[实用新型]一种用于幼儿园管理的刷卡设备有效
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【说明书】：
本实用新型属于门禁技术领域，具体涉及一种幼儿园刷卡设备。
随着社会的发展，时代的进步，人们对幼儿园的安全和幼儿的健康关注越来越多，随
之而来的幼儿园的管理工作也会越来越繁重，因此，传统的人工管理模式已不能有效地对
幼儿园的员工和幼儿信息进行管理。
在现有的技术中人们已经将计算机技术结合到幼儿园管理中来，从而提升了幼儿园管
理的智能化，并提高了幼儿园工作人员的工作效率，在幼儿入园或是离园时有采用刷卡方
式登记的管理，但是现有的刷卡设备，刷卡信息单一化，并且刷卡识别率低，容易出现误
识别现象。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题，提出一种用于幼儿园管理的刷卡设备，通过整合刷
卡设备系统结构，增加摄像模块，在刷卡时同步摄像，获取多元化的信息，并精简刷卡设
备电路结构，提高刷卡效率，以及提高读卡准确性，确保幼儿接送的安全。
本实用新型采用的技术方案是：一种用于幼儿园管理的刷卡设备，包括：控制芯片、
电池模块、读卡模块、语音模块、显示模块、存储模块、通信模块；
所述控制芯片与电源模块、存储模块、读卡模块、语音模块、显示模块、通信模块相
连，用于控制各模块的工作；所述电源模块用于为控制芯片、存储模块、读卡模块、语音
模块、显示模块、通信模块供电；所述读卡模块用于读取刷卡信息；所述语音模块用于播
报语音信息；所述显示模块用于显示读卡信息以及关联信息；所述存储模块用于存储刷卡
信息以及图像信息；所述通信模块用于刷卡设备与外部设备进行通信；
所述读卡模块的电路具体包括：读卡芯片、晶振、电容C31、电容C32、电容C33、电
容C34、电容C39、电感L1、电感L2、电阻R7以及接口模块J2；所述读卡芯片包括三十
三根管脚，所述管脚1、管脚4、管脚5、管脚10、管脚14以及管脚18接地；所述管脚2、
管脚3以及管脚32接VDD_CARD；所述管脚6、管脚24、管脚29、管脚30、管脚31分别
与控制芯片相连；所述管脚11与电感L2第一端相连，电感L2第二端与电容C39第一端
相连，电容C39第二端接地；所述管脚13与电感L1第一端相连，所述电感L1第二端与
电容C33第一端相连，所述电容第二端接地；所述管脚16与电阻R7第一端相连，所述电
阻R7第二端与管脚17相连；所述管脚16还与电容C34第一端相连，电容C34第二端接
地；所述接口模块J2包含六个接口，所述接口1与电阻R7第二端相连，所述接口2与电
感L1第二端相连，所述接口4与电感L2第二端相连，所述接口3、接口5、接口6接地；
所述管脚21与晶振第三端相连，所述晶振第三段与电容C32第一端相连，所述电容C32
第二端接地，所述管脚22与晶振第一端相连，所述晶振第一端与电容C31第一端相连，
所述电容C31第二端接地，所述晶振低端以及所述晶振第四端接地；所述管脚7、管脚8、
管脚9、管脚19、管脚20、管脚23悬空。
进一步地，所述一种用于幼儿园管理的刷卡设备还包括图像采集模块，所述图像采集
模块与控制芯片相连，用于在控制芯片的控制下采集刷卡人的图像信息。
更进一步地，所述一种用于幼儿园管理的刷卡设备还包括电池模块，所述电池模块与
控制芯片相连，用于在刷卡设备处于断电状态时为控制芯片、存储模块、读卡模块、语音
模块、显示模块、图像采集模块、通信模块供电。
更进一步地，所述通信模块包括zigbee无线单元、wifi单元以及CDMA单元。
本实用新型的有益效果：本实用新型的一种用于幼儿园管理的刷卡设备，包括：控
制芯片、电池模块、读卡模块、语音模块、显示模块、存储模块、通信模块；所述控制芯
片与电源模块、存储模块、读卡模块、语音模块、显示模块、通信模块相连，用于控制各
模块的工作；本实用新型的刷卡设备包含两种一种用于校园门口的主刷卡设备，一种用于
教室内的副刷卡设备，通过在主刷卡设备设计图像采集模块，实现在入园或出园刷卡时，
同时采集刷卡幼儿家长以及幼儿的图像信息，并对图像信息进行处理存储，可加强幼儿出
入园的安全性，并且本实用新型的读卡模块采用13.56MHz的RFID技术，读取射频卡信息，
读卡效率高，读卡准确度也进一步提高。
图1为本实用新型的一种用于幼儿园管理的刷卡设备示意图。
图2为本实用新型的读卡电路图。
