基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统技术方案

本发明专利技术公开了基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，主要涉及一卡通技术领域。包括一卡通单元，配置于穿戴式的手环终端，包括：输入模块、蓝牙模块、消息提醒模块、加速度采集模块、射频卡模块、控制模块，管理终端单元，配置于校园的外部设备，用于与一卡通单元实现数据交换，包括：主控模块、查看模块。本发明专利技术的有益效果在于：将健康穿戴设备与无线射频卡紧密整合在一起，既满足校园中学生对健康管理的需求，也满足校园卡的消费支付、门禁、会议考勤等使用要求，且计步采用聚类精度的评价标准进行关键特征值选择，运用MBSAS聚类算法实现姿态的识别，再为波峰检测选择最适阈值以达到自适应计步的效果。

The bracelet card system based on STC12 and RFID Technology

The invention discloses a bracelet type one card system based on STC12 and RFID technology, which mainly relates to the one card technology field. It includes one card unit, which is configured in the wearable Bracelet terminal, including: input module, Bluetooth module, message reminder module, acceleration acquisition module, radio frequency card module, control module, management terminal unit, external equipment configured in the campus, which is used to realize data exchange with one card unit, including: main control module, viewing module. The beneficial effect of the invention is that the healthy wearable device and the radio frequency card are closely integrated, which can not only meet the needs of the middle school students on the campus for health management, but also meet the use requirements of the consumption payment, access control, meeting attendance, etc. of the campus card, and adopt the evaluation standard of clustering accuracy to select the key characteristic values, use mbsas clustering algorithm to realize the attitude recognition, and then In order to achieve the effect of adaptive step counting, the optimal threshold is selected for peak detection.

