地鐵AFC系統(tǒng)中基于ARM9的雙模射頻IC卡讀卡器設(shè)計(jì)

舒婷

摘要：隨著城市鐵路設(shè)備發(fā)展，地鐵制動(dòng)裝置越來越多安裝適用于AFC地鐵系統(tǒng)的雙模射頻IC讀卡器。雙模射頻IC讀卡器作為射頻技術(shù)衍生物，具有運(yùn)算速度快、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、安全性高等多種優(yōu)勢(shì)，適用于多頻率模式卡。該技術(shù)具有廣闊前景，可以縮短進(jìn)出站時(shí)間，更好促進(jìn)和支持移動(dòng)電子商務(wù)發(fā)展。本文以A市地鐵1號(hào)線運(yùn)行為例，對(duì)AFC系統(tǒng)中基于ARM9雙模射頻IC卡讀卡器設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：地鐵AFC系統(tǒng);雙模射頻;IC卡讀卡器

在城市交通中，地鐵、電車、輕軌是主要軌道交通方式。其中地鐵是本世紀(jì)中國(guó)大力發(fā)展主要城市交通方式，由于其相對(duì)其他交通方式來說具有不擁堵、排放少、安全高速等優(yōu)勢(shì)，可以將城市現(xiàn)代化發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行合理體現(xiàn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化范圍逐漸擴(kuò)大，城市人口增多，這些對(duì)城市交通提出挑戰(zhàn)，在很大程度上限制經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)。要從根本上解決城市交通問題，必須促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，對(duì)城市交通方式進(jìn)行變革。目前圍繞城市軌道交通項(xiàng)目產(chǎn)品市場(chǎng)前景非常廣泛，本文通過深入研究，采用業(yè)內(nèi)最新技術(shù)在AFC地鐵系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)ARM9雙模射頻讀卡器設(shè)計(jì)。

1 概述

踏入21世紀(jì)后，我國(guó)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模較大，具有相應(yīng)配套AFC系統(tǒng)設(shè)施布局需求日增。計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件和硬件集成開發(fā)中伴隨自動(dòng)化發(fā)展突破，AFC城市軌道交通系統(tǒng)研究取得顯著飛躍。該技術(shù)興起直接帶動(dòng)相關(guān)科技企業(yè)相繼發(fā)展。在技術(shù)領(lǐng)域IC卡讀卡器設(shè)計(jì)是AFC系統(tǒng)重要部分，為其提供2.4ghz射頻IC卡解決方案。地鐵運(yùn)行中，AFC系統(tǒng)與乘客直接接觸最密切，地鐵公司最具代表性設(shè)備是檢票閘機(jī)和IC卡，讀卡器通過掃描IC卡可以讀取乘客數(shù)據(jù)，完成地鐵乘坐出入站刷卡操作。因此讀卡器需要加快IC卡簽入和退出速度，提升數(shù)據(jù)處理效率，其讀取速度會(huì)直接影響乘客排隊(duì)出入站時(shí)間，對(duì)AFC系統(tǒng)工作效率造成影響。地鐵目前支持多種IC卡檢查方法。此外，采用業(yè)界最新ARM9雙模射頻技術(shù)，對(duì)讀卡器進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)架，大幅縮短旅客進(jìn)出連接車站時(shí)間，并提供順暢出行經(jīng)驗(yàn)。

以A市地鐵1號(hào)線為例，讀卡器讀寫操作在射頻 IC 卡和無緩電波之間執(zhí)行。一旦卡接收到信號(hào)，設(shè)備對(duì)卡片完成讀取功能。第二部分是指令性信號(hào)和輸入數(shù)據(jù)，指示芯片讀取、修改和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，將信號(hào)返回讀卡器以完成操作，由此完成IC卡數(shù)據(jù)更改。讀卡器通常由中央處理模塊、射頻采集模塊和射頻天線組成。RF IC 映射分為兩個(gè)不同區(qū)域：系統(tǒng)區(qū)域和用戶區(qū)域。系統(tǒng)區(qū)域由卡制造商、系統(tǒng)開發(fā)人員和地鐵工作人員使用，如IC卡出現(xiàn)故障需要進(jìn)行處理，發(fā)卡機(jī)構(gòu)相關(guān)工作人員使用系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行更改數(shù)據(jù)。用戶區(qū)域一般用于儲(chǔ)存持卡人數(shù)據(jù)信息，當(dāng)持卡人需要進(jìn)行查詢余額、充值等操作時(shí)，可以使用用戶權(quán)限[1]。

2 雙模射頻IC卡讀卡器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

以A市地鐵1號(hào)線運(yùn)例，雙模射頻IC讀卡器采用新技術(shù)模塊化分層設(shè)計(jì)，同時(shí)，具有相同功能類型電路模塊被集成到pcb板中，在電路之間被接受標(biāo)準(zhǔn)接口相互連接，系統(tǒng)外形緊湊，可靠性高。IC卡ARM9雙模射頻讀卡器構(gòu)造可分為四部分。分別是于主機(jī)板、主控處理模塊、雙模射頻模塊設(shè)計(jì)以及加密模塊，具體分析如下[2]。