图3为基于本实用新型的刷卡设备的刷卡流程图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本实用新型的技术内容，下面结合附图对本实用新型内容
进一步阐释。
如图1所示为本实用新型的方案流程图，本实用新型的技术方案为：一种用于幼儿园
管理的刷卡设备，包括：控制芯片、电池模块、读卡模块、语音模块、显示模块、存储模
块、通信模块。
所述控制芯片与电源模块、存储模块、读卡模块、语音模块、显示模块、通信模块相
连，用于控制各模块的工作。
所述电源模块用于为控制芯片、存储模块、读卡模块、语音模块、显示模块、通信模
块供电。采用220V电源为控制芯片、存储模块、读卡模块、语音模块、显示模块、通信
模块供电，并为电池模块充电。
所述读卡模块用于读取刷卡信息。采用13.56MHz的RFID技术，读取射频卡信息，读
卡效率更高。
所述语音模块用于播报语音信息。所述语音信息包括：刷卡信息的播报以及图像识别
信息的播报；所述图像识别信息的播报包括图像识别成功以及图像识别失败。
所述显示模块用于显示读卡信息以及关联信息。当入园刷卡时，显示幼儿信息，包括：
幼儿姓名、性别、年龄、身高、班级等；当幼儿出园刷卡时，显示幼儿信息以及接幼儿离
园的家长照片。
所述存储模块用于存储刷卡信息以及图像信息。
所述通信模块用于刷卡设备与外部设备进行通信，所述述通信模块包括zigbee无线
单元、wifi单元、CDMA单元。本实用新型的通信模块同时集成了zigbee无线传输方式、wifi
数据传输方式以及CDMA数据传输方式；zigbee无线传输主要用于近距离传输，具有低功耗、低数
据速率、低成本的优点，wifi数据传输主要传输图片等大数据，具有传输速度快，可靠性高的优点，
CDMA数据传输作为数据及时上传的备用传输通道。
本实用新型的刷卡设备还包括图像采集模块，所述图像采集模块在控制芯片的控制下
采集刷卡人的图像信息。本实用新型的图像采集模块主要在幼儿出园时，家长接幼儿刷卡
离园时，进行拍照，并将图像信息传送至控制芯片进行处理，于存储模块存储起来。
本实用新型的刷卡设备还包括电池模块，所述电池模块与控制芯片相连，用于在刷卡
设备处于断电状态时为控制芯片、存储模块、读卡模块、语音模块、显示模块、图像采集
模块、通信模块供电。
如图2所示，所述读卡模块的电路结构为：包括读卡芯片、晶振、电容C31、电容C32、
电容C33、电容C34、电容C39、电感L1、电感L2、电阻R7以及接口模块J2。
所述读卡芯片包括三十三根管脚，所述管脚1、管脚4、管脚5、管脚10、管脚14以
及管脚18接地。
所述管脚2、管脚3以及管脚32接VDD_CARD。
所述管脚6、管脚24、管脚29、管脚30、管脚31分别与如图3所示的控制芯片引脚
相连，具体为：管脚6与控制芯片的第33引脚相连，管脚24与控制芯片的第46引脚相
连，管脚29与控制芯片的第51引脚相连，管脚30与控制芯片的第150引脚相连，管脚
31与控制芯片第162引脚相连。
所述管脚11与电感L2第一端相连，电感L2第二端与电容C39第一端相连，电容C39
第二端接地。
所述管脚13与电感L1第一端相连，所述电感L1第二端与电容C33第一端相连，所
述电容第二端接地。
所述管脚16与电阻R7第一端相连，所述电阻R7第二端与管脚17相连；所述管脚16
还与电容C34第一端相连，电容C34第二端接地；所述接口模块J2包含六个接口，所述
接口1与电阻R7第二端相连，所述接口2与电感L1第二端相连，所述接口4与电感L2
第二端相连，所述接口3、接口5、接口6接地。
所述管脚21与晶振第三端相连，所述晶振第三段与电容C32第一端相连，所述电容
C32第二端接地，所述管脚22与晶振第一端相连，所述晶振第一端与电容C31第一端相连，
所述电容C31第二端接地，所述晶振低端以及所述晶振第四端接地。
所述管脚7、管脚8、管脚9、管脚19、管脚20、管脚23悬空。
本实用新型采用的控制芯片型号是STM32F429IIT6，包含176个引脚。
如图3所示为基于本实用新型的刷卡设备的刷卡过程，具体为：
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高智&让创新无法想象2000万件&专利数据STM32F429IGT6 | STMicroelectronics STM32F 系列 32 bit ARM Cortex M4 MCU STM32F429IGT6, 168MHz, 1024 kB ROM 闪存, 256 kB RAM 2xUSB, LQFP-176 | STMicroelectronics
