CN101587551A - 基于超高频rfid技术的实名制火车票读写器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器。它解决了目前铁路部门的担心以及实行实名制所遇到的主要问题，解决了人们所担心的实名制会增加很多工作量及在乘客购票及检票的时候造成更严重的堵塞等问题，同时采用本发明所述的方案还可以使相关部门及时掌握车上人员的身份信息，增加了火车的安全性与透明性。其结构为：它包括电源装置、控制装置，控制装置外接RFID超高频读卡器电路；同时控制装置还通过USB接口与ARM核心显示模块通信，ARM核心显示模块与液晶屏模块和扩展模块连接；控制装置还通过串口转USB口电路与上位机(PC)连接。

Description

基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器

技术领域

本发明涉及一种工作于超高频(UHF)频段的基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器。

背景技术

长期以来，由我国国情决定，铁路一直是人们进行长途出行最主要的交通工具，但购票难的问题随着我国经济的发展而愈演愈烈。受利益的趋使，出现了大量高价贩卖火车票的黄牛党，这些票贩严重破坏了正常的购票秩序，使不少人“千金难求一票”，这严重影响了社会的稳定和谐及经济的发展。实名制售票被提及了很长时间，但是一直以来由于我国铁路运输的特殊情况，特别是没有一个很好的方案解决实名制验票会使车站检票速度下降这一难题，铁路部门一直不肯实行实名制购票方案。如果能将超高频RFID的远距离读卡技术及低功耗的手持技术结合起来，并利用已经普及的二代身份证作为身份识别凭证必然会大大降低验票时间，提高工作效率。

发明内容

本发明的目的就是针对铁路部门的担心以及实行实名制所遇到的主要问题，提供一种基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，它有效地解决了人们所担心的实名制会增加很多工作量及在乘客购票及检票的时候造成更严重的堵塞等问题，同时采用本发明所述的方案还可以使相关部门及时掌握车上人员的身份信息，增加了火车的安全性与透明性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，它包括电源装置、控制装置，控制装置外接RFID超高频读卡器电路；同时控制装置还通过USB接口与ARM核心显示模块通信，ARM核心显示模块与液晶屏模块和扩展模块连接；控制装置还通过串口转USB口电路与上位机连接。

所述RFID超高频读卡器电路包括射频芯片，它通过GPIO接口与控制装置通信；射频芯片还依次连接环路滤波器、VCO装置，VCO装置再与射频芯片连接，从而组成闭环回路；同时射频芯片还依次与功率放大器、高频环形器连接，高频环形器再与射频芯片连接从而组成另一闭环回路；高频环形器与天线连接。

所述控制装置为MSP430单片机。

所述ARM核心显示模块采用S3C2410芯片。

所述串口转USB口电路为FT232芯片。

所述射频芯片为UHF RFID读卡器芯片AS3990。

本发明的读写器主要由控制装置、RFID超高频读卡器电路、ARM核心显示模块、液晶屏模块和串口转USB口电路等组成。

控制装置负责接收用户命令、完成对射频芯片的寄存器设置。RFID超高频读卡器电路包括：射频芯片、功率放大电路、环路滤波器、外部VCO、高频环形器，完成对基带信号的调制发射和解调接收功能。

控制装置为TI公司的MSP430超低功耗单片机，本发明采用MSP430F15X系列，该系列单片机是由美国德州仪器(TI)推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。它的主要特点是超低功耗的同时具有强大的处理能力，而且结合TI的高性能模拟技术集成了丰富的片上外设，由它作为CPU来控制整个电路，它通过GPIO(可编程)口来与读卡器芯片通信，、该ARM模块通过USB接口与控制模块通信来控制液晶显示模块的工作。

RFID超高频读卡器电路采用奥地利微电子公司生产的低功耗、低成本的“Simply Gen2”UHF RFID读卡器芯片AS3990为核心组成，该芯片是一款单晶片，第二代UHF阅读器IC，是目前业界最低功耗最低BOM的解决方案，是讲究功耗成本的应用首选。它内建了一个第二代协议的引擎，可与一个整合电源放大器一起使用以进一步缩减BOM，仅有32个寄存器就能实现全RF、筛选及协议控制，并能在使用时轻松维护。

ARM核心显示模块采用S3C2410嵌入式芯片，该芯片是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用0.18um制造工艺的32位微控制器，ARM芯片可以内嵌LINUX或WIN CE等操作系统，所以显示界面友好、内容丰富、可操作性强，该ARM模块通过USB接口与控制装置通信来控制液晶显示模块的工作。