【技术实现步骤摘要】
基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统
本专利技术涉及一卡通
，具体是基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统。
技术介绍
随着时代的发展，校园卡、公交卡与运动手环等智能设备被人们广泛地使用。在高等院校，校园中的消费支付、门禁、会议考勤等都离不开校园卡的使用，校园卡成为学生们不可缺少的日常用品。但是以射频卡为主的校园卡体积小、无提醒功能且不具备数据可视化功能，特别是在冬季，尤其是北方城市，由于天气和衣着的原因，在一些需要使用校园卡的场所，学生需要在包或口袋中寻找射频卡，为此常常出现校园卡丢失或者拿取不方便等问题。基于NFCSIM卡技术的新一代主流“一卡通”设备，虽然具有安全性高、可离刷卡等特性，但是不同厂容商之间存在NFCSIM兼性差和运营商之间独家设置NFCSIM卡，严格限制移动品牌模型与Android系统版本，最终导致难以在生活中大范围推广。此外，NFCSIM卡嵌入在智能手机中，在需要快速认证信息时效率不高，没有很好地解决无线射频卡在使用中产生的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，它将健康穿戴设备与无线射频卡紧密整合在一起，既满足校园中学生对健康管理的需求，也满足校园卡的消费支付、门禁、会议考勤等使用要求，具有便利迅速、易寻找、不易丢失和数据可视化等特性，大大地提高用户的使用体验，有效地提高用户的生活品质，并在一定程度上减少了因遗失补卡所产生的费用。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：r>基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，包括：一卡通单元，配置于穿戴式的手环终端，包括：输入模块，用于用户输入控制信息；蓝牙模块，用于与用户的手机终端设备进行数据交换；消息提醒模块，用于将数据以可视或可感知的方式通知用户；加速度采集模块，用于获得用户的运动数据；射频卡模块，用于存储信息，以及与外部设备进行数据交换；控制模块，用于处理数据，所述数据包括通过蓝牙模块交换的数据，通过加速度采集模块采集的运动数据，通过用户输入的控制信息数据；管理终端单元，配置于校园的外部设备，用于与一卡通单元实现数据交换，包括：主控模块，处理不同服务模式下与一卡通单元交换的数据；查看模块，就交换后的信息向用户和管理者进行展示或提醒。优选的，所述输入模块具体为按键或触控屏；所述控制模块使用STC12C5A60S2芯片对数据进行处理；所述蓝牙模块使用DX-BT054.0低功率蓝牙无线数据透传通讯模块，使用CC2541插针；所述消息提醒模块使用OLED显示、Android终端显示或者马达震动的方式对用户进行提醒；所述加速度采集模块使用MPU6050模块；所述射频卡模块使用MiFare卡，嵌在手环壳的内表面；所述主控模块使用STC89C52与STC12C5A60S2芯片处理各种服务模式下采集的数据；所述查看模块使用OLED显示、蜂鸣器鸣铃或者Android终端显示的方式向用户和管理者进行展示或提醒。优选的，所述控制模块包括：万年历模块，采用STC12C5A60S2中的PCA可编程计数矩阵产生的万年历，并通过蓝牙定时传输时间信息校准；运动模块，对加速度采集模块获得的数据进行处理，获得用户的计步数据。优选的，所述外部设备包括设置在食堂、超市、医院、机房、图书馆、门禁、会议室等场所的终端设备。优选的，所述运动模块对加速度采集模块获得的数据进行处理，为使用基于聚类分析的MEMS自适应计步算法，所述计步算法包括以下步骤：步骤1，三轴加速度信号合成，MPU-6050加速度传感器是三轴的，可以测得传感器发生运动时的前向加速度(x轴)、侧向速度(y轴)和垂直加速度(z轴)，通过合成加速度的计算部分消除该因素产生的噪声，合成加速度公式如式1所示，式1：acom：合成后的加速度值，ax：向前加速度值，ay：侧向加速值，az：垂直加速度值；步骤2，平滑滤波处理用于消除噪声及适应MEMS平台，选用中值滤波原理来实现线性滤波器，具体数学表示如式2所示；式2：m：加速度序列aN的窗口长度，aavr：序列的中值，N：为序列长度；步骤3，运动姿态特征提取采用时域特征中的均值av(式4所示)、标准差aδ(式5所示)、方差as(式6所示)、均方根arms(式7所示)、四分位距airq(式8所示)、相关系数acor(式9所示)、极大值amax(式10所示)及均值穿越次数acav(式11所示)，(11).acav＝{ai|((ai＞av)∩(ai+1＜av))∪((ai＜av)∩(ai+1＞av)))式(8)Q3中表示加速度序列的3/4点值，Q1表示加速度序列1/4点值；步骤4，关键特征选择，采用欧几里得距离作为每组加速度特征向量间的不相似测度，如式(12)所示，式(12)中，xi，yi两组互不相同的加速度特征向量，N表示特征向量的长度；加速度特征向量与运动姿态聚类之间的近邻测度函数采用最小近邻函数如式(13)所示，式(12)中，C表示运动姿态聚类集合，y是聚类C中的一个加速度特征向量，x表示未聚类的加速度特征向量，表示两个向量间的欧几里得距离DM2；步骤5，采用聚类精度作为评价标准，按一维特征对训练数据集中的所有人体运动姿态进行聚类分析，设聚类数目为k，Ni，j为第i个聚类中标识为运动姿态j的数量，则第i个聚类被分类为运动姿态j的权重为式(14)所示，由此，每种运动姿态特征的聚类精度为式(15)所示。据式(14)(15)对上文中提取8种加速度特征量进行聚类精度分析，分别对跑步、步行、站立、写字、上楼梯及下楼梯6种运动姿态采样加速度信息，并对其进行基于聚类分析的自适应MEMS计步算法，获得6中运动状态下的计步姿态识别和计步数据。对比现有技术，本专利技术的有益效果在于：提出了一种基于STC12及RFID技术的手环式一卡通系统的设计与实现的方案。从硬件和算法的角度解决了运动计步和无线射频设备整合难的问题，实现了消费支付、身份识别、自助服务与运动计步等功能。采用STC12C5A60S2型单片机大大的降低了整个系统的成本，运动计步采用了基于聚类分析的MEMS自适应计步算法，提高了计步的精度；使用MFRC522芯片来实现“一卡通”的功能，具有反应速度快、易移植、可二次开发和适用面广等特点。为了提高本系统的实用性，后期应当建立完善的数据库和保护机制。总体来说，本系统具有较大的推广和研究价值。附图说明附图1是本专利技术智能手环系统总体框图。附图2是本专利技术的RFID“一卡通”终端总体框图。附图3是本专利技术的3STC12芯片应用电路图。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，其特征在于，包括：/n一卡通单元，配置于穿戴式的手环终端，包括：/n输入模块，用于用户输入控制信息；/n蓝牙模块，用于与用户的手机终端设备进行数据交换；/n消息提醒模块，用于将数据以可视或可感知的方式通知用户；/n加速度采集模块，用于获得用户的运动数据；/n射频卡模块，用于存储信息，以及与外部设备进行数据交换；/n控制模块，用于处理数据，所述数据包括通过蓝牙模块交换的数据，通过加速度采集模块采集的运动数据，通过用户输入的控制信息数据；/n管理终端单元，配置于校园的外部设备，用于与一卡通单元实现数据交换，包括：/n主控模块，处理不同服务模式下与一卡通单元交换的数据；/n查看模块，就交换后的信息向用户和管理者进行展示或提醒。/n