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STM32F429IGT6
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STM32 F429/F439 微控制器基于 ARM(R) Cortex(TM) M4 微控制器，带有 180 MHz CPU，运行高达 256 KB SRAM 和高达 2 MB 的双存储库快闪，带 SDRAM 接口、Chrom-ART 和 LCD-TFT 控制器。 STM32F439 crypto/hash 处理器为 AES 128、192、256、Triple DES 和 hash (MD5, SHA-1) 提供硬件加速。ST STM32 F429/439 Cortex M4 芯体系架构提供增强的输入/输出和外设，包括串行音频接口 (SAI)、真随机编号发生器 (RNG) 和 RTC、DAC、ADC、16 位和 32 位计时器。 且省电模式具有低功耗应用的设计。 此外，它还具有以太网 MAC 和用于 CMOS 传感器的照相机接口。 STM32 F429/439 32 位闪存 MCU 具有浮点单元 (FPU)，带数字信号处理 (DSP) 说明和提高应用安全性的存储器保护装置 (MPU)。 涵盖多种应用，包括电动机驱动器和应用控制、工业应用：反相器、PLC、扫描仪、HVAC、视频对讲机、家用音频设备和医疗设备。
ARM 32 位 Cortex(TM) M4 CPU 带 FPULCD-TFT 控制器Chrom-ART 加速器自适应实时加速器 (ART Accelerator(TM))闪存：高达 2 MB；SRAM：高达 256+4 KB（包括 64 KB CCM（核心耦合存储器）数据 RAM电源：1.8 V 至 3.6 V计时器：16 位和 32 位计时器DAC、12 位 ADC实时时钟 (RTC)真随机编号发生器 (RNG)Crypto/hash 处理器（仅限 STM32F437）音频连接：专用音频 PLL、I2S、串行音频接口 (SAI)通信接口：USART、UART、SPI、I2C、CAN 和 SDIO可扩展存储器范围：灵活的存储控制器并支持 Compact Flash、SRAM、PSRAM、NOR 和 NAND 以及 SDRAM 存储器
基于 ARM Cortex-M4 的 STM32 F4 系列高性能 MCU，带有 DSP 和 FPU 指令，是行业领先的 STM32 组合向更高性能的扩展。 工作频率高达 180 MHz。
多达 2 个 USB 2.0 OTG FS/HSSDIO（安全数字输入输出）USART、SPI、I?CI?S（内部 IC 声音）+ 音频 PLL16 和 32 位计时器多达 3 个 12 位 ADC低电压 1.7 V 至 3.6 V
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系列名称STM32F
封装类型LQFP
安装类型表面贴装
引脚数目176
装置核芯ARM Cortex M4
数据总线宽度32Bit
程序存储器大小1024 kB
最大频率168MHz
RAM大小256 kB
PWM单元数目2
模数转换器通道24
SPI通道数目3
典型工作电源电压3.6 V
CAN通道数目2
计时器数目2, 12
模数转换器单元数目3
USART 通道数量4
模数转换器3（24 x 12 位）
宽度24.1mm
I2C通道数目3
脉冲宽度调制2（16 位）
UART通道数目2
最高工作温度+85 °C
长度24.1mm
高度1.45mm
以太网通道数目1
尺寸24.1 x 24.1 x 1.45mm
最大以太网通道数目1
PWM分辨率16Bit
指令集结构DSP
最低工作温度-40 °C
计时器分辨率16 bit, 32 bit
计时器12 x 16位，2 x 32位
模数转换器分辨率12Bit
程序存储器类型闪存
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STMicroelectronics STM32F 系列 32 bit ARM Cortex M4 MCU STM32F429IGT6, 168MHz, 1024 kB ROM 闪存, 256 kB RAM 2xUSB, LQFP-176
