DE2531575A1

DE2531575A1 - Einrichtung zum lesen von magnetkarten, insbesondere von magnetischen fahrkarten

Info

Publication number: DE2531575A1
Application number: DE19752531575
Authority: DE
Inventors: Gernot Ing Grad Schneider
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1975-07-11
Publication date: 1976-12-23
Also published as: FR2315126A1; DE2531575C3; DE2531575B2; CH589895A5; FR2315126B1

Description

[LAHDlS & GYH J ^LGZ ^^{Ν0Ιδ & GY}R zug ag

CH-6301 Zug, Schweiz

Einrichtung zum Lesen von Magnetkarten, insbesondere von magnetischen Fahrkarten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art.

Magnetisch kodierte Karten werden als Fahrkarten, Eintrittskarten, Kreditkarten, Identitätskarten u.dgl. eingesetzt. Sie dienen als Berechtigungsausweis auf öffentliche Dienstleistungen, zum Bezug von Waren in Dienstleistungsautomaten, als Identitätsausweis usw.

Die Informationsspeicherung auf bekannten Magnetkarten erfolgt in der bei Magnetbandgeräten üblichen Aufzeichnungstechnik. Die Magnetkarte bzw. ein für die Herstellung von Magnetkarten bestimmtes Magnetband wird an einem Magnetkopf vorbeibewegt und im Takt der angelegten Steuerspannung durch das am Luftspalt des Magnetkopfes austretende Streufeld ma-

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gnetisiert.Die zeitliche Aenderung der Steuerspannung wird dabei in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit in eine wegabhängige Magnetisierung umgeformt. Beim Lesen des so erzeugten magnetischen Musters wird der umgekehrte Weg beschritten; mit Hilfe eines Magnetkopfes werden die magnetischen Längenelemente der Magnetkarte in von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängige elektrische Zeitelemente umgeformt. Eine genaue Rekonstruktion der ursprünglichen Informationen bedingt daher bei bekannten Leseeinrichtungen die Einhaltung einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit, was oft nur mit beachtlichem technischem Aufwand mit befriedigender Genauigkeit möglich ist.

Bei einer bekannten Kodiermethode, die euch bei Magnetkarten angewandt werden kann, werden auf der Magnetspur nicht nur die zu speichernden Daten, sondern auch ein periodisches Clocksignal aufgezeichnet. Ein Beispiel eines solchen Kodes ist in den Zeilen W und M der Fig. 2 dargestellt. Die Richtung der Magnetisierung ändert periodisch mit der Bitlänge T₁... Zwischen zwei solchen das Clocksignal beinhaltenden Aen-

derungen der Magnetisierungsrichtung erfolgt jeweils dann eine zusätzliche Aenderung der Magnetisierungsrichtung, wenn die Wertigkeit W des betreffenden Bits L ist. Bei einem anderen Kode zur gemeinsamen Speicherung von Datensignal und Clocksignal liegt die Dateninformation in der Richtung der Magnetisierung.

Beim Lesen der Magnetspur wird das Datensignal vom Clocksignal getrennt und danach das Datensignal mit Hilfe des

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Clocksignals dekodiert. Hierzu ist es aus der Zeitschrift Electronics, Okt. 1959, S. 72-75 bekannt, mit einem monostabilen Zeitglied, welches bei einem Signalwechsel des Lesesignals gestartet wird, die Zeitintervalle zwischen den Wechseln auszumessen, wobei während der durch das Zeitglied festgelegten Abtastzeit die Bitwertigkeit des Lesesignals geprüft und bei einem nach Ablauf der Abtastzeit auftretenden Signalwechsel die Abgabe eines Clockimpulses ausgelöst wird. Die konstante Abtastzeit bedingt eine ebenso konstante Relativgeschwindigkeit zwischen der Magnetspur und dem Magnetkopf. Schon bei verhältnismässig geringen Abweichungen der momentanen Lesegeschwindigkeit von ihrem Sollwert werden die gespeicherten Daten falsch gelesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Einrichtung zum Lesen von Magnetkarten zu schaffen, welche die gespeicherten Daten auch bei stark schwankender Lesegeschwindigkeit fehlerlos liest. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im Kennzeichen des Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Die Erfindung ermöglicht, den Antrieb zum Transport der Magnetkarte entlang dem Magnetkopf mit einfachen Mitteln unter Verzicht auf mechanische Präzision aufzubauen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung

zum Lesen von Magnetkarten,

Fig. 2 ein Diagramm und

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_ 4 —

Fig. 3 ein weiteres Diagramm.

