CN117032033A - 一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置及其控制方法，包括主板和读写器模块，所述读写器模块的驱动板包括MCU、射频芯片及SAM卡，所述MCU、射频芯片及SAM卡集成一个可插拔板卡装在所述主控单元内。读写器驱动板与主控单元主板采用串口通信，读写器与上位机应用软件运行在同一平台，软件接口灵活，数据处理本地化，可靠性更高，共用主控单元处理器，节约了硬件成本，读写器模块采用插拔式结构，便于安装与维护。本一体式主控单元集成度高，占用空间小，便于安装，便于检票机整机的小型化。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通自动售检票机技术领域，具体讲就是涉及一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置及其控制方法。
背景技术
目前地铁自动售检票系统的自助终端设备主要由自动售票机和自动检票机，半自动售票机等组成，面对乘客的自助设备主要由自动售票机进行售票，然后到自动检票机进行检票进出站。据统计，通常，城市的每个地铁站会配置8～10台的自动售票机，以应付每天众多的使用单程票的乘客，乘客的支付方式为硬币和小额纸币。
读写器是自动售检票机的一个重要组成部件，其是一个功能独立、具有安全认证模块配合，在其读写范围内对车票分析或车票交易的软、硬件整体功能的模块。主控单元是自动售票机、自动检票机的控制单元，完成车票处理、现金处理、数据通信、状态监控及故障检测等功能。
现有技术中，读写器具有独立的控制电路和处理器，通过RS232串口与主控单元连接。接收主控单元的指令完成对车票的读写处理。但是这种传统的连接方式，读写器作为一个独立模块，占用空间大，接线复杂，专门的处理器用于运行读写器程序，硬件成本高。
同时，在传统的读写器架构中，通常使用了ARM板来控制RF模块和SAM卡模块，应用程序运行在ARM板上，通过串口与上位机通信。然而，受限于ARM板硬件成本、尺寸等因素，ARM芯片的处理性能及接口往往越来越不能满足地铁业务对大文件处理、电子车票应用等需求，例如在进行二维码验签时，国密运算处理时间太长影响乘客的通行速度；接收超过20W条以上黑名单文件所花费的时间太长，以及黑名单的存储、处理可能都不能满足需求，需要不断升级处理器及修改硬件接口来适应各种新的需求。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有的自动售检票系统读写器和主控单元连接方式占用空间大，接线复杂、成本高的缺点，提供一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置及其控制方法，整个一体式主控单元集成度高，占用空间小，安装维护方便。
技术方案
为了实现上述技术目的，本发明提供的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置及其控制方法，包括主板和读写器模块，其特征在于：所述读写器模块的驱动板包括MCU、射频芯片及SAM卡，所述MCU、射频芯片及SAM卡集成一个可插拔板卡装在所述主控单元内。
在其中的一个实施例中，所述主板包括用于自动售检票终端设备连接的若干接口，板载CPU、内存、存储器、USB接口、串口、网口、视频接口、音频接口。
在其中的一个实施例中，所述主板上设有mini-PCIE插槽用以扩展安装4G模块、WIFI和蓝牙模块从而满足轨道交通不同应用场景使用。
在其中的一个实施例中，所述读写器模块包括读写器驱动板和读写器底板，所述读写器驱动板包括单片机、RF射频发射电路和SAM卡处理电路，所述读写器底板包括通信接口及二代证加密模块。
在其中的一个实施例中，所述用于自动售检票终端设备连接的若干接口，板载CPU、内存、存储器、USB接口、串口、网口、视频接口、音频接口分别设置在所述主控单元的前面板上和后面板上；
所述前面板上设有用于视频输出的VGA接口、HDMI接口、DVI接口，及USB2.0接口，USB3.0接口，TypeC接口，音频输出接口，RJ45网络接口，电源输入接口，电源开关,RS232接口，所述前面板上还设有与读写器模块连接的SMA类型RF接口；
所述后面板上设有数字O接口，RS232串口及RS232/RS485接口，读写器调试串口，远端天线接口。