串口转USB口电路由FT232芯片来完成，该芯片是由全球领先的USB相关芯片和解决方案供应商英围Future Technology Device International Limited(FTDI)生产，可以将USB信号方便转换成RS-232，RS422，RS485信号/RS-232，RS422，RS485信号转换成USB信号，同时整合了电平转换器，使得其I/O口电平支持5V-2.8伏的宽范围，能自行产生时钟，无需外挂晶振钟振，同时该芯片内部集成了电源去耦RC电路。该芯片可以支持从串行UART、并行FIFO、SPI、I2C和JTAG等等协议转换到USB协议，并且所有转换都是在该芯片上完成，因而使用该芯片具有包含各种标准驱动程序、支持各种操作系统和处理器平台等优势。

天线是根据方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度这5个参数专门设计的，为小型圆极化天线。本发明的双天线结构中的两根天线是各自独立工作的，在高频芯片AS3990的控制下可以分别对应两种不同的协议也就可以同时读取两种不同制式的超高频RFID卡中的信息，并可以通过对其进行比较确定相互的信息是否匹配。同时双天线也起到了加强信号的增益，增大传输距离和覆盖范围的目的。

本发明的工作流程为：

车票是用915MHz的超高频RFID卡，在读取超高频RFID卡中数据时，RFID超高频读卡器电路读取采用标准915MHz的超高频RFID卡制成的车票中的信息，读入信息后通过GPIO口将信息传给MSP430单片机，单片机控制与ARM核心显示模块通过串行口进行通信，ARM核心显示模块将读入的信息在液晶屏模块上显示出来。在向超高频RFID卡中写入数据时，上位机(PC)通过USB口与该读写器相连，FT232芯片完成USB口到串口协议的转换，将数据经串行口送入MSP430单片机，单片机通过GPIO口将信息写入RFID卡中储存。

本发明的有益效果是：结构简单，使用方便，采用的车票是用915MHz的超高频RFID卡制成，最远可以在3-5米范围内读取卡中的数据且抗干扰能力较强，由于RFID卡可以循环利用所以用它代替纸质车票更节省社会资源，更有利于环保的要求。本发明采用的AS3990低功耗芯片使得发射功率能控制在1-2W之内，MSP430系列单片机采用的是1.8~3.6电压，芯片的电流会在200~400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA，这就更进一步的降低了读写器整体的功耗，两节五号电池就可以为整个读写器供电，本发明通过上述一系列方法显著降低了整体的功耗，减少了能源的消耗，有利于环保及可持续发展。本发明配一整套软件可以在上位机上运行用来将日期、车次、座次、人名及身份证号等旅客信息写入车票中，同时也可以从车票中方便的读出这些信息，该软件使用方便快捷，界面友好功能强大，完全适合售票及验票时使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为RFID超高频读卡器电路结构示意图。

其中，1.网络数据库，2.上位机，3.串口转USB口电路，4.控制装置，5.USB接口，6.ARM核心显示模块，7.液晶屏模块，8.扩展模块，9.RFID超高频读卡器电路，10.天线，11.射频芯片，12.GPIO接口，13.环路滤波器，14.VCO装置，15.功率放大器，16.高频环形器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，它包括电源装置、控制装置4，控制装置4外接RFID超高频读卡器电路9；同时控制装置4还通过USB接口5与ARM核心显示模块通信6，ARM核心显示模块6与液晶屏模块7和扩展模块8连接；控制装置4还通过串口转USB口电路3与上位机2连接。控制装置4为MSP430单片机。ARM核心显示模块6采用S3C2410嵌入式芯片。串口转USB口电路3为FT232芯片。扩展模块8可以是蓝牙等设备。液晶屏模块7可采用触摸式LCD。

图2中，RFID超高频读卡器电路9包括射频芯片11，它通过GPIO接口12与控制装置4通信；射频芯片11还依次连接环路滤波器13、VCO装置14，VCO装置14再与射频芯片11连接，从而组成闭环回路；同时射频芯片11还依次与功率放大器15、高频环形器16连接，高频环形器16再与射频芯片11连接从而组成另一闭环回路；高频环形器16与天线10连接。射频芯片11为UHF RFID读卡器芯片AS3990。

本发明的基于RFID射频标签的实名制火车票读写器，包括MSP430控制芯片及其外围电路，MSP430控制芯片外接RFID超高频读卡器电路(配置了双天线系统)、ARM核心显示模块、液晶显视模块和一个串口转USB口电路用来连接上位机。

RFID超高频读卡电路由AS3990读卡器芯片、小圆极化天线、高频环形器、功率放大器、压控振荡器(VCO)及环路滤波器等部分组成(如图2所示)。具有两大功能：第一功能为售票时将RFID车票放入读写器感应区后将旅客的信息快速写入到RFID卡车票中去，第二功能是在验票时可以快速读取RFID卡制成的车票及身份证中的信息，二者比对，用以验证旅客身份。