In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Magnetkarte, die mit einem nur schematisch dargestellten Antrieb 2 einem Lese-Magnetkopf 3 entlang transportiert wird. An den Antrieb 2 ist ein Taktgeber 4 gekoppelt, der vorzugsweise aus einer mit dem Antrieb 2 starr verbundenen Rasterscheibe 5, einem Lichtsender 6 und einem Lichtempfänger 7 zur optischen Abtastung der Rasterscheibe 4 sowie aus einem Lichtverstärker 8 besteht. Die Rasterscheibe 5 kann in an sich bekannter V/eise aus lichtdurchlässigem Material bestehen und an ihrem Umfang kreissektorförmige Rastermarken 9 aufweisen, die gleich breit sind wie die dazwischen liegenden transparenten Bereiche, so dass der Lichtempfänger 7 mit einem geschwindigkeitsproportionalen Lichtpuls beaufschlagt wird und am Ausgang des Lichtverstärkers 8 eine symmetrische Pulsspannung entsteht. Unmittelbar über oder unter der Rasterscheibe 9 kann ein Rastersegment 10 angeordnet sein, das den Rastermarken 9 entsprechende Rastermarken 11 aufweist, so dass auf eine Bündelung der vom Lichtsender 6 ausgehenden Lichtstrahlen verzichtet werden kann und eine hohe Lichtausbeute auf der Empfängerseite erzielt wird.

Es ist auch möglich, ein zweites Rastersegment anzuordnen, das gegenüber dem Rastersegment 1O um eine halbe Rasterteilung versetzt ist und hinter dem ein zweiter Lichtempfänger angeordnet ist. Werden die beiden Lichtempfänger auf einen Differenzverstärker geschaltet, so ergibt sich eine

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dreieckförmige, zur Nullachse symmetrische Wechselspannung, deren Amplitude von Fremdlichteinflüssen und Temperaturschwankungen weitgehend unabhängig ist.

Der Magnetkopf 3 ist über einen Verstärker 12 an einen Lesesignaleingang 13 und der Taktgeber 4 an einen Takteingang einer Dekodierschaltung 15 angeschlossen. Dieser Dekodierschaltung fällt die Aufgabe zu, aus dem eingangsseitigen Lesesignal M ein Datensignal D und ein Clocksignal C abzuleiten. Das Datensignal D erscheint an einem Datenausgang 16 und das Clocksignal C an einem Clockausgang 17.Vorzugsweise ist der Datenausgang 16 mit einem Dateneingang eines Schieberegisters und der Clockausgang 17 mit einem Clockeingang desselben verbunden.

Die Dekodierschaltung 15 weist ein vom Taktgeber 4 steuerbares digitales Zeitglied 19 auf, das vorzugsweise ein Impulszähler ist und im folgenden als solcher bezeichnet wird. Zwischen den Takteingang 14 und einen Zähleingang 20 des Impulszählers 19 ist ein Impulsformer 21 geschaltet, der bei jedem Signalwechsel des vom Taktgeber 4 erzeugten Taktsignals T einen nadeiförmigen Zählimpuls abgibt. Der Lesesignaleingang 13 ist über einen Impulsformer 22 an einen Stelleingang S eines Flipflop 23 und an einen ersten Eingang eines UND-Tores 24 angeschlossen. Ein Ausgang Q des Flipflop 23 ist an einen zweiten Eingang des UND-Tores 24 und ein Ausgang Q dieses Flipflop an einen Rückstelleingang 25 des Impulszählers 19 sowie an den Clockausgang 17 der Dekodierschaltung 15 geschaltet. Das UND-Tor 24 ist mit einem Stelleingang S

