專利名稱：基于超高頻rfid技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工作于超高頻(UHF)頻段的基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，由我國(guó)國(guó)情決定，鐵路一直是人們進(jìn)行長(zhǎng)途出行最主要的交通工具，但購(gòu)票難的問(wèn)題隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而愈演愈烈。受利益的趨使，出現(xiàn)了大量高價(jià)販賣火車票的黃牛黨，這些票販嚴(yán)重破壞了正常的購(gòu)票秩序，使不少人"千金難求一票"，這嚴(yán)重影響了社會(huì)的穩(wěn)定和諧及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。實(shí)名制售票被提及了很長(zhǎng)時(shí)間，但是一直以來(lái)由于我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)奶厥馇闆r，特別是沒(méi)有一個(gè)很好的方案解決實(shí)名制驗(yàn)票會(huì)使車站檢票速度下降這一難題，鐵路部門一直不肯實(shí)行實(shí)名制購(gòu)票方案。如果能將超高頻RFID的遠(yuǎn)距離讀卡技術(shù)及低功耗的手持技術(shù)結(jié)合起來(lái)，并利用已經(jīng)普及的二代身份證作為身份識(shí)別憑證必然會(huì)大大降低驗(yàn)票時(shí)間，提高工作效率。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)鐵路部門的擔(dān)心以及實(shí)行實(shí)名制所遇到的主要問(wèn)題，提供一種基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，它有效地解決了人們所擔(dān)心的實(shí)名制會(huì)增加很多工作量及在乘客購(gòu)票及檢票的時(shí)候造成更嚴(yán)重的堵塞等問(wèn)題，同時(shí)采用本實(shí)用新型所述的方案還可以使相關(guān)部門及時(shí)掌握車上人員的身份信息，增加了火車的安全性與透明性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案
一種基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，它包括電源裝置、控制裝置，控制裝置外接RFID超高頻讀卡器電路；同時(shí)控制裝置還通過(guò)USB接口與ARM核心顯示模塊通信，ARM核心顯示模塊與液晶屏模塊和擴(kuò)展模塊連接；控制裝置還通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB 口電路與上位機(jī)連接。
所述RFID超高頻讀卡器電路包括射頻芯片，它通過(guò)GPIO接口與控制裝置通信；射頻芯片還依次連接環(huán)路濾波器、VCO裝置，VCO裝置再與射頻芯片連接，從而組成閉環(huán)回路；同時(shí)射頻芯片還依次與功率放大器、高頻環(huán)形器連接，高頻環(huán)形器再與射頻芯片連接從而組成另一閉環(huán)回路；高頻環(huán)形器與天線連接。
所述控制裝置為MSP430單片機(jī)。
所述ARM核心顯示模塊采用S3C2410芯片。
所述串口轉(zhuǎn)USB口電路為FT232芯片。所述射頻芯片為UHF RFID讀卡器芯片AS3990。
本實(shí)用新型的讀寫(xiě)器主要由控制裝置、RFID超高頻讀卡器電路、ARM核心顯示模塊、液晶屏模塊和串口轉(zhuǎn)USB 口電路等組成。
控制裝置負(fù)責(zé)接收用戶命令、完成對(duì)射頻芯片的寄存器設(shè)置。RFID超高頻讀卡器電路包括射頻芯片、功率放大電路、環(huán)路濾波器、外部VC0、高頻環(huán)形器，完成對(duì)基帶信號(hào)的調(diào)制發(fā)射和解調(diào)接收功能。
控制裝置為Tl公司的MSP430超低功耗單片機(jī)，本實(shí)用新型采用MSP430F15X系列，該系列單片機(jī)是由美國(guó)德州儀器(Tl)推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器。它的主要特點(diǎn)是超低功耗的同時(shí)具有強(qiáng)大的處理能力，而且結(jié)合TI的高性能模擬技術(shù)集成了豐富的片上外設(shè)，由它作為CPU來(lái)控制整個(gè)電路，它通過(guò)GPIO(可編程)口來(lái)與讀卡器芯片通信，同時(shí)通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB 口電路與上位機(jī)通信，同時(shí)還與ARM核心顯示模塊通信。
