CN108932954B - 用于具有刷卡信息反馈的磁卡读卡器的微控制器 - Google Patents

Abstract

一种磁卡读卡器模块，包括磁性传感器及相邻的槽、微控制器以及应用件。该磁性传感器被配置以对通过在槽内刷磁条所产生的模拟磁信号进行拾取。该磁条被附着于卡片上，并包括带有磁性编码数据的轨道。该微控制器被配置以将模拟磁信号转换为数字信号。该应用件被配置以对该数字信号进行分析，并进行该数字信号的软决策解码，并生成输出，所述输出包括磁性编码数据和辅助信息，所述辅助信息提供刷卡信息反馈。

Description

用于具有刷卡信息反馈的磁卡读卡器的微控制器

本申请是申请日为2014年1月29日、申请号为2014800076827，以及发明名称为“具有刷卡信息反馈的磁条读取器”的中国发明专利申请的分案申请。

对相关共同待决申请的交叉引用

本申请要求2013年2月6日提交的题为“具有刷卡信息反馈的磁条读取器”的序列号为61/736,116的美国临时专利申请的权益，该临时专利申请与本申请被共同转让给本申请人，其内容通过参考明确并入本文中。

发明领域

本发明涉及能够提供刷卡信息反馈的磁条读取器的系统和方法。

发明背景

磁条卡用于在磁条内存储各种类型的数据。它们在不同的领域中应用，包括支付卡、礼品卡、安全访问控制系统、身份识别系统及玩具等。磁条卡包括一个附着有磁条的塑料或纸质卡片。通过对嵌入在磁条内的铁基铁磁性颗粒的磁化状态进行修改，数据被磁性编码在磁条上。通常会有三个数据轨道被编码到磁条上。数据可使用磁卡读卡器进行检索。

磁卡读卡器包括一个读取磁头和一个相邻的刷卡槽。读取磁头包括一个磁性传感器，其在一个示例中为电磁线圈。磁卡读卡器的磁条从所述槽刷过，刷卡动作会产生一个模拟磁信号，该信号被相邻的读取磁头的磁性传感器所拾取。模拟磁信号包括磁条的磁性编码数据。带有磁性编码数据的模拟磁信号的强度通常较弱，因此读取磁头与磁条需要紧密接触，以获得“正常(good)”的信号读取。在手动操作的磁卡读卡器中，刷卡槽包括两个相对的壁，读取磁头被置于其中一个壁上，使得当磁卡的磁条被置于槽内时，卡的磁条与读取磁头会对准位置。读取磁头通常被置于一个金属隔室内，隔室内还包括所有电子电路。在大多数情况下，磁条从两个方向均可读取，也就是说，可以从槽的任何一端开始刷过磁卡。

磁条卡相比其他卡技术更为廉价，且易于编程。然而，磁条技术也容易发生误读、卡磨损和数据破坏的情况。因此，在某些情况下，磁卡读卡器可能无法成功读取磁卡刷卡信息。这种情况可能有多种原因，包括刷卡速度和均匀度、卡对准度、磁性编码数据的劣化以及读取磁头故障等。

当磁卡读取失败时，用户通常必须重新尝试刷卡。然而，在没有任何出错反馈的情况下，用户无法知晓前次刷卡的失败原因以及如何进行纠正。因此，有反馈信息的磁卡读卡器在提高读卡失败后的磁卡读取成功率方面将非常有用。

发明概况

本发明提供一种新的有刷卡信息反馈的磁卡读卡器模块。本特性可大大改善磁卡读卡器的用户体验，有助于对读卡失败的原因作出诊断。

一般而言，在一方面，本发明提供一种磁卡读卡器模块，其包括磁性传感器及相邻的槽、微控制器以及应用件。该磁性传感器被配置以拾取由磁条刷过所述槽所产生的模拟磁信号。该磁条被附着于卡片上，并包括带有磁性编码数据的轨道。该微控制器被配置以将模拟磁信号转换为数字信号，该应用件被配置以对数字信号进行分析，并进行数字信号的软判决解码，并生成输出，其中所述输出包括磁性编码数据和辅助信息(sideinformation)，所述辅助信息提供刷卡信息反馈。