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eines Flipflop 26 verbunden, dessen Ausgang Q den Datenausausgang 16 bildet. Ein Ausgang 27 des Impulszählers 19 ist an einen Rückstelleingang R des Flipflop 23 sowie über ein Verzögerungsglied 28 an einen Rückstelleingang R des Flipflop 26 angeschlossen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung anhand des Diagramms der Fig. 2 erläutert, das den zeitlichen Verlauf der in der Fig. 1 mit den gleichen Buchstaben bezeichneten Signale bei stark schwankender Lesegeschwindigkeit zeigt. In der Zeile W der Fig. 2 ist die Wertigkeit
einiger Datenbits der auf der Magnetkarte 1 gespeicherten Information als Beispiel angegeben. Darunter ist das zugehörige Lesesignal M dargestellt, das der jeweiligen Magnetisierungsrichtung der Magnetkarte entspricht und seinen logischen Zustand am Anfang jeder Bitperiode wechselt. Die
Bitlänge ist mit T_Q bezeichnet. Ist die Wertigkeit eines Bits L, so erfolgt ein weiterer Signalwechsel des Lesesignals M etwa in der Mitte der Bitperiode. Das vom Taktgeber 4 erzeugte Taktsignal T ist als Rechtecksignal dargestellt, was den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht, wenn der Verstärker 8 stark übersteuert wird. Der Impulsformer 21 erzeugt eine nadeiförmige Pulsspannung T¹. Analog erzeugt der Impulsformer 22 eine nadeiförmige Pulsspannung M¹, wobei jedem Signalwechsel des Lesesignals M ein Nadelimpuls zugeordnet ist.

Durch entsprechende Dimensionierung des Antriebs 2 und des

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Taktgebers 4 ist dafür gesorgt, dass die Periodendauer T des Taktsignals T einem ganzzahligen Teil - im vorliegenden Beispiel dem dritten Teil - der Bitlänge T des Lesesignals M entspricht. Die Wechsel des Lesesignals M fallen im allgemeinen nicht mit einem Wechsel des Taktsignals T zusammen.

In der Ausgangslage der Einrichtung befinden sich die Flipflop 23 und 26 in der Ruhelage, der Impulszähler 19 steht auf Null. Bei einem Signalwechsel des Lesesignals M wird das Flipflop 23 gekippt und dadurch der Impulszähler 19 freigegeben. Dieser zählt nun die Nadelimpulse der Pulsspannung T¹. Auf den fünften Nadelimpuls gibt der Impulszähler 19 an seinem Ausgang 27 eine Rückstellspannung ab, die das Flipflop 23 in die Ruhelage zurückstellt. Die vom Signalwechsel des Lesesignals M bis zum fünften Nadelimpuls der Pulsspannung T¹ dauernde Abtastzeit ist in der Fig. 2 mit T bezeichnet. Das Flipflop 23 gibt während der Abtastzeit. T_q das UND-Tor 24 frei.

V/eist ein Bit die Wertigkeit L auf, so erfolgt - wie bereits erwähnt - während der Abtastzeit T ein weiterer Wechsel des

Lesesignals M, der diesem Wechsel zugeordnete Nadelimpuls der Pulsspannung M¹ durchläuft das UND-Tor 24 und kippt das Flipflop 26. Dieses wird wieder in die Ruhelage zurückgekippt, wenn die auf den fünften Nadelimpuls der Pulsspannung T¹ vom Impulszähler 19 abgegebene Rückstellspannung das Verzögerungsglied 28 durchlaufen hat. Das Verzögerungsglied 28, das eine Verzögerungszeit T aufweist, sorgt dafür, dass sich jeweils

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ein Datenimpuls des Datensignals D und ein Clockimpuls des Clocksignals C um den Betrag τ überlappen.

Weist ein Bit dagegen die Wertigkeit O auf, so erfolgt während der Abtastzeit T kein Wechsel des Lesesignals M und das Flipflop 26 verharrt in seiner Ruhelage.

Das am Datenausgang 16 erscheinende Datensignal D wird im Takt des Clocksignals C in das Schieberegister 18 eingeschoben und dort gespeichert. Ein Wechsel des Lesesignals M nach Ablauf der Abtastzeit T wird als Beginn einer neuen Bitperiode interpretiert.

