CN104408389A - 基于非接触与无线模式的双模读卡器 - Google Patents

Abstract

基于非接触与无线模式的双模读卡器，是将GPRS与WIFI无线技术的优势特点结合起来，硬件通过提供具有SHND功能的电源模块，分别控制两个无线模块的开启或关断；通过判断读卡的数据类型或通过检测信号的网络状态，实现由两种网络自适应切换的传输方式，并且各网络模式的参数配置也采用无线配置的方式，从而实现非接触式读卡器的智能应用。此发明既达到了系统的关键节能，也实现了无线技术的灵活应用。

Description

基于非接触与无线模式的双模读卡器

技术领域

本发明为两种无线网络模式的非接触式读卡器的智能应用，属于射频通信领域。

背景技术

目前，读卡器在POS机方面的应用，主要为公交IC刷卡POS机、加油卡收费机、企事业与小区门禁、商场收费刷卡机、金融POS机等等。在车载方面有GPRS与GPS结合实现定位功能的应用。但这些读卡机具，读卡数据主要靠人工或WIFI局域网或GPRS网络这种单一的数据传输方式取数。GPRS+WIFI双模非接触式无线读卡器方案，可实现更灵活的应用，具有广泛的实际应用价值，同时也可以将这种双模方案移植在更多的应用领域中。

GPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线业务是一种基于数据包的无线通讯服务，是基于GSM网络，具有实时在线、自动登录、流量计费等关键特点。WIFI为无线局域网的通讯，具有带宽较宽、无需布线、没有费用、传输速率高等关键特点。

●WIFI网络有着宽带宽、流量免费、传输速率高，但是WIFI的覆盖范围较低，传输距离较小。

●GPRS网络带宽相对较窄，传输数据的流量较小，并且GPRS网络存在着持续收费的问题。但是GPRS的覆盖范围广，因此它的数据传输的实时性相对WIFI来说要高得多。

基于这两种无线网络的特点，取长补短，并结合具体的应用环境，优势互补，则可实现更大的应用空间。在一些要求数据实时管理的应用中，既可以节约成本，又可以实现数据传输方式的的灵活选择。二者结合应用研究可以大大丰富无线模块的应用。

发明内容

根据以上两种无线网络的特点，结合具体的应用环境，在网络数据的传输通道选择上做了较为合理的策略，提出了GPRS与WIFI相结合的双模读卡器方案，这种方案可通过自由切换网络模式，实现灵活选择数据传输方式的应用。GPRS技术可现实数据实时传输，可以将关键数据(如黑名单)实时上传，以便后台服务器能够及时处理，但是如果实现全部刷卡数据的实时管理，对后台管理服务器要求高，投入的成本高，所以这时可以选择WIFI数据传输方式集中上传，减少了上传次数、节省了流量费用。

本应用系统是基于13.56MHz非接触式读卡器，实现GPRS与WIFI两种无线数据传输方式，系统结构主要由微控制器、读卡射频芯片、WIFI无线模块、GPRS无线模块、天线以及一些必要的外围电路设计组成。其中系统CPU、Reader RF、与读卡器天线(刷卡区域)组成一个非接触读卡器，无线模块(GPRS、WIFI)分别通过CPU串口与非接触读卡器进行数据传输。系统CPU通过串口发送指令对GPRS、WIFI模块实现通信控制，在读卡器非接触区域刷卡，Reader RF读取卡片信息，经过CPU数据处理，判断读卡信息数据类型，自动选择数据的上传方式(黑名单数据采用GPRS方式实时上传，批量数据与服务器采用WIFI方式集中上传)。从而实现了数据自由选择的无线传输功能。图1所示为GPRS+WIFI非接触式读卡器系统电路结构。

双模自动切换方式可依据两种策略：一种通过判断数据的类型，另一种通过检测信号的网络状态。根据不同应用场景，对双模读卡器的网络切换策略也可以做不同的调整。

依据判断数据类型实现自动切换模式的应用场景，以公交POS机应用为例。普通城市公交刷卡，大致有两种数据需要传输：一种是刷卡记录数据，一种是黑名单数据。这两种数据的特点是：黑名单数据实时性要求较高，需要GPRS网络及时传回后台服务器处理；对于刷卡记录数据，由于数据量较大，实时性要求不高，根据数据特点，在公交车进站后通过WIFI网络，自动将刷卡数据集中传输到后台服务器进行处理。

依据通过检测信号的网络状态，实现自动切换模式的应用场景，以道路两侧停车管理使用的手持POS机为例。刷卡的数据量不大，并且黑名单数据量的实时性要求也不太高，因此在这种应用场景，选用WIFI优先的联网方案。读卡器在检测到WIFI网络时，采集数据通过WIFI网络进行传输；在检测不到WIFI网络的环境中，读卡器则打开GPRS网络模式进行数据传输。

在自动切换模式实现的同时，实现了系统的关键节能设计。对处在工作状态的模块实时开启，空闲状态的模块及时关闭，实现了关键的节能控制。

目前，系统设计实现了对GPRS、WIFI两种网络自由切换选择传输。以考勤应用，实现了数据双向传输的功能应用。

通过对GPRS+WIFI双模非接触式读卡器的应用研究，GPRS+WIFI双模非接触式读卡器在两种网络下，实现了自由选择传输模式的应用。同时针对两种网络传输模式，采用无线配置参数的方式，实现了更灵活的应用。

由于GPRS+WIFI非接触式读卡器方案可以应用到多种刷卡的环境，需要根据具体应用环境实现具体功能。同时根据不同的应用场景，也可以进一步实现不同等级的节能设计。

这种由两种网络方式优势互补的应用方案，达到了无线产品的应用多样化，有利于促进市场应用需求。同时以两种网络相结合的应用方案可以移植在标签、RFID等其他卡片类的应用中。