在其中的一个实施例中，所述读写器模块固定装在所述前面板上，所述读写器驱动板固定在金属背板上，所述金属背板能够在固定板边框内前后移动，所述读写器驱动板与读写器底板采用金手指接插件连接。
在其中的一个实施例中，所述读写器底板通过接插件与所述主板连接，所述主板为读写器模组提供DC12V电源,所述主板通过TTL232接口分别与读写器驱动板及读写器底板的身份证加密模块通信。
本发明还提供一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置的控制方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
(1)装置处于工作状态时，运行在主控单元上的检票机应用程序循环调用读卡器应用程序的寻卡指令接口，读卡器应用程序通过接插件上的TTL232接口，将寻卡指令发送给驱动板上的MCU,MCU向射频芯片发出寻卡指令，射频芯片通过天线发出电磁信号；
(2)当有乘客刷卡时，通过电磁感应，IC卡收到该命令后，进行应答，并将操作结果返回给射频芯片，继而射频芯片向MCU返回操作结果，继而MCU再返回读卡器应用程序，继而读卡器应用程序再返回检票机应用程序，进行下一步操作。
上述装置的交易流程是根据对IC卡访问流程而设计的一系列的操作指令，因此，可以通过不断重复上述的基本操作过程来完成整个交易流程。当乘客通过自动检票机刷卡，完成车票与读卡器的数据交互，主控单元将根据不同的结果，会触发相应的操作，例如开闸放行或报警提示。
有益效果
本发明提供的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置及其控制方法，包括主板和读写器模块，所述读写器模块的驱动板包括MCU、射频芯片及SAM卡，所述MCU、射频芯片及SAM卡集成一个可插拔板卡装在所述主控单元内。读写器驱动板与主控单元主板采用串口通信，读写器与上位机应用软件运行在同一平台，软件接口灵活，数据处理本地化，可靠性更高，共用主控单元处理器，节约了硬件成本，读写器模块采用插拔式结构，便于安装与维护。本一体式主控单元集成度高，占用空间小，便于安装，便于检票机整机的小型化。同时，本一体式主控单元具有以下几个方面的优点：
1)单片机控制
将RF模块和SAM卡模块的控制集成到一个单片机驱动板中，通过单片机进行精细的控制和管理，提高系统的稳定性和实时性。
2)应用程序迁移
原来的应用程序运行在ARM板上的Linux平台，现在将应用程序移植到主控单元主板上。可以充分利用工控机的计算资源和更大的存储空间，提升整体性能。
3)高速串口通信
原来的通信方式是通过RS232串口与上位机通信,最大波特率为115200，现在采用高速500Kbps TTL串口通信来连接单片机和工控机主板。通信速率更高，能够快速传输数据，提高系统响应速度。
4)接口调用
原来的应用程序和上位机程序之间通过RS232串口通信，现在应用程序作为一个SDK存在，并与原上位机程序运行在同一个平台。两者之间使用软件接口调用来进行通信，简化了开发过程并提高了系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
附图1是本发明实施例中一体化主控单元组成构成关系示意图；
附图2是本发明实施例中主控单元前面板结构示意图；
附图3是本发明实施例中主控单元后面板结构示意图；
附图4是本发明实施例中主读写器模块结构示意图；
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例
现有技术中，读写器具有独立的控制电路和处理器，通过RS232串口与主控单元连接。接收主控单元的指令完成对车票的读写处理。但是这种传统的连接方式，读写器作为一个独立模块，占用空间大，接线复杂，专门的处理器用于运行读写器程序，硬件成本高。为了解决这一难题，如附图1所示，本实施例提供一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，所述主控单元包括主板和读写器模块，所述主板包括用于自动售检票终端设备的常用接口，包括板载瑞芯微RK3568 CPU、内存、eMMC存储器、USB接口、串口、网口、视频接口、音频接口等。进一步作为优选的可实施方式，主板具有两路mini-PCIE插槽，可以扩展安装4G模块、WIFI和蓝牙模块，以满足轨道交通不同应用场景使用。