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随时可以直接上机的以卷盘或管状包装的产品。为您减少浪费并提高生产效率。
本声明确认：下述产品符合当前RS媒体中发表的规范并通过RS Components 内部管理系统制定的严格的质量条件检测。此外，本声明确认：所有相关半导体设备的处理和包装条件符合ANSI/ESD S20.20 和EN静电标准的行政和技术要求。
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STMicroelectronics STM32F 系列 32 bit ARM Cortex M4 MCU STM32F429IGT6, 168MHz, 1024 kB ROM 闪存, 256 kB RAM 2xUSB, LQFP-176
供应商/品牌
STMicroelectronics
制造商零件编号
STM32F429IGT6
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欧时电子元件（上海）有限公司
Aug 26, 2017
欧时电子元件(上海）有限公司, 上海市黄浦区延安东路618号东海商业中心二期23楼 200001
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stm32（37）
一.什么叫管脚复用
STM32F4有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与GPIO复用的。也就是说，一个GPIO如果可以复用为内置外设的功能引脚，那么当这个GPIO作为内置外设使用的时候，就叫做复用。
STM32F4系列微控制器IO引脚通过一个复用器连接到内置外设或模块。该复用器一次只允许一个外设的复用功能（AF）连接到对应的IO口。这样可以确保共用同一个IO引脚的外设之间不会发生冲突。每个IO引脚都有一个复用器，该复用器采用16路复用功能输入（AF0到AF15），可通过GPIOx_AFRL(针对引脚0-7)和GPIOx_AFRH（针对引脚8-15）寄存器对这些输入进行配置，每四位控制一路复用：
1）完成复位后，所有IO都会连接到系统的复用功能0（AF0）。
2）外设的复用功能映射到AF1到AF13。
3）Cortex-M4EVENTOUT映射到AF15。
&&&&&&如图：
上图是针对引脚0-7，对 于引脚8-15，控制寄存器为GPIOx_AFRH。从图中可以看出。当需要使用复用功能的时候，我们配置相应的寄存器GPIOx_AFRL或者GPIOx_AFRH，让对应引脚通过复用器连接到对应的复用功能外设。这里我们列出GPIOx_AFRL寄存器的描述，
GPIOx_AFRH的作用跟GPIOx_AFRL类似，只不过GPIOx_AFRH控制的是一组IO口的高八位，GPIOx_AFRL控制的是一组IO口的低八位
寄存器分别如下：
二.USART实例讲解
以usart2的TX,RX为例
USART2的TX,RX对应的PIN脚分别为：PD5,PD6
1） 首先,我们要使用IO复用功能外设，必须先打开对应的IO时钟和复用功能外设时钟。
/*使能GPIOD时钟*/
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD,ENABLE);
USART2在APB1总线上
/*使能USART2时钟*/
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);
这里需要说明一下，官方库提供了五个打开GPIO和外设时钟的函数分别为：
void& RCC_AHB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph,FunctionalState NewState);
void& RCC_AHB2PeriphClockCmd(uint32_tRCC_AHB2Periph, FunctionalState NewState);
void& RCC_AHB3PeriphClockCmd(uint32_tRCC_AHB3Periph, FunctionalState NewState);
void&& RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_tRCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);
void& RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_tRCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);
这五个函数分别用来打开相应的总线下GPIO和外设时钟。比如我们的串口2是挂载在APB1总线之下，所以我们调用对应的APB1总线下外设时钟使能函数RCC_APB1PeriphClockCmd来使能串口2时钟。对于其他外设我们调用相应的函数即可。
2） 其次，我们在GIPOx_MODER寄存器中将所需IO（对于串口2是PD5,PD6）配置为复用功能（ADC和DAC设置为模拟通道）。
3）再次,我们还需要对IO口的其他参数，例如类型，上拉/下拉以及输出速度。
上面两步，在我们库函数中是通过GPIO_Init函数来实现的，参考代码如下：
/*GPIOD5与GPIOD6初始化*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType= GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_UP; //上拉
GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);//初始化PD5，PD6
&&&&&&4)最后，我们配置GPIOx_AFRL或者GPIOx_AFRH寄存器，将IO连接到所需的AFx。这些步骤对于我们使用库函数来操作的话，是调用的
GPIO_PinAFConfig函数来实现的。具体操作代码如下：
/*PD5连接AF7，复用为USART2_TX */
GPIO_PinAFConfig(GPIOD,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_USART2);
/* PD6连接AF7,复用为USART2_RX*/
GPIO_PinAFConfig(GPIOD,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_USART2);
对于函数GPIO_PinAFConfig函数，入口第一个第二个参数很好理解，可以确定是哪个IO，
对于第三个参数，实际上我们确定了这个IO到底是复用为哪种功能之后，这个参数也很好选择，因为可选的参数在stm32f4xx_gpio.h列出来非常详细，如下
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ST MCU芯片的VCAP管脚话题
整理：MilerShao 用过STM8s芯片的人都会有印象，芯片上都有个VCAP脚，他需要外接一个电容到地。目的是为了保证内部主调压器的电压稳定。数据手册里也给出这个电容的相关参考参数。
如果这个地方不接电容或者参数或位置过于随意，调试、烧录往往会有问题。早期很多人在这个地方遇到麻烦。 其实，除了STM8S芯片有VCAP脚外，STM32也有部分系列芯片有VCAP脚，功能跟上面的8S芯片一样，也是为了让内核电压足够稳定。 记得有一次某工程师，先用STM32F1系列MCU开发过产品，后来转过来用STM32F2系列芯片开发产品时，因为没注意到VCAP1/VCAP2两个脚的处理，发现芯片运行时总是显得极不稳定。【顺便说下，STM32F1没有引出这个VCAP脚的】即使把代码尽量简化也无法消除芯片工作不稳定的异象，后来检查线路时无意中发现VCAP1/VCAP2脚被空置在那里。放上2.2uf电容后，芯片异常消失。
今天，又有个刚用STM32F407开发产品的工程师，在产品调试过程中因为同样原因出现芯片运行不正常的问题。对于刚接触的人来说，这类问题因被人忽视往往一会半会找不到原因而浪费时间。 刚才上面说了，STM32系列中有部分系列芯片有VCAP脚，有的没有。这个也用不着去记它，反正看到芯片管脚图上有VCAP脚的就参考下数据手册做合理处置就好。 另外，关于那个VCAP脚的电容不要放得离芯片管脚太远，要尽可能近。如果摆得太远，或者再加上调试阶段的飞线穿越、甚至其它干扰的话，也很容易出现问题。再就是那电容不要随意取，注意参数和品质，规格书都有推荐。一两个样板不出问题不等于2000个不出一定比例的问题。
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