地鐵AFC系統中基于ARM9的雙模射頻IC卡讀卡器設計

舒婷

摘要：隨著城市鐵路設備發展，地鐵制動裝置越來越多安裝適用于AFC地鐵系統的雙模射頻IC讀卡器。雙模射頻IC讀卡器作為射頻技術衍生物，具有運算速度快、集成度高、抗干擾能力強、安全性高等多種優勢，適用于多頻率模式卡。該技術具有廣闊前景，可以縮短進出站時間，更好促進和支持移動電子商務發展。本文以A市地鐵1號線運行為例，對AFC系統中基于ARM9雙模射頻IC卡讀卡器設計進行分析。

關鍵詞：地鐵AFC系統;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。其中地鐵是本世紀中國大力發展主要城市交通方式，由于其相對其他交通方式來說具有不擁堵、排放少、安全高速等優勢，可以將城市現代化發展與可持續發展進行合理體現。隨著我國經濟發展，城市化范圍逐漸擴大，城市人口增多，這些對城市交通提出挑戰，在很大程度上限制經濟發展和城市建設。要從根本上解決城市交通問題，必須促進技術進步，對城市交通方式進行變革。目前圍繞城市軌道交通項目產品市場前景非常廣泛，本文通過深入研究，采用業內最新技術在AFC地鐵系統中實現ARM9雙模射頻讀卡器設計。

1 概述

踏入21世紀后，我國城市軌道交通基礎設施建設規模較大，具有相應配套AFC系統設施布局需求日增。計算機技術、軟件和硬件集成開發中伴隨自動化發展突破，AFC城市軌道交通系統研究取得顯著飛躍。該技術興起直接帶動相關科技企業相繼發展。在技術領域IC卡讀卡器設計是AFC系統重要部分，為其提供2.4ghz射頻IC卡解決方案。地鐵運行中，AFC系統與乘客直接接觸最密切，地鐵公司最具代表性設備是檢票閘機和IC卡，讀卡器通過掃描IC卡可以讀取乘客數據，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，提升數據處理效率，其讀取速度會直接影響乘客排隊出入站時間，對AFC系統工作效率造成影響。地鐵目前支持多種IC卡檢查方法。此外，采用業界最新ARM9雙模射頻技術，對讀卡器進行設計構架，大幅縮短旅客進出連接車站時間，并提供順暢出行經驗。

以A市地鐵1號線為例，讀卡器讀寫操作在射頻 IC 卡和無緩電波之間執行。一旦卡接收到信號，設備對卡片完成讀取功能。第二部分是指令性信號和輸入數據，指示芯片讀取、修改和存儲數據，將信號返回讀卡器以完成操作，由此完成IC卡數據更改。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 映射分為兩個不同區域：系統區域和用戶區域。系統區域由卡制造商、系統開發人員和地鐵工作人員使用，如IC卡出現故障需要進行處理，發卡機構相關工作人員使用系統權限進行更改數據。用戶區域一般用于儲存持卡人數據信息，當持卡人需要進行查詢余額、充值等操作時，可以使用用戶權限[1]。

2 雙模射頻IC卡讀卡器設計結構

以A市地鐵1號線運例，雙模射頻IC讀卡器采用新技術模塊化分層設計，同時，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準接口相互連接，系統外形緊湊，可靠性高。IC卡ARM9雙模射頻讀卡器構造可分為四部分。分別是于主機板、主控處理模塊、雙模射頻模塊設計以及加密模塊，具體分析如下[2]。

2.1雙模射頻模塊設計

雙模射頻模塊設計創新通過集成13.56兆赫和2.4千兆赫RF雙模天線來開發雙模天線。傳統RF IC卡最大優勢是距離近、保密性好、終端支持范圍廣、產業鏈成熟。但隨著移動支付推廣，手機平臺被添加到IC卡片讀取模塊中。目前，市場上主要高質量手機采用設計是SIM卡插槽后部被手機電池鎖定，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電池和金屬蓋，則無法接受和傳輸信號。以A市地鐵1號線為例，天線射頻模塊2.4 GHz，由ZTE半導體開發技術提供，該技術使用物理上稱為電磁駝峰原理雷達模型與-SIM卡通信，作為一種短距離通信傳輸技術。

2.2讀卡器主板

以A市地鐵1號線為例，讀卡器主板電路提供系統時鐘模塊、功率電路處理13.56MHz信號主要模塊以及各種內外部標準接口模塊。主電路板外接界面有兩個RS232界面，負責將天線連接至工業電腦。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計算機。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。主板內部接口模塊具有一個用于處理數據主插槽和中轉接口，主控制模塊插槽對應于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證，用于非接觸式讀卡器雙模射頻IC卡讀取。在實際應用中，Sam加密模塊可以提供安全檢查機制，用于輔助卡片讀取和寫入設計。以A市地鐵1號線為例，SAM 卡塊加密和替換是一個獨立深度模塊，通過8針插槽接口連接到主板，卡插槽類似于中繼機制。鑒于未來AFC系統潛力，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號線為例，處理讀卡器控制主要模塊是整個讀卡器系統內核，它基本上采用三星ARM9解決方案，集成三星3C2410A芯片、外設時鐘晶體振蕩器芯片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。對讀卡器系統驅動程序進行開發，檢查其工作流程，避免出現錯漏，最終完成AFC系統下IC卡讀卡器軟件設計[4]。

3 結語

綜上所述，為適應軌道交通不斷發展，加強新票型、新服務、新支付方式，最大限度減少對現有線性網絡和轉換成本影響，擺脫對設備供應商依賴，IC卡讀卡器設計必須具有標準化。隨著地鐵AFC系統發展，IC卡讀卡器實現全面覆蓋與應用，在ARM9雙模射頻技術輔助下發揮關鍵作用。

參考文獻：

[1]范巍.城市軌道交通AFC系統線網讀寫器的標準與設計[J].都市快軌交通，2016，29（03）：110-113.

[2]黃藍會.移動支付讀卡器的硬件設計[J].電子設計工程，2015，23（22）：156-157+164.

[3]潘春偉，羅明華，姚慶梅.具有防復制卡功能的ID卡讀卡器設計與實現[J].物聯網技術，2015，5（02）：34-36+42.

[4]呂中興，黃艷，閔惠芳.門禁系統的非接觸式IC卡讀卡器設計[J].數字技術與應用，2014（12）：138-140.

（作者單位：蘇州市軌道交通集團有限公司運營一分公司）