Die Vorteile der beschriebenen Einrichtung sind nun leicht ersichtlich. Da die Abtastzeit T , während der die Bitwertigkeit des Lesesignals M geprüft wird, nicht konstant ist, sondern sich der momentanen Antriebsgeschwindigkeit der Magnetkarte 1 ständig anpasst, kann die Antriebsgeschwindigkeit praktisch beliebig schwanken. Es ist daher möglich, einen billigen, nicht drehzahlstabilisierten Antriebsmotor zu verwenden. Selbstverständlich muss dafür gesorgt werden, dass ein allenfalls auftretender Schlupf zwischen dem Antrieb 2 und der Magnetkarte 1 möglichst klein ist und dass auch der Taktgeber 4 bzw. die Rasterscheibe 11 möglichst starr an den Antrieb 2 gekoppelt ist.

In der Fig. 3a sind das Lesesignal M sowie die daraus abgeleitete Pulsspannung M¹ und in der Fig. 3b das Taktsignal T nochmals dargestellt, wobei die Periodendauer T des Taktsignals wiederum dem dritten Teil der Bitlänge T_R entspricht. pa 1865 609852/0590

Das Clocksignal C ist für den bei der Einrichtung nach der Fig. 1 bereits diskutierten Fall gezeichnet, dass der Impulszähler 19 die positiven und negativen Wechsel des Taktsignals T zählt, d.h. dass jede Flanke des Taktsignals ein Zählereignis darstellt. Da, wie bereits erwähnt, der Beginn einer Bitperiode im allgemeinen nicht mit einem V.'echsel des Taktsignals T zusammenfällt, kann die Abtastdauer T in bestimmten Grenzen variieren. Hierbei treten zwei Grenzfälle auf. Im einen Grenzfall wird ein Wechsel des Taktsignals T gerade noch gezählt, im anderen Grenzfall wird ein Wechsel gerade nicht mehr gezählt. Für den erstgenannten Grenzfall gilt der ausgezogen gezeichnete Verlauf des Clocksignals C mit minimaler Abtastdauer T und für den zweitgenannten

Grenzfall der gestrichelt gezeichnete Verlauf mit maximaler Abtastdauer. Das schraffierte Rechteck verdeutlicht die Streubreite der Abtastzeit T . Die der beschriebenen Einrichtung eigene Sicherheit gegen falsches Lesen ist nun leicht feststellbar. In der einen Richtung ist die Sicherheit S. = 1/6 T. und in der anderen Richtung ist S₀ = 1/6 T . Die Sicher-

heit gegen falsches Lesen ist also S = 1/6 T_D, d.h. die Mats

gnetkarte wird fehlerlos gelesen, wenn die Summe aller Störeinflüsse, die eine zeitliche Verschiebung der Wechsel des Lesesignals M gegenüber denen des Taktsignals T bewirken, kleiner als 1/6 der Bitlänge T₀ ist. Als solche Stbreinflüsse fallen Verformungen der Magnetkarte, Instabilitäten des Taktgenerators 4 und der mechanischen Halterung des Magnetkopfs u.dgl. in Betracht.

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Die Sicherheit gegen falsches Lesen kann erhöht werden, wenn die Frequenz des Taktgenerators 4 wesentlich grosser gewählt

wird, so dass im Idealfall T = 3/4 T_n und S. = S_ = 1/4 Τα ο I *c a

wird. Eine hohe Frequenz des Taktgenerators bedingt jedoch nicht nur eine sehr feine Rasterteilung der Rastermarken 9, was mechanische und optische Probleme mit sich bringt, sondern auch eine entsprechend grosse Speicherkapazität des Impulszählers 19. Wenn der Impulszähler 19 sowohl die positiven als auch die negativen Wechsel des Taktsignals T zählt, ergibt sich ein optimaler Kompromiss, wenn T_ = 1/3 T_D oder T = 1/5 T ist. Die letztgenannte Variante ist in der Fig. 3c dargestellt und ergibt eine Sicherheit S = 1/5 T₀. Die in der Zeichnung nicht dargestellte Variante T_ = 1/4 T_R ergibt eine geringere Sicherheit, während bei einer weiteren Verkleinerung der Periodendauer T_ der technische Aufwand drastisch zunimmt, ohne dass die Sicherheit wesentlich verbessert wird.