RFID超高頻讀卡器電路采用奧地利微電子公司生產(chǎn)的低功耗、低成本的"Simply Gen2"UHF RFID讀卡器芯片AS3990為核心組成，該芯片是一款單晶片，第二代UHF閱讀器IC，是目前業(yè)界最低功耗最低BOM的解決方案，是講究功耗成本的應(yīng)用首選。它內(nèi)建了一個(gè)第二代協(xié)議的引擎，可與一個(gè)整合電源放大器一起使用以進(jìn)一步縮減BOM，僅有32個(gè)寄存器就能實(shí)現(xiàn)全RF、篩選及協(xié)議控制，并能在使用時(shí)輕松維護(hù)。
ARM核心顯示模塊采用S3C2410嵌入式芯片，該芯片是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器，ARM芯片可以內(nèi)嵌LINUX或WIN CE等操作系統(tǒng)，所以顯示界面友好、內(nèi)容豐富、可操作性強(qiáng)，該ARM模塊通過(guò)USB接口與控制模塊通信來(lái)控制液晶顯示模塊的工作。
串口轉(zhuǎn)USB 口電路由FT232芯片來(lái)完成，該芯片是由全球領(lǐng)先的USB相關(guān)芯片和解決方案供應(yīng)商英國(guó)Future Technology Device International Limited (FTDI)生產(chǎn)，可以將USB信號(hào)方便轉(zhuǎn)換成RS-232， RS422, RS485信號(hào)/RS-232， RS422, RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換成USB信號(hào)，同時(shí)整合了電平轉(zhuǎn)換器，使得其I/O 口電平支持5V-2.8伏的寬范圍，能自行產(chǎn)生時(shí)鐘，無(wú)需外掛晶振鐘振，同時(shí)該芯片內(nèi)部集成了電源去耦RC電路。該芯片可以支持從串行UART、并行FIFO、SPI、 12C和JTAG等等協(xié)議轉(zhuǎn)換到USB協(xié)議，并且所有轉(zhuǎn)換都是在該芯片上完成，因而使用該芯片具有包含各種標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序、支持各種操作系統(tǒng)和處理器平臺(tái)等優(yōu)勢(shì)。
本實(shí)用新型的工作流程為
車票是用915MHz的超高頻RFID卡，在讀取超高頻RFID卡中數(shù)據(jù)時(shí)，RFID超高頻讀卡器電路讀取采用標(biāo)準(zhǔn)915腿z的超高頻RFID卡制成的車票中的信息，讀入信息后通過(guò)GPI0 口將信息傳給MSP430單片機(jī)，單片機(jī)控制與ARM核心顯示模塊通過(guò)串行口進(jìn)行通信，ARM核心
4顯示模塊將讀入的信息在液晶屏模塊上顯示出來(lái)。在向超高頻RHD卡中寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)(PC)通過(guò)USB 口與該讀寫(xiě)器相連，F(xiàn)T232芯片完成USB 口到串口協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)經(jīng)串行口送入MSP430單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)GPIO 口將信息寫(xiě)入RFID卡中儲(chǔ)存。
本實(shí)用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，采用的車票是用915MHz的超高頻RFID卡制成，最遠(yuǎn)可以在3—5米范圍內(nèi)哮取卡中的數(shù)據(jù)且抗干擾能力較強(qiáng)，由于RFID卡可以循環(huán)利用所以用它代替紙質(zhì)車票更節(jié)省社會(huì)資源，更有利于環(huán)保的要求。本實(shí)用新型采用的AS3990低功耗芯片使得發(fā)射功率能控制在1一2W之內(nèi)，MSP430系列單片機(jī)采用的是1.8~3.6電壓，芯片的電流會(huì)在200~400uA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有O.luA，這就更進(jìn)一步的降低了讀寫(xiě)器整體的功耗，兩節(jié)五號(hào)電池就可以為整個(gè)讀寫(xiě)器供電，本實(shí)用新型通過(guò)上述一系列方法顯著降低了整體的功耗，減少了能源的消耗，有利于環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展。