本发明采用MSP430单片机控制整个系统的运行，通过串行口与ARM处理器2410进行通信将超高频板读到的信息在液晶面板中显示出来。

在出售车票时，需要将车票放入读写器的感应区，车票就是一个RFID卡，而RFID卡带有自己的数据区，在购票时也可以通过该机配套的软件将旅客身份证号等信息写入车票中，这就实现了车票的实名制，并可以根据旅客的需要来决定是否打印纸质票根作为报销凭证等。写入车票的信息是通过超高频电路读出后传人控制芯片(MSP430)中，再通过单片机的串口经FT232芯片转换后送入USB口中，而该机配套软件可以将读入的数据通过USB口传给上位机PC，在PC机中制成一个数据库汇总了各个车次的票务信息。旅客可以通过自己的身份证信息在网络上查到自己的车票等信息，而人们可以通过网络实时查出各个车次的售票情况，而汇总的信息经铁路部门汇总也可以确定车上人员的身份，这就为铁路部门为旅客的实名保险提供了依据，并可以及时的掌握车上的旅客信息这也有助于维持车上人员的安全及秩序。由于实名制的实行对黄牛党也可以起到极大地遏制从而维护了正常的购票秩序，促进了社会的和谐。

旅客进站验票时，可以将读写器固定在闸口上，也可以由检票员手持读写器进行检票。持票人需同时将车票及身份证出示，读卡器使用两个天线分别读取两张采用了不同协议卡中的信息以验证所购车票的信息及车票是否与该身份证所匹配。由于超高频RFID卡片读卡范围很大可以达到5米所以旅客可以很快通过通道，而检票工作人员只需观看液晶屏幕显示的信息是否为当日当次车并验证显示的身份信息是否与旅客出示的身份证相符即可。在火车上列车员可以通过手持该读卡器对车票进行复核，相关部门也可以根据车票信息及时掌握车上乘客身份及数量等信息。

在出站时，目前存在很严重的持过期票坐车及废票出站的情况，原本人工检查时一要看日期二要看车次很麻烦，使用了本发明可以不用靠人工眼力来检查，读卡器会自动报警，而出站只需要检查车票即可无需核对身份证信息，这就更为大大的提高了出站的效率。

本发明采用了超高频(UHF频段840-960MHz)的RFID远距离读卡技术，相比高频RFID(HF频段13.56MHz)读卡技术，极大地提高了读卡的距离以及读卡速度，也就提高了检票的效率；读卡器内置了两套天线可同时读取两张不同标准制式的RFID卡片，可以设置一个天线读取身份证信息，一个天线读取车票信息，这样就可以进一步的提高了检票的速度，同时也有效的防止了携他人所购车票上车的舞弊行为；读卡器体积较小可以手持与现在检票员所使用的检票夹一样方便实用。此发明所述的车票就是一张RFID卡可以回收循环利用利于环保无污染，符合科学发展观及可持续发展的要求。

RFID的产品应用目前大致分布在3个频段，按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)，相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz。本发明采用的是超高频(UHF)频段的RFID读卡技术，相对于HF及LF频段工作在超高频频段的RFID设备的读卡速度以及读卡距离都有大幅度的提高。而且基于UHF频段的物理特性，超高频(UHF)设备的成本要低于高频(HF)设备，且超高频(UHF)信号的覆盖区域也包含了高频(HF)信号的区域，这有利于多种协议的集成。

Claims (6)

1.一种基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，其特征是，它包括电源装置、控制装置，控制装置外接RFID超高频读卡器电路；同时控制装置还通过USB接口与ARM核心显示模块通信，ARM核心显示模块与液晶屏模块和扩展模块连接；控制装置还通过串口转USB口电路与上位机连接。

2.如权利要求1所述的基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，其特征是，所述RFID超高频读卡器电路包括射频芯片，它通过GPIO接口与控制装置通信；射频芯片还依次连接环路滤波器、VCO装置，VCO装置再与射频芯片连接，从而组成闭环回路；同时射频芯片还依次与功率放大器、高频环形器连接，高频环形器再与射频芯片连接从而组成另一闭环回路；高频环形器与天线连接。

3.如权利要求1所述的基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，其特征是，所述控制装置为MSP430单片机。

4.如权利要求1所述的基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，其特征是，所述ARM核心显示模块采用S3C2410芯片。

5.如权利要求1所述的基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，其特征是，所述串口转USB口电路为FT232芯片。

6.如权利要求1所述的基于超高频RFID技术的实名制火车票读写器，其特征是，所述射频芯片为UHF RFID读卡器芯片AS3990。

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