In den Fig. 3b und 3c ist noch das Clocksignal C für den Fall dargestellt, dass als Zählereignis jede positive Flanke des Taktsignals T betrachtet, d.h. der Impulsformer 21 weggelassen wird. Ferner ist in diesen Figuren auch das Clocksignal C" für die an sich denkbare Variante gezeigt, dass jeder vollständige O-L-L-O - Zyklus des Taktsignals als Zählereignis gilt. Es ist ersichtlich, dass diese Varianten bei T_ = 1/3 T₀ (Fig. 3b) unbrauchbar sind und bei T_ = 1/5 T_n eine kleinere Sicherheit ergeben als die Zählung der positiven und negativen Wechsel des Taktsignals.

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Claims

LGZ LANDIS & GYR ZUG AG.

PATENTANSPRUECHE

Q_y Einrichtung zum Lesen von Magnetkarten, insbesondere von magnetischen Fahrkarten, die derart magnetisch kodiert sind, dass das mit einem Magnetkopf erzeugte Lesesignal sowohl ein Datensignal als auch ein periodisches Clocksignal enthält, mit einem Antrieb zum Transport der Magnetkarte entlang dem Magnetkopf und mit einer elektronischen Dekodierschaltung zur Trennung von Datensignal und Clocksignal, die ein Zeitglied aufweist, welches bei einem Signalwechsel des Lesesignals gestartet wird, wobei während der durch das Zeitglied festgelegten Abtastzeit die Bitwertigkeit des Lesesignals geprüft wird und bei einem nach Ablauf der Abtastzeit auftretenden Signalwechsel die Abgabe eines Clockimpulses ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitglied ein digitales Zeitglied (19) ist, das von einem an den Antrieb (2) gekoppelten Taktgeber (4) steuerbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Zeitglied (19) ein Impulszähler ist, der jeweils durch einen Signalwechsel des Lesesignals (M) freigegeben wird und die Signalwechsel des vom Taktgeber (4) erzeugten Taktsignals (T) zählt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeber (4) eine Rasterscheibe (5), einen Lichtsender (6) und einen Lichtempfänger (7) zur optischen Abtastung der Rasterscheibe (5) und einen Lichtverstärker (8) aufweist.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulszähler (19) zur Zählung sowohl der positiven als auch der negativen Signalwechsel des Taktsignals (T) eingerichtet ist und dass die Periodendauer (T^) des Taktsignals

(T) dem dritten oder dem fünften Teil der Bitlänge (T_Q) des

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Lesesignals (M) entsprichst.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Taktgeber (4) und einen Zähleingang (20) des Impulszählers (19) ein Impulsformer (21) geschaltet ist, der bei jedem Signalwechsei des Taktsignals (T) einen nadeiförmigen Zählimpuls (T') abgibt.
6. Einrichtung räch einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkopf (3) über einen Verstärker (12) und einen Impulsformer (22) an einen Stelleingang (s) eines ersten Flipflop (23) und an einen erstsn Eingang eines UND-Jores (24) angeschlossen ist, dass ein Ausgang (Q) des ersten Flipflop an einen zweiten Eingang des UND-Tores (24) und ein weiterer Ausgang (Q) dieses Flipflop (23) an einen Rückstelleingang (25) des Impulszählers (19) sowie an einen Clockausgang (17) der Dekodierschaltung (15) geschaltet ist, dass das UND-Tor (24) mit einem Stelleingang (S) eines zweiten Flipflop (26) verbunden ist, dessen Ausgang (Q) den Datenausgang (16) der Dekodierschaltung (15) bildet, und dass ein Ausgang (27) des Impulszählers (19) an einen Rückstelleingang (R) des ersten Flipflop (23) sowie über ein Verzögerungsglied (28) an einen Rückstelleingang (R) des zweiten Flipflop (26) angeschlossen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenausgang (16) der Dekodierschaltung (15) mit einem Dateneingang eines Schieberegisters (18) und der Clockausgang (17) der Dekodierschaltung (15) mit einem Clockeingang des Schieberegisters (18) verbunden ist.

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