本實(shí)用新型配一整套軟件可以在上位機(jī)上運(yùn)行用來(lái)將日期、車次、座次、人名及身份證號(hào)等旅客信息寫(xiě)入車票中，同時(shí)也可以從車票中方便的讀出這些信息，該軟件使用方便快捷，界面友好功能強(qiáng)大，完全適合售票及驗(yàn)票時(shí)使用。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2為RFID超高頻讀卡器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，l.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，2.上位機(jī)，3.串口轉(zhuǎn)USB 口電路，4,控制裝置，5.USB接口， 6. ARM核心顯示模塊，7.液晶屏模塊，8.擴(kuò)展模塊，9. RFID超高頻讀卡器電路，IO.天線，11.射頻芯片，12.GPIO接口， 13.環(huán)路濾波器，14.VCO裝置，15.功率放大器，16.高頻環(huán)形器。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
圖l中，它包括電源裝置、控制裝置4，控制裝置4外接RFID超高頻讀卡器電路9;同時(shí)控制裝置4還通過(guò)USB接口 5與ARM核心顯示模塊通信6, ARM核心顯示模塊6與液晶屏模塊7和擴(kuò)展模塊8連接；控制裝置4還通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB 口電路3與上位機(jī)2連接?？刂蒲b置4為MSP430單片機(jī)。ARM核心顯示模塊6采用S3C2410嵌入式芯片。串口轉(zhuǎn)USB 口電路3為FT232芯片。擴(kuò)展模塊8可以是藍(lán)牙等設(shè)備。液晶屏模塊7可采用觸摸式LCD。
圖2中，RFID超高頻讀卡器電路9包括射頻芯片11，它通過(guò)GPIO接口 12與控制裝置4通信；射頻芯片11還依次連接環(huán)路濾波器13、 VCO裝置14， VCO裝置14再與射頻芯片11連接，從而組成閉環(huán)回路；同時(shí)射頻芯片11還依次與功率放大器15、高頻環(huán)形器16連接，高頻環(huán)形器16再與射頻芯片11連接從而組成另一閉環(huán)回路；高 環(huán)形器16與天線10連接。射頻芯片11為UHF RFID讀卡器芯片AS3990。本實(shí)用新型的基于RHD射頻標(biāo)簽的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，包括MSP430控制芯片及其外圍電路，MSP430控制芯片外接RFID超高頻讀卡器電路(配置了雙天線系統(tǒng))、ARM核心顯示模塊、液晶顯視模塊和一個(gè)串口轉(zhuǎn)USB 口電路用來(lái)連接上位機(jī)。
天線是根據(jù)方向性系數(shù)、天線效率、增益系數(shù)、輻射電阻和天線有效高度這5個(gè)參數(shù)專門設(shè)計(jì)的，為小型圓極化天線。
RFID超高頻讀卡電路由AS3990讀卡器芯片、小圓極化天線、高頻環(huán)形器、功率放大器、壓控振蕩器(VCO)及環(huán)路濾波器等部分組成(如圖2所示)。具有兩大功能第一功能為售票時(shí)將RFID車票放入讀寫(xiě)器感應(yīng)區(qū)后將旅客的信息快速寫(xiě)入到RFID卡車票中去，第二功能是在驗(yàn)票時(shí)可以快速讀取RFID卡制成的車票及身份證中的信息，二者比對(duì)，用以驗(yàn)證旅客身份。
本實(shí)用新型采用MSP430單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，通過(guò)串行口與ARM處理器2410進(jìn)行通信將超高頻板讀到的信息在液晶面板中顯示出來(lái)。
在出售車票時(shí)，需要將車票放入讀寫(xiě)器的感應(yīng)區(qū)，車票就是一個(gè)RFID卡，而RFID卡帶有自己的數(shù)據(jù)區(qū)，在購(gòu)票時(shí)也可以通過(guò)該機(jī)配套的軟件將旅客身份證號(hào)等信息寫(xiě)入車票中，這就實(shí)現(xiàn)了車票的實(shí)名制，并可以根據(jù)旅客的需要來(lái)決定是否打印紙質(zhì)票根作為報(bào)銷憑證等。寫(xiě)入車票的信息是通過(guò)超高頻電路讀出后傳入控制芯片(MSP430)中，再通過(guò)單片機(jī)的串口經(jīng)FT232芯片轉(zhuǎn)換后送入U(xiǎn)SB 口中，而該機(jī)配套軟件可以將讀入的數(shù)據(jù)通過(guò)USB 口傳給上位機(jī)PC，在PC機(jī)中制成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)匯總了各個(gè)車次的票務(wù)信息。