所述读写器模块包括读写器驱动板和读写器底板，其中读写器驱动板包括GD32F103单片机、RF射频发射电路、SAM卡处理电路等，读写器底板包括通信接口及二代证加密模块等。
本实施例中，接口分为设置在前面板和后面板上，如图2所示，前面板上设有三个视频输出接口，分别是VGA接口7、HDMI接口5、DVI接口6，以及四个USB2.0接口8，一个USB3.0接口4，一个TypeC接口3，一个音频输出接口12，两个RJ45网络接口10，电源输入接口9，电源接口具有远程唤醒功能，电源开关13,接受宽电压输入DC9-36V,八个RS232接口14。
前面板上还装有读写器模块11，该读写器模块11在前面板上设有两个SMA类型RF接口1、2，可外接两路13.56MHZ天线，用于处理符合ISO/IEC14443 TYPEA标准的非接触IC卡，包括符合建设部相关卡标准及Classic系列的相关厂商产品及兼容类产品，可读写符合ISO/IEC14443 TYPE B标准的非接触IC卡(居民身份证)。具有一个读写器复位按钮，一个读写器运行指示灯。
如图3所示，后面板上设有16路数字IO接口20，四路RS232串口及两路RS232/RS485接口21，一路读写器调试串口22，一路远端天线接口23。远端天线与读写器模块采用RS485通信方式，
本实施例中，如图2所示，读写器模块设计为插卡模式，在前面板通过手拧螺丝11固定。如图4所示，读写器驱动板37固定在金属背板35上，该金属背板可在固定板36边框内前后移动，读写器驱动板37与读写器底板33采用金手指接插件34连接，金手指上的电源设计，允许读写器驱动板进行热插拔，这种结构设计方便读写器驱动板上SAM卡的插拔及读写器模块的调试、维护。
所述的读写器底板通过接插件32与所述主板连接，主板为读写器模组提供DC 12V电源,通过两路TTL232接口分别与读写器驱动板37及读写器底板的身份证加密模块31通信。
下面以自动检票机举例说明上述工业控制一体化装置的控制过程：
自动检票机处于工作状态时，运行在主控单元上的检票机应用程序循环调用读卡器应用程序的寻卡指令接口，读卡器应用程序通过接插件32的TTL232接口，将寻卡指令发送给驱动板上的MCU,MCU向射频芯片发出寻卡指令，射频芯片通过天线(天线接口1、2)发出电磁信号，当有乘客刷卡时，通过电磁感应，IC卡收到该命令后，进行应答，并将操作结果返回给射频芯片，继而射频芯片向MCU返回操作结果，继而MCU再返回读卡器应用程序，继而读卡器应用程序再返回检票机应用程序，进行下一步操作。交易流程是根据对IC卡访问流程而设计的一系列的操作指令，因此，可以通过不断重复上述的基本操作过程来完成整个交易流程。当乘客通过自动检票机刷卡，完成车票与读卡器的数据交互，主控单元将根据不同的结果，会触发相应的操作，例如开闸放行或报警提示。
本实施例提供的一体化主控单元通过人机交互、车票处理、现金处理、数据通信、状态监控与故障检测等功能，实现对自动售票机、自动检票机的全面控制。它负责处理乘客的界面显示及操作交互，负责对车票进行读写处理及验证车票的有效性；处理现金交易并进行金额计算；通过数据通信与车站计算机进行实时数据交互；监控设备的状态并进行故障检测与自动修复。这些控制过程能够保证自动售票机、自动检票机的正常运行，并提供准确、高效的服务。
其中，读写器作为AFC系统中的终端产品，在进、出站自动检票机、TVM、BOM中都含有读写器。读写器是整个AFC系统与车票(卡)进行数据交换的唯一途径。读写器是一个功能独立、具有安全认证模块配合，在其读写范围内对车票分析或车票交易的软、硬件整体功能的统一体。读写器功能包括但不限于：
-车票检测；
-防冲突；
-选择车票应用；
-密钥双向认证；
-车票数据逻辑检查与恢复；
-车票读写；
-交易验证码产生。
读写器通过MCU将射频前端、存储器、安全模块以及各种I/O接口连成一体，完成对IC卡车票的操作功能。
需要说明的是本实施例中接口的数量及产品的型号只是实现本实施例技术目的的一种常规选择，不代表接口数量及产品的型号只有本实施例中的一种情况，任何受到本发明技术其实的接口数量及产品的型号及安装方式都应该视为落入本发明保护范围。