本发明的这一方面的实现方式可能包括以下特征中的一种或多种。该磁卡读卡器模块还包括放大器和整流电路，模拟磁信号经放大器进行放大，并由整流电路进行整流，由此生成一系列方形脉冲。应用件包括一个沿检测解码算法，其被配置以确定两个连续的经整流的脉冲的上升沿和/或下降沿之间的间距。所确定的间距被用作软判决参数。被远距离隔开的两个连续的经整流的脉冲的上升沿和/或下降沿，表示磁条刷速较快。当两个连续的经整流的脉冲的上升沿和/或下降沿之间的间距相当于或大于其高度时，其为远距离隔开。被近距离隔开的两个连续的经整流的流脉冲的上升沿和/或下降沿，表示磁条刷速较慢。当两个连续的经整流的脉冲的上升沿和/或下降沿之间的间距小于其高度时，其为近距离隔开。磁卡读卡器模块还包括放大器和模数转换器(ADC)。模拟磁信号经放大器放大，并由ADC转换为一个数字信号。通过确定数字信号中的峰值的位置，并确定连续峰值之间的间距，应用件对数字信号进行解码。所确定的间距被用作软判决参数。微控制器还被配置以确定磁条刷动速度，并提供磁条刷动诊断信息。磁条刷动诊断信息包括磁条刷动速度与时间的关系图。磁条刷动速度与时间的关系图还包括刷动速度的上限和下限。辅助信息还被配置为由软件命令或硬件配置进行控制。辅助信息还被配置为由输入引脚进行控制。磁性编码数据还包括错误检测代码。该错误检测代码包括对每个已编码字符的一个校验位，并且该应用件还被配置以确定校验错误位的位置。错误检测代码还包括对每个数据轨道的一个纵向校验位，并且该应用件还被配置以确定纵向校验错误位的位置。

一般而言，在另一个方面，本发明提供一种用于读取在磁条内编码的数据的方法，其包括以下步骤。提供一个包括磁性传感器和相邻槽的磁卡读卡器。磁性传感器被配置以拾取磁条刷过槽所产生的模拟磁信号。磁条被附着于一个卡片上，并包括带有磁性编码数据的轨道。接下来，提供被配置为将模拟磁信号转换为数字信号的微控制器。该微控制器还被配置以对数字信号进行分析，并进行数字信号的软判决解码，并生成输出，其中所述输出包括磁性编码数据和辅助信息，所述辅助信息提供刷卡信息反馈。

附图简要说明

图1所示为一个读取磁头模块的简化框图；

图2所示为本发明的一种读取磁头模块的简化框图；

图3所示为由图2中的读取磁头所读取的磁通信号的一个典型片段；

图4所示为所述磁通信号在通过整流电路之后的一个典型片段；

图5所示为所述磁通信号的一个典型片段及其在模数转换过程中的采样值；

图6所示为一个包括整流电路的读取磁头模块的一种可能的实施例的框图；

图7所示为一个包括模数转换电路的读取磁头模块的一种可能的实施例的框图；

图8A所示为刷动速度随时间的变化图，其表明在刷动开始时速度过低，而在临近刷动结束时速度过高；

图8B所示为刷动速度随时间的变化图，其表明用户重新调整其刷动行为，以使刷动速度落入速度限值范围内。

发明详细说明

如上所述，在一些情况下，磁卡读卡器可能无法成功读取磁卡刷卡信息。这种情况可能有多种原因，包括刷卡速度和均匀度、卡对准度、磁性编码数据的劣化以及读取磁头故障等。

具体而言，刷卡的方式和速度会影响磁条读取的成功率。过快、过慢或速度不均匀或其他不顺利的刷卡通常会导致读卡失败。另一种可能的原因是磁性编码数据的劣化。信号弱、数据错误或轨道损坏可能使数据轨道无法读取。当然，另一种可能的原因是磁卡读卡器本身的故障。磁条与磁卡读卡器之间未对准也是一个可能的因素。其原因可能是磁卡、磁卡读卡器或刷卡动作的问题。

在多数磁卡读卡器模块中，轨道数据输出是对由读取磁头所拾取的模拟磁信号的“硬解码”。“硬解码”或“硬判决”或“硬判决解码器”是指以在一组可能值的固定集合(即二进制中的0或1)中所取的数据上进行工作的解码机制或解码器。在硬判决之后，关于磁卡读取的任何信息均会丢失。然而，原始磁信号包括的信息要多得多，这些信息可能有助于确定磁卡读取失败的原因。

当一次磁卡读取失败时，用户通常必须重新尝试刷卡。然而，在没有任何出错反馈的情况下，用户无法知晓前次刷卡的失败原因以及如何对其进行纠正。因此，具有反馈信息的磁卡读卡器在提高读卡失败后的磁卡读取成功率方面将非常有用。刷卡信息反馈使用户可以调整刷卡速度或刷卡方式，以识别失败的可能原因，或者，如果用户获知磁卡数据已损坏，则可减少重试次数。

本发明提供一种基于“软解码”机制或“软判决解码器”、能提供刷卡信息反馈的新的磁卡读卡器模块。“软解码”或“软判决”或“软判决解码器”是指一类算法，该类算法用于对已用纠错代码进行编码的数据进行解码。除了在一组可能值的固定集合(即二进制中的0或1)中的“硬判决”数据之外，对“软判决解码器”的输入还可能在中间值的整个范围内取得。这一额外信息指示了每个输入数据点的可靠性，用于提供更好的原始数据值。因此，在存在数据损坏的情况下，软判决解码器通常比硬判决解码器表现更好。

