地鐵AFC系統(tǒng)中的射頻卡讀寫器設(shè)計分析

郭松 葛德勇

摘要：本文主要分析了地鐵AFC系統(tǒng)功能，重點介紹了地鐵AFC系統(tǒng)中射頻卡讀寫器的硬件和軟件設(shè)計，它不僅可以提高售檢票工作效率，而且還可以方便地安裝在地鐵售票機(jī)、進(jìn)出閘機(jī)上。通過對射頻卡讀寫器設(shè)計進(jìn)行研究，以期為地鐵AFC系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障，進(jìn)而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與社會效益的最大化。

關(guān)鍵詞：地鐵AFC系統(tǒng)；射頻卡讀寫器；硬件；軟件；設(shè)計

1.讀寫器功能分析

在地鐵AFC系統(tǒng)中，終端設(shè)備能夠為乘客提供售檢票服務(wù)的設(shè)備，此時乘客可以借助射頻卡購買票卡、為票卡充值、進(jìn)出閘機(jī)，而射頻卡讀寫器則是確保射頻卡與終端設(shè)備準(zhǔn)確連接的橋梁。作為與射頻卡通信的關(guān)鍵技術(shù)，射頻卡讀寫器其所具備的性能和數(shù)據(jù)處理能力高低將會對地鐵AFC系統(tǒng)的運(yùn)行效率產(chǎn)生決定性的影響，射頻卡讀寫器總體結(jié)構(gòu)如圖2：

目前，射頻卡讀寫器基本選擇了RS422或RS232現(xiàn)場終端設(shè)備與有線通信方式完成通信工作，其不僅接口單一，傳輸速率有限，而且也無法與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)實現(xiàn)無線通信，在一定程度上限制了讀寫器網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程。此時可以增加USB傳輸接口，其既可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，而且還可以通過增加GPRS無線通信技術(shù)來實現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的有效通信，且實時將設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)送至監(jiān)控主機(jī)，以此來確保射頻卡讀寫器的安全性和可靠性。

2.射頻卡讀寫器設(shè)計

2.1硬件設(shè)計

在硬件設(shè)計過程中，射頻卡讀寫器主要是由射頻發(fā)收模塊、主控CPU、通信電路、SAM卡認(rèn)證電路、報警電路及Flash/SDRAM存儲器件等部分組成。通常情況下，在CPU處理器上可使主頻達(dá)到180Mhz，這樣既可以提高射頻卡讀寫器效率，而且存儲器的擴(kuò)展容量可以選擇256MB的NAND Flash來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效存儲，以確保存儲代碼存儲數(shù)據(jù)和的有效分離，提高數(shù)據(jù)存儲量和存儲效率。

在射頻卡讀寫器中，要重視芯片的設(shè)計工作，芯片主要是飛利浦公司生產(chǎn)的讀卡器芯片MFRC531，其具有抗電磁干擾、高集成度和數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的優(yōu)勢，為了降低讀卡器天線自身線圈對射頻卡通信所產(chǎn)生的磁場干擾，可以選擇分別制版射頻卡讀寫器的天線和主板，這樣既能夠確保電磁的兼容性，而且還可以構(gòu)建模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的射頻卡讀寫器升級提供了可能。

2.2軟件設(shè)計

2.2.1軟件總體結(jié)構(gòu)

射頻卡讀寫器選擇了C語言開發(fā)，在設(shè)計讀寫器軟件過程中選擇了模塊化的編程思想，其系統(tǒng)軟件包括了射頻卡識別及讀寫子模塊、主程序、USB及GPRS數(shù)據(jù)傳輸子模塊，可以實現(xiàn)RS232/RS422多接口協(xié)同工作。

射頻卡讀寫器軟件總體結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對各個模塊的有效控制，并對各模塊間的工作進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，以確保這個系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。在正常工作循環(huán)過程中，射頻卡還具有感應(yīng)作用，其能夠?qū)ι漕l卡進(jìn)行相關(guān)讀寫操作。