本发明提供的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置及其控制方法，包括主板和读写器模块，所述读写器模块的驱动板包括MCU、射频芯片及SAM卡，所述MCU、射频芯片及SAM卡集成一个可插拔板卡装在所述主控单元内。读写器驱动板与主控单元主板采用串口通信，读写器与上位机应用软件运行在同一平台，软件接口灵活，数据处理本地化，可靠性更高，共用主控单元处理器，节约了硬件成本，读写器模块采用插拔式结构，便于安装与维护。本一体式主控单元集成度高，占用空间小，便于安装，便于检票机整机的小型化。
Claims (8)
1.一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，包括主板和读写器模块，其特征在于：所述读写器模块的驱动板包括MCU、射频芯片及SAM卡，所述MCU、射频芯片及SAM卡集成一个可插拔板卡装在所述主控单元内。
2.如权利要求1所述的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，其特征在于：所述主板包括用于自动售检票终端设备连接的若干接口，板载CPU、内存、存储器、USB接口、串口、网口、视频接口、音频接口。
3.如权利要求1所述的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，其特征在于：所述主板上设有mini-PCIE插槽用以扩展安装4G模块、WIFI和蓝牙模块从而满足轨道交通不同应用场景使用。
4.如权利要求1所述的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，其特征在于：所述读写器模块包括读写器驱动板和读写器底板，所述读写器驱动板包括单片机、RF射频发射电路和SAM卡处理电路，所述读写器底板包括通信接口及二代证加密模块。
5.如权利要求1所述的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，其特征在于：所述用于自动售检票终端设备连接的若干接口，板载CPU、内存、存储器、USB接口、串口、网口、视频接口、音频接口分别设置在所述主控单元的前面板上和后面板上；
所述前面板上设有用于视频输出的VGA接口(7)、HDM I接口(5)、DVI接口(6)，及USB2.0接口(8)，USB3.0接口(4)，TypeC接口(3)，音频输出接口(12)，RJ45网络接口(10)，电源输入接口(9)，电源开关(13),RS232接口(14)，所述前面板上还设有与读写器模块(11)连接的SMA类型RF接口(1、2)；
所述后面板上设有数字IO接口(20)，RS232串口及RS232/RS485接口(21)，读写器调试串口(22)，远端天线接口(23)。
6.如权利要求1所述的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，其特征在于：所述读写器模块(11)固定装在所述前面板上，所述读写器驱动板(37)固定在金属背板(35)上，所述金属背板(35)能够在固定板(36)边框内前后移动，所述读写器驱动板(37)与读写器底板(33)采用金手指接插件(34)连接。
7.如权利要求1所述的一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置，其特征在于：所述读写器底板通过接插件(32)与所述主板连接，所述主板为读写器模组提供DC12V电源,所述主板通过TTL232接口分别与读写器驱动板(37)及读写器底板(33)的身份证加密模块(31)通信。
8.一种读写卡功能集成式工业控制一体化装置的控制方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
(1)装置处于工作状态时，运行在主控单元上的检票机应用程序循环调用读卡器应用程序的寻卡指令接口，读卡器应用程序通过接插件(32)上的TTL232接口，将寻卡指令发送给驱动板上的MCU,MCU向射频芯片发出寻卡指令，射频芯片通过天线发出电磁信号；
(2)当有乘客刷卡时，通过电磁感应，IC卡收到该命令后，进行应答，并将操作结果返回给射频芯片，继而射频芯片向MCU返回操作结果，继而MCU再返回读卡器应用程序，继而读卡器应用程序再返回检票机应用程序，进行下一步操作。
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