参见图1，读取磁头模块200通常包括一个读取磁头202和一个微控制器或解码器203。读取磁头202包括一个磁性传感器，其拾取一个模拟磁通信号201，并将输入磁通信号201转换为一个电信号。模拟磁通信号201包括磁条的磁性编码数据。微控制器或解码器电路203将电信号转回为在磁条的轨道上编码的数据，并输出将供其他电路使用的数字轨道数据204。输出数据204是“硬判决解码器”的结果，其具有一组可能值(即二进制的0或 1)的固定集合。因此，当一次读卡失败时，没有提示任何关于为何刷卡失败的反馈。

参见图2，本发明的读取磁头模块210包括读取磁头212、微控制器213和应用件215。读取磁头212包括一个磁性传感器，其拾取一个模拟磁通信号211，并将磁通信号211转换为一个电信号。微控制器213和应用件215处理该电信号，以基于“软判决解码器”机制来提取数值。微控制器213基于由“软判决解码器”机制所执行的分析，输出刷卡信息 (或辅助信息)214。如果读卡成功，磁条的轨道数据将被生成为一个输出。如果在读卡过程中出现错误，辅助信息214将帮助用户确定读卡失败的可能原因。由此，用户既可以对刷卡速度进行相应的调整，也可以在数据不可读时识别可能的坏卡。

二进制轨道数据通过使用频率/双频率(F2F)编码方案被编码到磁卡上，在该方案中，比特1和比特0由具有不同间隔的编码信号表示。当磁条刷过磁卡读卡器的槽时，所产生的磁通被读取磁头拾取，已编码的轨道数据被从磁条上取出。图3示出了来自读取磁头前端的模拟信号输出。峰100与峰101之间的间隔距离是峰110与峰111之间的间隔距离的一半。信号脉冲100和信号脉冲101对应于两个比特0。脉冲110和脉冲111处于双频率上，对应于比特1。

本发明分别采用如图6所示的读取磁头模块220和图7所示的读取磁头模块230对输入磁信号211进行两种不同的解码方式。参见图6，读取磁头模块220包括读取磁头221、放大器222、整流电路223、微控制器224和沿检测算法215a。输入磁信号220被读取磁头 221转换为一个电信号。该电信号首先被放大器222放大，然后通过整流电路223。随后该模拟电信号被整流电路223转换为一系列脉冲120、121、122、123(如图4所示)，脉冲的位置由沿检测算法215a确定，沿检测算法215a由微控制器224实现并执行。连续脉冲之间的间隔被计算并解释为比特1或比特0。图4示出了在对原始电信号进行整流之后，所得波形中的系列脉冲120、121、122、123。脉冲120和脉冲121是对应于比特0的宽脉冲。脉冲122和脉冲123是窄脉冲，两者在一起表示比特1。脉冲120、121、122、123的上升沿120a、122a和/或下降沿120b、122b之间的间隔被用作软判决参数。具体而言，远距离隔开的沿表示快速刷卡，近距离隔开的沿表示慢速刷卡。当沿的间距相当于或大于其高度时，沿为远距离隔开。当沿的间距小于其高度时，沿为近距离隔开。

作为替代方式，不采用整流，而是通过模数转换器(ADC)电路对已放大的信号进行采样并将其转换为数字信号。参见图7，读取磁头模块230包括读取磁头231、放大器232、模数转换器(ADC)电路233、微控制器234和算法215b。ADC电路233对由放大器232所产生的信号进行采样，并将其转换为数字信号，如图5所示。数字信号中的峰130的位置由算法215b确定，算法215b由微控制器234实现和执行。连续峰之间的间隔被计算，并被解释为比特1或比特0。这些被采样数据通常会比经整流的数据保留更多的信息，对于分析和诊断更为有用。一些微控制器可以在其一个或多个输入引脚中执行AD转换。由此，AD转换器可能是微控制器的组成部分，而不一定是一个外部电路。图5示出了在对原始信号进行放大之后得出的波形。采样点130、131和132被转换为数字值，以供处理。例如，130为局部最大值，可被解释为脉冲的峰的位置。不管是在沿检测数据中还是在AD转换数据中，在硬判决之前，均可提供一组软判决数据。随后该软判决数据被用于硬判决，以恢复原始的已编码的比特流。轨道数据采用一些简单的机制进行编码，以确定读取是否正常或者是否有错误。每个被编码字符均有一个校验位，以确保每个字符均被正确读取。整个轨道还有一个纵向校验位，以确保整个轨道被正确读取。如果有一个或多个校验错误，则卡读取失败，且应被抛弃。

