FLASH存储模块105，所述FLASH存储模块105通过SPI总线与MCU芯片103连接，用以移植文件系统，为OTA备份程序、文件，存储本地刷卡人员信息卡号等功能作技术支撑。

本实用新型的基本工作原理为：车载刷卡终端系统如图1所示由刷卡器2、串口屏4、以及刷卡终端1(包含4G模块104、储能模组106、输入输出电路等)以及云服务器3组成。人员进行刷卡后，刷卡器2通过RS485总线将读取卡号通过4G模块104上传至云服务器3进行身份验证和权限校验，并根据校验结果决定是否给予开启车辆发动机的权限，并在屏幕显示相关人员及操作信息。

有益效果：1、刷卡终端1上集成了串口屏4，可将相关人员刷卡登录信息、设备启动结果、4G模块104信号、当地实时时间进行可视化展示，提升用户的使用体验；2、刷卡终端1与云端进行了充分交互，用户可充分掌握各设备车辆具体使用情况及操作人员信息，并在出现异常时能远程介入；3、终端集成了储能模组106，能保持掉电后的稳定运行，并及时给用户发出掉电告警以处理异常；4、集成OTA远程升级功能，可解决后续用户丰富的定制化需求。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种基于MQTT通讯的车载刷卡终端系统，包括刷卡器(2)、刷卡终端(1)和云服务器(3)，其特征在于：所述刷卡终端(1)数据连接有串口屏(4)，所述刷卡终端(1)包括联网模块、储能模组(106)、输入输出模块(102)和MCU芯片(103)；

所述联网模块，用于拨号上网，与云服务器(3)以MQTT协议进行通讯；

所述储能模组(106)，存储电能，用于突发情况下提供备用电能，维持运行；

所述输入输出模块(102)，车辆信息的反馈输入和车辆控制信号的输出，用于控制车辆设备各电路的开启和关闭；

所述MCU芯片(103)，分别连接刷卡终端(1)各模块，用于进行数据传输和控制各模块正常运行。

2.根据权利要求1所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述MCU芯片(103)型号为STM32F411CEU6。

3.根据权利要求1所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述刷卡终端(1)具有TTL电路(100)，MCU芯片(103)与所述TTL电路(100)信号连接；所述TTL电路(100)连接TTL接口，所述TTL接口与串口屏(4)连接；所述串口屏(4)与所述刷卡终端(1)通过TTL接口进行数据交互。

4.根据权利要求3所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述刷卡终端(1)具有RS485收发电路(101)，所述刷卡器(2)与所述刷卡终端(1)通过RS485收发电路(101)进行数据交互。

5.根据权利要求1所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述联网模块为4G模块(104)，所述4G模块(104)的数据发送脚和数据接收脚分别连接MCU芯片(103)对应的数据发送脚和数据接收脚，数据传输为USART串口通讯。

6.根据权利要求1所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述输入输出模块(102)包括NPN转换电路、数字输入接口、光固态继电器和继电器接口，所述NPN转换电路连接MCU芯片(103)和数字输入接口，车辆设备信号通过所述数字输入接口输入反馈；所述光固态继电器连接MCU芯片(103)和继电器接口，所述MCU芯片(103)通过继电器接口控制车辆设备开关。

7.根据权利要求1所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述储能模组(106)具有基准电压切换电路，所述基准电压切换电路可以转换外部交流电给刷卡终端(1)各单元供电。

8.根据权利要求7所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述基准电压切换电路包括整流桥电路(108)和稳压电路(109)。

9.根据权利要求1所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述刷卡终端(1)包括RTC时钟电路(107)，所述RTC时钟电路(107)用于系统时间校准。

10.根据权利要求1所述的一种MQTT通讯的车载刷卡终端系统，其特征在于：所述刷卡终端(1)包括FLASH存储模块(105)，所述FLASH存储模块(105)用于存储系统数据信息。