【技术特征摘要】
1.基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，其特征在于，包括：
一卡通单元，配置于穿戴式的手环终端，包括：
输入模块，用于用户输入控制信息；
蓝牙模块，用于与用户的手机终端设备进行数据交换；
消息提醒模块，用于将数据以可视或可感知的方式通知用户；
加速度采集模块，用于获得用户的运动数据；
射频卡模块，用于存储信息，以及与外部设备进行数据交换；
控制模块，用于处理数据，所述数据包括通过蓝牙模块交换的数据，通过加速度采集模块采集的运动数据，通过用户输入的控制信息数据；
管理终端单元，配置于校园的外部设备，用于与一卡通单元实现数据交换，包括：
主控模块，处理不同服务模式下与一卡通单元交换的数据；
查看模块，就交换后的信息向用户和管理者进行展示或提醒。


2.根据权利要求1所述基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，其特征在于，
所述输入模块具体为按键或触控屏；
所述控制模块使用STC12C5A60S2芯片对数据进行处理；
所述蓝牙模块使用DX-BT054.0低功率蓝牙无线数据透传通讯模块，使用CC2541插针；
所述消息提醒模块使用OLED显示、Android终端显示或者马达震动的方式对用户进行提醒；
所述加速度采集模块使用MPU6050模块；
所述射频卡模块使用MiFare卡，嵌在手环壳的内表面；
所述主控模块使用STC89C52与STC12C5A60S2芯片处理各种服务模式下采集的数据；
所述查看模块使用OLED显示、蜂鸣器鸣铃或者Android终端显示的方式向用户和管理者进行展示或提醒。


3.根据权利要求1所述基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，其特征在于，所述控制模块包括：
万年历模块，采用STC12C5A60S2中的PCA可编程计数矩阵产生的万年历，并通过蓝牙定时传输时间信息校准；
运动模块，对加速度采集模块获得的数据进行处理，获得用户的计步数据。


4.根据权利要求1所述基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，其特征在于，所述外部设备包括设置在食堂、超市、医院、机房、图书馆、门禁、会议室等场所的终端设备。


5.根据权利要求3所述基于STC12和RFID技术的手环式一卡通系统，其特征在于，所述运动模块对加速度采集模块获得的数据进行处理，为使用基于聚类分析的MEMS自适应计步算法，所述计步算法包括以下步骤：
步骤1，三轴加速度信号合成，
MPU-...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄盼，刘淑娴，刘烨萌，卢方鹏，加得拉·阿尔青，黄英豪，冯轩，赵总，李艳萍，张卢昊，王君，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65