在本发明中，关于错误原因的刷卡信息被作为辅助信息输出。在沿检测软判决数据中，沿之间的间隔被用于提示刷卡的速度。宽间隔脉冲表示刷卡快，而窄间隔脉冲则表示刷卡慢。在AD转换软判决数据中，峰之间的间隔和峰的高度被用于提示刷卡的速度。宽间隔信号表示刷卡快，而窄间隔信号则表示刷卡慢。较高的峰也表示刷卡快，而较低的峰则表示刷卡慢。关于刷动速度的辅助信息被反馈给读卡器的用户，用户可在随后的重试读卡中改进其刷动速度。

在一种实现方式中，由应用件生成刷卡的速度曲线图250，并进行图形显示，如图8A 和图8B所示。速度图250还分别包括速度上限251和下限251。理想情况下，速度图255 应处于速度上限251与下限251之间的范围内，如图8B所示。此外，均匀的刷卡速度对于解码最为有利。然而常见的情况是，靠近读卡器的起始端255a或结束端255b的速度与读卡器中部255c的速度差异非常大。通过在图上查看速度曲线250，用户可以学习如何调整刷动速度，以使刷动速度均匀并处于速度上限251与速度下限252之间的范围内。

此外，通过分析软判决数据，可确定校验错误位的位置。微控制器输出错误位置，其可以帮助操作人员准确地确定可能编码错误或损坏的卡。一个常见的问题是，由于操作人员过早地改变了卡的路径，在靠近读卡器的末端的一个不良位置处，卡被弯曲或折角。如果软判决数据在某一特定点之后包括许多错误，则其强烈提示存在操作错误。

上文对本发明的若干实施方式进行了说明。尽管如此，应该理解的是，在不背离本发明的精神和范围的条件下，可以进行多种改动。相应地，其他的实施例也被涵盖于以下权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种用于磁卡读卡器的微控制器，所述微控制器包括模数转换器，所述微控制器被配置以将由磁条刷过磁卡读卡器的槽所产生的模拟磁信号由放大器放大，并由所述模数转换器转换为数字信号，所述数字信号包括多个沿；

应用件由所述微控制器实现并执行，以对所述数字信号进行分析，并进行所述数字信号的软判决解码，并生成输出，其中所述输出包括磁性编码数据和辅助信息，所述辅助信息提供刷卡信息反馈，所述刷卡信息基于所述多个沿之间的间距并且基于所述多个沿之间的间距与所述多个沿的高度之间的比较关系。

2.如权利要求1所述的微控制器，其中所述应用件包括沿检测解码算法，其被配置以确定两个连续的经整流脉冲的上升沿和/或下降沿之间的间距，且其中所确定的间距被用作软判决参数。

3.如权利要求2所述的微控制器，其中远距离隔开的所述两个连续的经整流脉冲的上升沿和/或下降沿表示磁条刷动速度快，且其中当所述两个连续的经整流脉冲的上升沿和/或下降沿之间的间距相当于或大于其高度时，为远距离隔开。

4.如权利要求3所述的微控制器，其中近距离隔开的所述两个连续的经整流脉冲的上升沿和/或下降沿表示磁条刷动速度慢，且其中当所述两个连续的经整流脉冲的上升沿和/或下降沿之间的间距小于其高度时，为近距离隔开。

5.如权利要求1所述的微控制器，其中所述应用件通过确定所述数字信号中的峰值的位置，并确定连续峰值之间的间距，对所述数字信号进行解码，且其中所确定的间距和所述峰值的高度一起被用作软判决参数。

6.如权利要求1所述的微控制器，其中所述微控制器还被配置以确定所述磁条的刷动速度，并提供磁条刷动诊断信息。

7.如权利要求6所述的微控制器，其中所述磁条刷动诊断信息包括所述磁条的刷动速度随时间的变化图。

8.如权利要求7所述的微控制器，其中所述磁条的刷动速度随时间的变化图还包括刷动速度的上限和下限。

9.如权利要求1所述的微控制器，其中所述辅助信息还被配置为由软件命令或硬件配置控制。

10.如权利要求1所述的微控制器，其中所述辅助信息还被配置为由输入引脚控制。

11.如权利要求1所述的微控制器，其中所述磁性编码数据还包括错误检测代码。

12.如权利要求11所述的微控制器，其中所述错误检测代码包括每个已编码字符的校验位，且其中所述应用件还被配置以确定校验错误位的位置。

13.如权利要求11所述的微控制器，其中所述错误检测代码还包括每个数据轨道的纵向校验位，且其中所述应用件还被配置以确定纵向的校验错误位的位置。

Images