地鐵AFC系統(tǒng)中的射頻卡讀寫器特點及設計分析

翁智銘

【摘 要】射頻卡讀寫器是地鐵自動售檢票（AFC）系統(tǒng)中重要的核心部件，是一種將計算機技術與射頻技術、微電子技術結合在一起的一種應用。目前已廣泛應用于城市軌道交通系統(tǒng)中，有效的提高了售檢票的工作效率，對于城市地鐵發(fā)展起到了重要的推動作用。本文通過分析地鐵AFC系統(tǒng)中的射頻卡讀寫器的特點，進而對其設計進行了相對全面的分析，以期對其發(fā)展有所幫助。

【關鍵詞】地鐵AFC系統(tǒng) 射頻卡讀寫器 特點 設計分析

隨著我國經濟社會的發(fā)展，城市的軌道交通逐漸承擔了城市主要客運流量，也帶動了地鐵系統(tǒng)的快速發(fā)展。AFC系統(tǒng)在軌道交通上的應用，不僅實現了售票、檢票、收費、計費等全過程的自動化，大大的提高了工作效率，還節(jié)約了人力成本，有效的控制了地鐵的客流量。 而目前我國大多采用ARM處理器作為射頻卡讀寫器系統(tǒng)的處理控制器，通信方式采用RS232或RS422等有線的通信方式，在一定程度上限制了AFC系統(tǒng)的自動化和網絡化進程。

1 我國地鐵AFC系統(tǒng)中射頻卡讀寫器的發(fā)展概況

在城市地鐵AFC系統(tǒng)的設計中，根據功能劃分可以分為五層，第一層是清分系統(tǒng)；第二層是線路中央計算機控制系統(tǒng)；第三層是地鐵車站計算機控制系統(tǒng)；第四層是車站終端設備系統(tǒng)；第五層為車票系統(tǒng)。

其中車站終端設備系統(tǒng)包括自動售票機（TVM）、自動驗票機（TCM）、自動檢票機（AGM）、手持檢票機（PCA）以及票房售票機（BOM）等設備。乘客可以在終端設備上購票、檢票或驗票，在整個過程中，射頻卡讀寫器作為通信核心，連接了射頻卡和終端設備的通信，在AFC系統(tǒng)中占有主要地位。

上世紀90年代初期，地鐵AFC系統(tǒng)在國外已經全面運行，并且在射頻卡讀寫器方面具有壟斷性的技術優(yōu)勢，如美國CUBIC公司、澳大利亞的ERG公司等都是專業(yè)的射頻卡讀寫器制造商。我國在90年代末引進了美國CUBIC公司的AFC系統(tǒng)設備，應用于上海地鐵1、2號線上，隨后隨著技術的發(fā)展，AFC設備國產化，開始大規(guī)模應用于各城市的軌道交通中，促進了城市地鐵的發(fā)展。

2 地鐵AFC系統(tǒng)中射頻卡讀寫器的特點分析

射頻識別技術是射頻卡工作的基礎，射頻識別技術則是一種利用射頻信號通過空間耦合來實現無接觸信息傳遞并識別所傳遞信息的技術。它可以直接通過無線電信號來識別并讀寫傳遞的相關數據，從而不需要通過識別系統(tǒng)與特定的目標建立聯系或進行接觸。射頻卡讀寫器發(fā)出的信號由兩部分疊加組成：一部分是電源信號，另一部分則是數據信號。常用頻率有低頻、高頻、超高頻等，而地鐵AFC系統(tǒng)中一般采用高頻作為數據讀寫頻率。

目前，我國地鐵AFC系統(tǒng)采用的射頻卡讀寫器接口單一，主要采用RS232或RS422等有線通信的方式與終端設備控制主機進行通信，其傳輸速率在一定程度受到限制，不利于在城市地鐵出現高客流或其他復雜情況下，票卡與終端設備之間交易數據的高速傳輸。因此，需要對當前射頻讀卡器進行多方位的設計，在保證讀卡器具有高速數據傳輸性能同時，保證數據傳輸的安全性、準確性和可靠性。

3 地鐵AFC系統(tǒng)中射頻卡讀寫器的設計分析

在我國地鐵AFC系統(tǒng)中對射頻卡數據處理的工作流程一般為終端設備的工控機（ECU）向讀寫器傳送操作指令，讀寫器接到該指令后通過分析執(zhí)行，將工控機（ECU）的指令信號編碼加載在頻率為13.56MHz的載波信號上經天線向外發(fā)送。當射頻卡進入讀寫器工作區(qū)域則可接收到此射頻信號，此時卡內芯片中的射頻接口模塊由此信號獲得電源電壓后產生復位信號建立時鐘信號，同時卡內芯片中的有關電路對此信號進行解調、解碼、解密，然后由內部管理程序對命令請求、密碼、權限等進行判斷。如果命令請求、密碼、權限正確，由射頻卡內部控制邏輯電路執(zhí)行相應功能，并向讀寫器返回處理結果信息。

（1）硬件設計。射頻卡讀寫器在硬件上主要由主控CPU、射頻發(fā)收模塊、SAM卡認證電路、通信電路、Flash/SDRAM存儲器件以及報警電路等部分組成。在CPU處理器上可采用主頻達到180Mhz、全速12Mbps從機接口的AT91SAM9260，可以明顯的提高射頻卡讀寫器數據的處理速度，存儲器的擴展容量可采用256MB的NAND Flash存儲數據，并采用容量為2MB的NOR Flash存儲代碼，有效的將存儲數據和存儲代碼分離，不但提高了數據存儲量，代碼的執(zhí)行效率也得到了提高。

在射頻卡讀寫器中，芯片的設計是影響其工作質量的重要一環(huán)。通常，芯片可以采用飛利浦公司的讀卡器芯片MFRC531，該芯片具有高集成度、抗電磁干擾和數據處理能力強的特點。為了避免讀卡器天線自身線圈產生的磁場干擾射頻卡的通信，影響讀寫器的電磁兼容性，可采用射頻卡讀寫器主板和天線分別制版，這樣不僅可以保證電磁的兼容性，還形成了模塊化的系統(tǒng)結構，為以后系統(tǒng)升級提供了可能。

（2）軟件設計。C語言是射頻卡讀寫器軟件開發(fā)編程的主要語言。主程序對各個模塊進行控制，并對各個模塊之間的工作進行協(xié)調，使得各個系統(tǒng)模塊正常有序的運行。通常在設計上遵循兩個原則：一是方便設計好的程序調試和維護，可采用模塊化和結構化的編程理念，將各程序合理地組織起來；二是當外界無卡時，需要切換到空閑模式，以降低讀寫器功耗，可采用高效的中斷機制，實時接收終端設備的命令，以實現串口中斷的目的。

4結語

射頻卡讀寫器是地鐵AFC系統(tǒng)中的重要組成部分，影響地鐵運營服務質量及乘客體驗的滿意度，因此在對射頻卡讀寫器進行設計時，要充分考慮其安全性、穩(wěn)定性和準確性，并根據實際情況，設計出處理數據效率更高、電磁兼容性更好的自能化控制系統(tǒng)，以適應不斷發(fā)展的軌道交通事業(yè)。

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