地铁AFC系统中基于ARM9的双模射频IC卡读卡器设计

舒婷

摘要：随着城市铁路设备发展，地铁制动装置越来越多安装适用于AFC地铁系统的双模射频IC读卡器。双模射频IC读卡器作为射频技术衍生物，具有运算速度快、集成度高、抗干扰能力强、安全性高等多种优势，适用于多频率模式卡。该技术具有广阔前景，可以缩短进出站时间，更好促进和支持移动电子商务发展。本文以A市地铁1号线运行为例，对AFC系统中基于ARM9双模射频IC卡读卡器设计进行分析。

关键词：地铁AFC系统;双模射频;IC卡读卡器

在城市交通中，地铁、电车、轻轨是主要轨道交通方式。其中地铁是本世纪中国大力发展主要城市交通方式，由于其相对其他交通方式来说具有不拥堵、排放少、安全高速等优势，可以将城市现代化发展与可持续发展进行合理体现。随着我国经济发展，城市化范围逐渐扩大，城市人口增多，这些对城市交通提出挑战，在很大程度上限制经济发展和城市建设。要从根本上解决城市交通问题，必须促进技术进步，对城市交通方式进行变革。目前围绕城市轨道交通项目产品市场前景非常广泛，本文通过深入研究，采用业内最新技术在AFC地铁系统中实现ARM9双模射频读卡器设计。

1 概述

踏入21世纪后，我国城市轨道交通基础设施建设规模较大，具有相应配套AFC系统设施布局需求日增。计算机技术、软件和硬件集成开发中伴随自动化发展突破，AFC城市轨道交通系统研究取得显著飞跃。该技术兴起直接带动相关科技企业相继发展。在技术领域IC卡读卡器设计是AFC系统重要部分，为其提供2.4ghz射频IC卡解决方案。地铁运行中，AFC系统与乘客直接接触最密切，地铁公司最具代表性设备是检票闸机和IC卡，读卡器通过扫描IC卡可以读取乘客数据，完成地铁乘坐出入站刷卡操作。因此读卡器需要加快IC卡签入和退出速度，提升数据处理效率，其读取速度会直接影响乘客排队出入站时间，对AFC系统工作效率造成影响。地铁目前支持多种IC卡检查方法。此外，采用业界最新ARM9双模射频技术，对读卡器进行设计构架，大幅缩短旅客进出连接车站时间，并提供顺畅出行经验。

以A市地铁1号线为例，读卡器读写操作在射频 IC 卡和无缓电波之间执行。一旦卡接收到信号，设备对卡片完成读取功能。第二部分是指令性信号和输入数据，指示芯片读取、修改和存储数据，将信号返回读卡器以完成操作，由此完成IC卡数据更改。读卡器通常由中央处理模块、射频采集模块和射频天线组成。RF IC 映射分为两个不同区域：系统区域和用户区域。系统区域由卡制造商、系统开发人员和地铁工作人员使用，如IC卡出现故障需要进行处理，发卡机构相关工作人员使用系统权限进行更改数据。用户区域一般用于储存持卡人数据信息，当持卡人需要进行查询余额、充值等操作时，可以使用用户权限[1]。

2 双模射频IC卡读卡器设计结构

以A市地铁1号线运例，双模射频IC读卡器采用新技术模块化分层设计，同时，具有相同功能类型电路模块被集成到pcb板中，在电路之间被接受标准接口相互连接，系统外形紧凑，可靠性高。IC卡ARM9双模射频读卡器构造可分为四部分。分别是于主机板、主控处理模块、双模射频模块设计以及加密模块，具体分析如下[2]。

2.1双模射频模块设计

双模射频模块设计创新通过集成13.56兆赫和2.4千兆赫RF双模天线来开发双模天线。传统RF IC卡最大优势是距离近、保密性好、终端支持范围广、产业链成熟。但随着移动支付推广，手机平台被添加到IC卡片读取模块中。目前，市场上主要高质量手机采用设计是SIM卡插槽后部被手机电池锁定，并增加金属电池后盖。如果13.56 MhZ操作频率被接受，无线电频率不能穿透手机电池和金属盖，则无法接受和传输信号。以A市地铁1号线为例，天线射频模块2.4 GHz，由ZTE半导体开发技术提供，该技术使用物理上称为电磁驼峰原理雷达模型与-SIM卡通信，作为一种短距离通信传输技术。

2.2读卡器主板

以A市地铁1号线为例，读卡器主板电路提供系统时钟模块、功率电路处理13.56MHz信号主要模块以及各种内外部标准接口模块。主电路板外接界面有两个RS232界面，负责将天线连接至工业电脑。为防止混淆，一接口连接到RF天线，另一接口连接到端口工业计算机。除RS232接口外，外部接口还具有用于通信BNC射频接口和主板外部接口电源接口。主板内部接口模块具有一个用于处理数据主插槽和中转接口，主控制模块插槽对应于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加密模块

轨道交通IC卡具有一套完整加密算法和身份验证，用于非接触式读卡器双模射频IC卡读取。在实际应用中，Sam加密模块可以提供安全檢查机制，用于辅助卡片读取和写入设计。以A市地铁1号线为例，SAM 卡块加密和替换是一个独立深度模块，通过8针插槽接口连接到主板，卡插槽类似于中继机制。鉴于未来AFC系统潜力，需要将读取器加密模式广泛推广，以保持旅客信息安全。

2.4主控处理模块

以A市地铁1号线为例，处理读卡器控制主要模块是整个读卡器系统内核，它基本上采用三星ARM9解决方案，集成三星3C2410A芯片、外设时钟晶体振荡器芯片ERROM和FLASH，在电路板同向形成读卡器处理模块，通过金手指槽连接到读卡器主板。对读卡器系统驱动程序进行开发，检查其工作流程，避免出现错漏，最终完成AFC系统下IC卡读卡器软件设计[4]。

3 结语

综上所述，为适应轨道交通不断发展，加强新票型、新服务、新支付方式，最大限度减少对现有线性网络和转换成本影响，摆脱对设备供应商依赖，IC卡读卡器设计必须具有标准化。随着地铁AFC系统发展，IC卡读卡器实现全面覆盖与应用，在ARM9双模射频技术辅助下发挥关键作用。

参考文献：

[1]范巍.城市轨道交通AFC系统线网读写器的标准与设计[J].都市快轨交通，2016，29（03）：110-113.

[2]黄蓝会.移动支付读卡器的硬件设计[J].电子设计工程，2015，23（22）：156-157+164.

[3]潘春伟，罗明华，姚庆梅.具有防复制卡功能的ID卡读卡器设计与实现[J].物联网技术，2015，5（02）：34-36+42.

[4]吕中兴，黄艳，闵惠芳.门禁系统的非接触式IC卡读卡器设计[J].数字技术与应用，2014（12）：138-140.

（作者单位：苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司）