地鐵AFC系統中的射頻卡讀寫器設計分析

郭松 葛德勇

摘要：本文主要分析了地鐵AFC系統功能，重點介紹了地鐵AFC系統中射頻卡讀寫器的硬件和軟件設計，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、進出閘機上。通過對射頻卡讀寫器設計進行研究，以期為地鐵AFC系統的安全運行提供保障，進而實現經濟與社會效益的最大化。

關鍵詞：地鐵AFC系統；射頻卡讀寫器；硬件；軟件；設計

1.讀寫器功能分析

在地鐵AFC系統中，終端設備能夠為乘客提供售檢票服務的設備，此時乘客可以借助射頻卡購買票卡、為票卡充值、進出閘機，而射頻卡讀寫器則是確保射頻卡與終端設備準確連接的橋梁。作為與射頻卡通信的關鍵技術，射頻卡讀寫器其所具備的性能和數據處理能力高低將會對地鐵AFC系統的運行效率產生決定性的影響，射頻卡讀寫器總體結構如圖2：

目前，射頻卡讀寫器基本選擇了RS422或RS232現場終端設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，而且也無法與遠程監控主機實現無線通信，在一定程度上限制了讀寫器網絡化的進程。此時可以增加USB傳輸接口，其既可以提高數據傳輸效率，而且還可以通過增加GPRS無線通信技術來實現與遠程監控主機的有效通信，且實時將設備狀態信息發送至監控主機，以此來確保射頻卡讀寫器的安全性和可靠性。

2.射頻卡讀寫器設計

2.1硬件設計

在硬件設計過程中，射頻卡讀寫器主要是由射頻發收模塊、主控CPU、通信電路、SAM卡認證電路、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到180Mhz，這樣既可以提高射頻卡讀寫器效率，而且存儲器的擴展容量可以選擇256MB的NAND Flash來實現對數據的有效存儲，以確保存儲代碼存儲數據和的有效分離，提高數據存儲量和存儲效率。

在射頻卡讀寫器中，要重視芯片的設計工作，芯片主要是飛利浦公司生產的讀卡器芯片MFRC531，其具有抗電磁干擾、高集成度和數據處理能力強的優勢，為了降低讀卡器天線自身線圈對射頻卡通信所產生的磁場干擾，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，而且還可以構建模塊化的系統結構，為后續的射頻卡讀寫器升級提供了可能。

2.2軟件設計

2.2.1軟件總體結構

射頻卡讀寫器選擇了C語言開發，在設計讀寫器軟件過程中選擇了模塊化的編程思想，其系統軟件包括了射頻卡識別及讀寫子模塊、主程序、USB及GPRS數據傳輸子模塊，可以實現RS232/RS422多接口協同工作。

射頻卡讀寫器軟件總體結構可以實現對各個模塊的有效控制，并對各模塊間的工作進行有效協調，以確保這個系統的安全、高效運行。在正常工作循環過程中，射頻卡還具有感應作用，其能夠對射頻卡進行相關讀寫操作。

為了確保射頻卡讀寫器相關功能的順利實現，可以對前后臺工作任務進行科學、合理的安排，既可以借助結構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、調試和維護，而且還能夠引入高效的中斷機制，并實時接收來自于監控主機或自設備終端發生的命令，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數據傳輸程序

在地鐵AFC系統中，GPRS數據終端的主要作用是連接遠程監控中心與讀寫器設備的通信，并借助GPRS模塊M33來對主機的運行狀況進行遠程監控。通常情況下，模塊M33有自動監控和短消息接收兩種狀態。

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行設置，如果遠程監控主機與M33模塊建立GPRS連接后，可以實時向M33發送短消息。當M33獲得該信息后，將會直接向處理器發送相關數據信息，并由此產生串口中斷，使其進入中斷服務子程序，并完成“AT+CMGR”讀取短消息指令。除此之外，M33還能夠對讀寫器進行自動監控，當讀寫器處于異常工作狀態時，能夠主動向監控主機傳輸短消息，并構建GPRS連接，以便更好的了解和掌握監控主機讀寫器的運行狀態，真正實現了地鐵AFC系統的網絡化和自動化。

2.2.3射頻卡讀寫程序

微處理器可以有效控制MF RC531相關寄存器，以此來順利實現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：

如果射頻卡進入讀寫器感應范圍（10cm內）時，將會使射頻卡上電復位，順利接收來自于MF RC531發送的請求應答指令，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將會發送防沖突指令，使地鐵AFC系統進入防沖突循環中，只有在認證通過后才能夠完成讀、寫、加、減等相關操作。上述操作結束后，MF RC531將會發出停卡指令，此時的射頻卡將會從激活狀態轉變成停止狀態，即完成一次交易。

3.結束語

綜上所述，在地鐵AFC系統中，射頻卡讀寫器是比較關鍵的組成部分，其會對乘客體驗的滿意度和地鐵運營服務質量產生一定的影響，因此在設計射頻卡讀寫器過程中，要根據實際情況，對其安全性、穩定性和準確性給予綜合考慮，這樣既可以提高數據處理效率，而且還可以提高射頻卡讀寫器的兼容性，進而推動軌道交通事業的發展。

參考文獻

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

[2]高芳玲，滿慶豐，夏繼強.地鐵AFC系統中的射頻卡讀寫器設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2010，12（1）：111-112.

（作者單位：南京熊貓信息產業有限公司）