附图说明

图1 GPRS+WIFI非接触式读卡器系统电路结构

图2实现自动切换流程图

图3 GPRS+WIFI读卡器无线配置参数方式

具体实施方式

为了实现两种网络模式的自由选择，首先从系统电源设计入手，通过开启或关闭无线模块的电源方式来实现两种网络模式的自由切换。在选取电源模块时，选用了具有软件可开启/关闭功能的电源模块，通过使能管脚的状态可打开或关闭电源模块。设计中将GPRS、WIFI模块的电源模块的使能信号分别连接到系统CPU的输出GPIO，通过软件实现对GPIO的状态控制。读卡时，系统通过对数据类型的判断或检测到的网络信号，确定合适的网络传输方式，然后通过GPIO打开所选网络的无线模块(GPRS或WIFI模块)电源，此模块开始工作，从而实现两种网络模式自由选择的工作状态。由于系统中同时存在三个不同频段的射频模块，这种采用各模块单独供电的方式，除了可实现两种网络模式的自由选择，同时也避免了模块之间的相互影响，提高了读卡器的整体性能。

节能方面，在自动切换模式实现的同时，也实现了系统的关键节能设计。由于两个无线模块采用单独供电的方式，在实现自由选择网络时，GPIO对各模块的电源使能管脚控制，对处在工作状态的模块实时开启，空闲状态的模块及时关闭，实现了关键的节能控制。

另外，对系统读卡器也做了不同的节能等级策略，针对手持POS机，对节电的要求较高，会在模块不进行传输的情况下，将模块的电源关掉。在数据传输的时候，也可以考虑对数据进行打包上传，尽量减少无线模块的待机功耗以及协议开销。

根据实际应用情况，本应用研究在软、硬件设计过程中实现了一些技术上的特点：

多卡兼容性方面，实际应用中卡的种类很多，要求兼容性好，通过调整读卡器的射频与天线之间的匹配电路，可兼容识别多种卡(由于每种卡的功耗不同)。比如可以读取门禁卡、公交卡等。这样才能使读卡器具有广泛的应用性。

读卡器采集到的读卡信息，通过CPU的UART端口发送到GPRS与WIFI模块，数据经由模块进行协议转换，打成固定的数据格式，通过各自的网络频段，把数据发送到空中，通过无线路由或GPRS中继站，将数据传送到一个指定的(IP地址)中心服务器。在服务器上运行TCP Server程序，将接收的数据进行处理。

读卡器固件程序实现网络自动切换模式。首先判断业务类型，是否属于手持设备或者非手持设备，手持设备一般通过检测环境网络信号的方式来选择无线数据的传输方式，非手持设备一般通过判断数据类型来选择无线数据的传输方式。采用判断数据类型方案时，读卡信息一般有两种数据类型，一种是刷卡记录数据，一种是黑名单数据。这两种数据的特点是：黑名单数据实时性要求较高，需要GPRS网络及时传回后台服务器处理；对于刷卡记录数据，由于数据量较大，实时性要求不高，根据数据特点，在指定地点通过WIFI网络，自动将刷卡数据集中传输到后台服务器进行处理。采用检测环境网络信号方案时，刷卡的数据量不大，而且黑名单数据的实时性要求也不太高，在这种应用场景，选用WIFI优先的联网方案。读卡器在检测到WIFI网络时，采集数据通过WIFI网络进行传输；在检测不到WIFI网络的环境中，读卡器则打开GPRS网络模式进行数据传输。下图2为实现自动切换的流程图。

除了自动切换模式、节能设计、还具有无线配置参数特点。

参数配置采用无线配置方式。鉴于无线网络的特点，无线网络在没有连接成功是不能够对无线网络进行访问的。如果需要对无线模块进行配置需要采用其他的方式。在本设计中，采用了以下方式进行参数的配置：

WIFI模块的参数配置，由于WIFI模块在联网前是不接收数据帧的，仅仅对802.11的管理帧进行响应。因此，针对此特点使用修改管理帧的策略，通过在管理帧中带有特殊的配置命令字符完成WIFI模块的参数配置工作。

GPRS模块的配置，系统默认状态为WIFI网络状态，在配置GPRS模块时，已经对WIFI模块进行了配置。通过WIFI模块的数据帧对GPRS模块的参数进行配置，切换到GPRS模块通道。这种方法解决了GPRS模块参数配置的问题，大大简化了通过串口进行复杂的配置过程。图3 GPRS+WIFI读卡器无线配置参数方式。

Claims (2)

1.基于非接触与无线模式的双模读卡器，其特征在于由非接触读卡器与无线模块组成，其中非接触读卡器由微控制器、读卡射频芯片、读卡器天线组成，无线模块通过微控制器串口与非接触读卡器进行数据传输；微控制器通过串口发送指令对无线模块实现通信控制，在双模读卡器非接触区域刷卡，读卡射频芯片读取卡片信息，经过微控制器数据处理，判断读卡信息数据类型，对于实时性要求较高的数据，自动选择无线模块上传，对于数据量较大、实时性要求不高的数据，自动选择WIFI网络集中传输，从而实现了数据自由选择的无线传输功能。

2.如权利1所述的双模读卡器，其特征在于为了实现非接触与无线模式的自由选择，通过开启或关闭无线模块的电源方式来实现GPRS、WIFI网络模式的自由切换，读卡时，通过对数据类型的判断或检测到的网络信号，确定合适的网络传输方式，然后通过微控制器打开所选网络的无线模块中GPRS或WIFI模块的电源，从而实现GPRS、WIFI网络模式的自由切换。