RFID技術在紙幣錢箱ID識別中的應用

王晶鑫+蔡銘

【摘 要】廣州地鐵AFC系統自動售票機（簡稱TVM）紙幣錢箱ID識別的方式為接觸式，故障率較高主要是由于ID識別的連接器與安裝在錢箱的ID芯片接觸不良的問題導致。ID識別的故障會導致紙幣模塊的停用，本文介紹了RFID（射頻識別）技術的原理是如何應用在在廣州地鐵AFC系統中TVM紙幣錢箱ID中，并給出具體的解決方案。

【關鍵詞】AFC系統、；紙幣錢箱、；RFID技術、；ID識別

一、引言

廣州地鐵AFC系統TVM采用接觸式ID識別技術實現ID識別功能，此類ID識別技術原理較簡單，依靠金屬片的接觸產生信號，使紙幣模塊可以識別出錢箱的ID信息。同時，因為它需要的材料較簡單，設備較輕便，所以在要求不高的層面上都可以得到廣泛的應用。

雖然接觸式ID識別技術原理較為簡單，但是也存在一些不足。接觸片由于長時間裸露于空氣中，產生不可逆的氧化作用，使接觸電阻大大的增大，影響其正常工作，從而不能達到ID識別的作用。

而RFID技術可以從根本上解決目前接觸式ID識別的現有的故障，從而提高工作的效率，降低故障率。

二、RFID自動識別技術

射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞信息達到識別目的的技術。典型的射頻標簽（射頻識別系統）工作頻率按載波頻率分為低頻射頻標簽、中頻射頻標簽和高頻射頻標簽。

考慮到TVM的紙幣錢箱支架是全金屬外殼，而且錢箱在支架空間狹小等因素，若采用RFID技術就必須選擇適當的頻率范圍，以達到準確識別的目的。要提高讀寫速度，增大金屬的穿透率以及控制標簽的適當大小，符合這樣條件的頻率是在HF、UHF頻段。

三、RFID在紙幣錢箱ID識別中的實現

（一）錢箱ID識別結構和不足

紙幣錢箱支架的功能是將TVM接收的紙幣整齊地壓進錢箱、檢測錢箱狀態和讀取錢箱ID。原紙幣錢箱ID識別模塊包括ID芯片和ID觸板兩部分：

ID芯片安裝于錢箱側面，使用的是可編程FLASH微處理器，管腳以金屬觸點的形式與外電路連接并進行通信。為改善金屬觸點的傳導性能，觸點表面進行了鍍金處理，使用過程中也需要經常清潔觸點表面，保證良好的傳導。

ID觸板安裝于支架側面，五根金屬爪等距地焊在PCB板上，ID觸板通過連接鐵片固定在支架側面，ID觸板是可以活動的，并有一扭轉彈簧。觸板中設有一個可滾動的輥子，當打開錢箱支架鎖的同時，有聯動機構會頂起此輥子，斷開其與ID芯片的接觸，此時可以取出紙幣錢箱。

ID觸板有五根相同的彎曲造型的金屬爪，五根金屬爪分別對應ID芯片的五個金屬觸點，在主控與ID芯片的通信過程中，兩者必須保證良好接觸才能完成錢箱ID數據的讀取。若ID金屬爪不能與ID芯片觸點良好接觸，會導致支架主控與ID芯片的通信無法建立，出現E53故障（與ID芯片失去通信故障）。

（二）RDID（射頻識別）技術實現方案

根據上述分析，ID識別故障主要是ID識別模塊容易發生接觸不良導致的。通過市場調查和在用的ID識別模塊進行分析，基本確定了利用RFID（射頻識別）技術實現的方案。

通過在錢箱側面安裝ID票卡，在支架安裝讀卡器的方式實現。根據讀卡距離要求和安裝尺寸，首先確定了選用的讀卡模塊，從而制定了具體的整改方案。整改方案主要包含支架錢箱機械加工、支架錢箱工作控制流程分析、支架板控制程序編寫、電路板設計、射頻讀卡模塊五個部分。

3.2.11.支架錢箱機械加工

由于支架和錢箱都是金屬材質，金屬環境會影響射頻信號導致讀卡性能不滿足要求，因此需要對支架錢箱在原安裝孔位上再進行開孔加工，開孔位置用來安裝讀卡天線和ID票卡，以達到讀卡性能要求。

本項目采用型號為Philips mifare ultralight 的TOKEN作為ID票卡，因為金屬干擾的原因，票卡不能直接安裝在錢箱金屬表面，所以需要對錢箱側面進行開孔并裝上塑料票卡安裝板，票卡安裝在圓槽處。

3.2.22.支架控制板工作流程研究

本項目采用了新的方式實現紙幣錢箱ID識別功能，需要設計支架控制板與RFID讀卡模塊的通信協議。除ID識別模塊控制部分，支架控制板需要保持原有的所有控制功能，包括與上位主控的通信、執行上位主控的指令、返回錢箱支架狀態、支架各個器件的驅動和控制，實現接收紙幣的壓鈔、檢測錢箱鎖/取出狀態等。另外需要選用合適的讀卡模塊，開發讀卡模塊的接口通信和控制程序，使ID識別功能滿足實際使用需求。

3.2.33.通信協議和程序編寫

支架主控通過RS232與上位主控進行通信，上位主控以數據包的形式向支架主控發送執行指令和狀態詢問指令，支架主控接收到執行指令后，執行相應的動作；支架主控接收到狀態詢問指令后，反饋實時狀態碼。假如信息被正確接收，對方便會分別在隨后回復[ACK]（06H），否則回復[NAK]（15H）。

當紙幣模塊接收到B1指令（將紙幣收進錢箱）后，紙幣被移送入支架，壓鈔電磁閥動作將紙幣夾緊并移送至壓鈔區，壓鈔區的傳感器檢測到紙幣被送進來以后，壓鈔裝置動作，將紙幣壓進錢箱。

讀卡器不斷檢測天線附近是否有卡，并根據檢測結果改變SDA腳的狀態供支架控制板查詢。控制板通過查詢SDA腳的狀態來判斷是否有卡，為確保判斷的準確性，設定需檢測到連續254次的狀態變化才真正判斷“有卡”狀態。收到讀取錢箱ID的指令后，支架控制板將SCL腳置零，讀卡器檢測到SCL腳被置零，開始發送卡號。

3.2.44.電路硬件電路設計

讀卡模塊設計選用Type A標準，硬件電路選用13.56MHz 非接觸式通信中高集成讀寫卡芯片MF RC531和STC 89C54RD+微處理器，讀卡器的設計能滿足正常環境下讀卡距離達到70MM以上，天線和讀卡控制板一體化設計是為了安裝方便和E54傳感器的準確定位。

由于讀卡器需要在封閉的金屬環境下使用，天線的調諧要放在最終的使用環境中進行調諧，主要是調節天線匹配電路中CS、CP兩個電容的值。

由于支架側面與錢箱側面的距離只有10MM左右，所以對讀卡距離要求不高，讀卡距離只需要達到25MM至30MM即可保證可靠讀取錢箱ID。通過兩個可調電容進行調試，最終確定了天線的匹配電路設計。

四、結束語

本文重點介紹了TVM紙幣錢箱ID識別在目前的一些不足，找出了ID識別故障發生的主要原因。同時，介紹RFID技術的原理，指出RFID系統的非接觸式感應ID識別的優點，從技術上提出解決目前ID識別的不足的方案。

當然，系統并不是完美的，許多方面還要繼續改善，譬如可能在不能預見的情況下所出現的電磁干擾等，不過相信在工作人員在未來中一定可以一一解決這些問題。

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