2.1雙模射頻模塊設(shè)計(jì)

雙模射頻模塊設(shè)計(jì)創(chuàng)新通過集成13.56兆赫和2.4千兆赫RF雙模天線來開發(fā)雙模天線。傳統(tǒng)RF IC卡最大優(yōu)勢(shì)是距離近、保密性好、終端支持范圍廣、產(chǎn)業(yè)鏈成熟。但隨著移動(dòng)支付推廣，手機(jī)平臺(tái)被添加到IC卡片讀取模塊中。目前，市場(chǎng)上主要高質(zhì)量手機(jī)采用設(shè)計(jì)是SIM卡插槽后部被手機(jī)電池鎖定，并增加金屬電池后蓋。如果13.56 MhZ操作頻率被接受，無線電頻率不能穿透手機(jī)電池和金屬蓋，則無法接受和傳輸信號(hào)。以A市地鐵1號(hào)線為例，天線射頻模塊2.4 GHz，由ZTE半導(dǎo)體開發(fā)技術(shù)提供，該技術(shù)使用物理上稱為電磁駝峰原理雷達(dá)模型與-SIM卡通信，作為一種短距離通信傳輸技術(shù)。

2.2讀卡器主板

以A市地鐵1號(hào)線為例，讀卡器主板電路提供系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、功率電路處理13.56MHz信號(hào)主要模塊以及各種內(nèi)外部標(biāo)準(zhǔn)接口模塊。主電路板外接界面有兩個(gè)RS232界面，負(fù)責(zé)將天線連接至工業(yè)電腦。為防止混淆，一接口連接到RF天線，另一接口連接到端口工業(yè)計(jì)算機(jī)。除RS232接口外，外部接口還具有用于通信BNC射頻接口和主板外部接口電源接口。主板內(nèi)部接口模塊具有一個(gè)用于處理數(shù)據(jù)主插槽和中轉(zhuǎn)接口，主控制模塊插槽對(duì)應(yīng)于pc上主控制面板cpu插槽位置，主控制面板需要使用金手指槽座固定在主卡上[3]。

2.3加密模塊

軌道交通IC卡具有一套完整加密算法和身份驗(yàn)證，用于非接觸式讀卡器雙模射頻IC卡讀取。在實(shí)際應(yīng)用中，Sam加密模塊可以提供安全檢查機(jī)制，用于輔助卡片讀取和寫入設(shè)計(jì)。以A市地鐵1號(hào)線為例，SAM 卡塊加密和替換是一個(gè)獨(dú)立深度模塊，通過8針插槽接口連接到主板，卡插槽類似于中繼機(jī)制。鑒于未來AFC系統(tǒng)潛力，需要將讀取器加密模式廣泛推廣，以保持旅客信息安全。

2.4主控處理模塊

以A市地鐵1號(hào)線為例，處理讀卡器控制主要模塊是整個(gè)讀卡器系統(tǒng)內(nèi)核，它基本上采用三星ARM9解決方案，集成三星3C2410A芯片、外設(shè)時(shí)鐘晶體振蕩器芯片ERROM和FLASH，在電路板同向形成讀卡器處理模塊，通過金手指槽連接到讀卡器主板。對(duì)讀卡器系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行開發(fā)，檢查其工作流程，避免出現(xiàn)錯(cuò)漏，最終完成AFC系統(tǒng)下IC卡讀卡器軟件設(shè)計(jì)[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，為適應(yīng)軌道交通不斷發(fā)展，加強(qiáng)新票型、新服務(wù)、新支付方式，最大限度減少對(duì)現(xiàn)有線性網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)換成本影響，擺脫對(duì)設(shè)備供應(yīng)商依賴，IC卡讀卡器設(shè)計(jì)必須具有標(biāo)準(zhǔn)化。隨著地鐵AFC系統(tǒng)發(fā)展，IC卡讀卡器實(shí)現(xiàn)全面覆蓋與應(yīng)用，在ARM9雙模射頻技術(shù)輔助下發(fā)揮關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]范巍.城市軌道交通AFC系統(tǒng)線網(wǎng)讀寫器的標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)[J].都市快軌交通，2016，29（03）：110-113.

[2]黃藍(lán)會(huì).移動(dòng)支付讀卡器的硬件設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015，23（22）：156-157+164.

[3]潘春偉，羅明華，姚慶梅.具有防復(fù)制卡功能的ID卡讀卡器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（02）：34-36+42.

[4]呂中興，黃艷，閔惠芳.門禁系統(tǒng)的非接觸式IC卡讀卡器設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（12）：138-140.

（作者單位：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)一分公司）