為了確保射頻卡讀寫器相關(guān)功能的順利實現(xiàn)，可以對前后臺工作任務(wù)進(jìn)行科學(xué)、合理的安排，既可以借助結(jié)構(gòu)化和模塊化的編程思想，以保證讀寫器可以合理的將各程序組織在一起，方便對程序的有效修改、調(diào)試和維護(hù)，而且還能夠引入高效的中斷機(jī)制，并實時接收來自于監(jiān)控主機(jī)或自設(shè)備終端發(fā)生的命令，定時器中斷可以有效切換讀寫器工作模式，降低讀寫器的功耗。

2.2.2 GPRS數(shù)據(jù)傳輸程序

在地鐵AFC系統(tǒng)中，GPRS數(shù)據(jù)終端的主要作用是連接遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與讀寫器設(shè)備的通信，并借助GPRS模塊M33來對主機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。通常情況下，模塊M33有自動監(jiān)控和短消息接收兩種狀態(tài)。

在上電后M33模塊可以通過指令“AT+CNMI”來對短消息提醒功能進(jìn)行設(shè)置，如果遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)與M33模塊建立GPRS連接后，可以實時向M33發(fā)送短消息。當(dāng)M33獲得該信息后，將會直接向處理器發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并由此產(chǎn)生串口中斷，使其進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，并完成“AT+CMGR”讀取短消息指令。除此之外，M33還能夠?qū)ψx寫器進(jìn)行自動監(jiān)控，當(dāng)讀寫器處于異常工作狀態(tài)時，能夠主動向監(jiān)控主機(jī)傳輸短消息，并構(gòu)建GPRS連接，以便更好的了解和掌握監(jiān)控主機(jī)讀寫器的運(yùn)行狀態(tài)，真正實現(xiàn)了地鐵AFC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和自動化。

2.2.3射頻卡讀寫程序

微處理器可以有效控制MF RC531相關(guān)寄存器，以此來順利實現(xiàn)對射頻卡的讀寫工作。對射頻卡讀寫器的操作主要包括選卡、尋卡、認(rèn)證、防沖突、增值、減值、讀塊、寫塊、掛起等，具體操作流程如圖2：

如果射頻卡進(jìn)入讀寫器感應(yīng)范圍（10cm內(nèi)）時，將會使射頻卡上電復(fù)位，順利接收來自于MF RC531發(fā)送的請求應(yīng)答指令，并能夠返回卡的類型號。如果讀卡器有多張卡同時接近時，MF RC531將會發(fā)送防沖突指令，使地鐵AFC系統(tǒng)進(jìn)入防沖突循環(huán)中，只有在認(rèn)證通過后才能夠完成讀、寫、加、減等相關(guān)操作。上述操作結(jié)束后，MF RC531將會發(fā)出?？ㄖ噶睿藭r的射頻卡將會從激活狀態(tài)轉(zhuǎn)變成停止?fàn)顟B(tài)，即完成一次交易。

3.結(jié)束語

綜上所述，在地鐵AFC系統(tǒng)中，射頻卡讀寫器是比較關(guān)鍵的組成部分，其會對乘客體驗的滿意度和地鐵運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，因此在設(shè)計射頻卡讀寫器過程中，要根據(jù)實際情況，對其安全性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性給予綜合考慮，這樣既可以提高數(shù)據(jù)處理效率，而且還可以提高射頻卡讀寫器的兼容性，進(jìn)而推動軌道交通事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]翁智銘.地鐵AFC系統(tǒng)中的射頻卡讀寫器特點及設(shè)計分析[J].中國科技縱橫，2016，4（18）：68-69.

[2]高芳玲，滿慶豐，夏繼強(qiáng).地鐵AFC系統(tǒng)中的射頻卡讀寫器設(shè)計[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010，12（1）：111-112.

（作者單位：南京熊貓信息產(chǎn)業(yè)有限公司）