地铁AFC系统中的射频卡读写器设计分析

郭松 葛德勇

摘要：本文主要分析了地铁AFC系统功能，重点介绍了地铁AFC系统中射频卡读写器的硬件和软件设计，它不仅可以提高售检票工作效率，而且还可以方便地安装在地铁售票机、进出闸机上。通过对射频卡读写器设计进行研究，以期为地铁AFC系统的安全运行提供保障，进而实现经济与社会效益的最大化。

关键词：地铁AFC系统；射频卡读写器；硬件；软件；设计

1.读写器功能分析

在地铁AFC系统中，终端设备能够为乘客提供售检票服务的设备，此时乘客可以借助射频卡购买票卡、为票卡充值、进出闸机，而射频卡读写器则是确保射频卡与终端设备准确连接的桥梁。作为与射频卡通信的关键技术，射频卡读写器其所具备的性能和数据处理能力高低将会对地铁AFC系统的运行效率产生决定性的影响，射频卡读写器总体结构如图2：

目前，射频卡读写器基本选择了RS422或RS232现场终端设备与有线通信方式完成通信工作，其不仅接口单一，传输速率有限，而且也无法与远程监控主机实现无线通信，在一定程度上限制了读写器网络化的进程。此时可以增加USB传输接口，其既可以提高数据传输效率，而且还可以通过增加GPRS无线通信技术来实现与远程监控主机的有效通信，且实时将设备状态信息发送至监控主机，以此来确保射频卡读写器的安全性和可靠性。

2.射频卡读写器设计

2.1硬件设计

在硬件设计过程中，射频卡读写器主要是由射频发收模块、主控CPU、通信电路、SAM卡认证电路、报警电路及Flash/SDRAM存储器件等部分组成。通常情况下，在CPU处理器上可使主频达到180Mhz，这样既可以提高射频卡读写器效率，而且存储器的扩展容量可以选择256MB的NAND Flash來实现对数据的有效存储，以确保存储代码存储数据和的有效分离，提高数据存储量和存储效率。

在射频卡读写器中，要重视芯片的设计工作，芯片主要是飞利浦公司生产的读卡器芯片MFRC531，其具有抗电磁干扰、高集成度和数据处理能力强的优势，为了降低读卡器天线自身线圈对射频卡通信所产生的磁场干扰，可以选择分别制版射频卡读写器的天线和主板，这样既能够确保电磁的兼容性，而且还可以构建模块化的系统结构，为后续的射频卡读写器升级提供了可能。

2.2软件设计

2.2.1软件总体结构

射频卡读写器选择了C语言开发，在设计读写器软件过程中选择了模块化的编程思想，其系统软件包括了射频卡识别及读写子模块、主程序、USB及GPRS数据传输子模块，可以实现RS232/RS422多接口协同工作。

射频卡读写器软件总体结构可以实现对各个模块的有效控制，并对各模块间的工作进行有效协调，以确保这个系统的安全、高效运行。在正常工作循环过程中，射频卡还具有感应作用，其能够对射频卡进行相关读写操作。

为了确保射频卡读写器相关功能的顺利实现，可以对前后台工作任务进行科学、合理的安排，既可以借助结构化和模块化的编程思想，以保证读写器可以合理的将各程序组织在一起，方便对程序的有效修改、调试和维护，而且还能够引入高效的中断机制，并实时接收来自于监控主机或自设备终端发生的命令，定时器中断可以有效切换读写器工作模式，降低读写器的功耗。

2.2.2 GPRS数据传输程序

在地铁AFC系统中，GPRS数据终端的主要作用是连接远程监控中心与读写器设备的通信，并借助GPRS模块M33来对主机的运行状况进行远程监控。通常情况下，模块M33有自动监控和短消息接收两种状态。

在上电后M33模块可以通过指令“AT+CNMI”来对短消息提醒功能进行设置，如果远程监控主机与M33模块建立GPRS连接后，可以实时向M33发送短消息。当M33获得该信息后，将会直接向处理器发送相关数据信息，并由此产生串口中断，使其进入中断服务子程序，并完成“AT+CMGR”读取短消息指令。除此之外，M33还能够对读写器进行自动监控，当读写器处于异常工作状态时，能够主动向监控主机传输短消息，并构建GPRS连接，以便更好的了解和掌握监控主机读写器的运行状态，真正实现了地铁AFC系统的网络化和自动化。

2.2.3射频卡读写程序

微处理器可以有效控制MF RC531相关寄存器，以此来顺利实现对射频卡的读写工作。对射频卡读写器的操作主要包括选卡、寻卡、认证、防冲突、增值、减值、读块、写块、挂起等，具体操作流程如图2：

如果射频卡进入读写器感应范围（10cm内）时，将会使射频卡上电复位，顺利接收来自于MF RC531发送的请求应答指令，并能够返回卡的类型号。如果读卡器有多张卡同时接近时，MF RC531将会发送防冲突指令，使地铁AFC系统进入防冲突循环中，只有在认证通过后才能够完成读、写、加、减等相关操作。上述操作结束后，MF RC531将会发出停卡指令，此时的射频卡将会从激活状态转变成停止状态，即完成一次交易。

3.结束语

综上所述，在地铁AFC系统中，射频卡读写器是比较关键的组成部分，其会对乘客体验的满意度和地铁运营服务质量产生一定的影响，因此在设计射频卡读写器过程中，要根据实际情况，对其安全性、稳定性和准确性给予综合考虑，这样既可以提高数据处理效率，而且还可以提高射频卡读写器的兼容性，进而推动轨道交通事业的发展。

参考文献

[1]翁智铭.地铁AFC系统中的射频卡读写器特点及设计分析[J].中国科技纵横，2016，4（18）：68-69.

[2]高芳玲，满庆丰，夏继强.地铁AFC系统中的射频卡读写器设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2010，12（1）：111-112.

（作者单位：南京熊猫信息产业有限公司）