旅客可以通過(guò)自己的身份證信息在網(wǎng)絡(luò)上査到自己的車票等信息，而人們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)査出各個(gè)車次的售票情況，而匯總的信息經(jīng)鐵路部門匯總也可以確定車上人員的身份，這就為鐵路部門為旅客的實(shí)名保險(xiǎn)提供了依據(jù)，并可以及時(shí)的掌握車上的旅客信息這也有助于維持車上人員的安全及秩序。由于實(shí)名制的實(shí)行對(duì)黃牛黨也可以起到極大地遏制從而維護(hù)了正常的購(gòu)票秩序，促進(jìn)了社會(huì)的和諧。
旅客進(jìn)站驗(yàn)票時(shí)，可以將讀寫(xiě)器固定在閘口上，也可以由檢票員手持讀寫(xiě)器進(jìn)行檢票。持票人需同時(shí)將車票及身份證出示，讀卡器使用兩個(gè)天線分別讀取兩張采用了不同協(xié)議卡中的信息以驗(yàn)證所購(gòu)車票的信息及車票是否與該身份證所匹配。由于超高頻RFID卡片讀卡范圍很大可以達(dá)到5米所以旅客可以很快通過(guò)通道，而檢票工作人員只需觀看液晶屏幕顯示的信息是否為當(dāng)日當(dāng)次車并驗(yàn)證顯示的身份信息是否與旅客出示的身份證相符即可。在火車上列車員可以通過(guò)手持該讀卡器對(duì)車票進(jìn)行復(fù)核，相關(guān)部門也可以根據(jù)匯總的信息及時(shí)掌握車上乘客身份及數(shù)量等信息。
在出站時(shí)，目前存在很嚴(yán)重的持過(guò)期票坐車及廢票出站的情況，原本人工檢查時(shí)一要看
6日期二要看車次很麻煩，使用了本實(shí)用新型可以不用靠人工眼力來(lái)檢査，讀卡器會(huì)自動(dòng)報(bào)警，而出站只需要檢查車票即可無(wú)需核對(duì)身份證信息，這就更為大大的提高了出站的效率。
本實(shí)用新型采用了超高頻(UHF頻段840—960MHz)的RFID遠(yuǎn)距離讀卡技術(shù)，相比高頻RFID (HF頻段13.56MHz)讀卡技術(shù)，極大地提高了讀卡的距離以及讀卡速度，也就提高了檢票的效率；讀卡器內(nèi)置了兩套天線可同時(shí)讀取兩張不同標(biāo)準(zhǔn)制式的RFID卡片，可以設(shè)置一個(gè)天線讀取身份證信息， 一個(gè)天線讀取車票信息，這樣就可以進(jìn)一步的提高了檢票的速度，同時(shí)也有效的防止了攜他人所購(gòu)車票上車的舞弊行為；讀卡器體積較小可以手持與現(xiàn)在檢票員所使用的檢票夾一樣方便實(shí)用。此實(shí)用新型所述的車票就是一張RFID卡可以回收循環(huán)利用利于環(huán)保無(wú)污染，符合科學(xué)發(fā)展觀及可持續(xù)發(fā)展的要求。
RFID的產(chǎn)品應(yīng)用目前大致分布在3個(gè)頻段，按應(yīng)用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)，相對(duì)應(yīng)的代表性頻率分別為低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M 960MHz。本實(shí)用新型采用的是超高頻(UHF)頻段的RFID讀卡技術(shù)，相對(duì)于HF及LF頻段工作在超高頻頻段的RFID設(shè)備的讀卡速度以及讀卡距離都有大幅度的提高。而且基于UHF頻段的物理特性，超高頻(UHF)設(shè)備的成本要低于高頻(HF)設(shè)備，且超高頻(UHF)信號(hào)的覆蓋區(qū)域也包含了高頻(HF)信號(hào)的區(qū)域，這有利于多種協(xié)議的集成。
權(quán)利要求1.一種基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，其特征是，它包括電源裝置、控制裝置，控制裝置外接RFID超高頻讀卡器電路；同時(shí)控制裝置還通過(guò)USB接口與ARM核心顯示模塊通信，ARM核心顯示模塊與液晶屏模塊和擴(kuò)展模塊連接；控制裝置還通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB口電路與上位機(jī)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，其特征是，所述RFID超高頻讀卡器電路包括射頻芯片，它通過(guò)GPIO接口與控制裝置通信；射頻芯片還依次連接環(huán)路濾波器、VCO裝置，VCO裝置再與射頻芯片連接，從而組成閉環(huán)回路；同時(shí)射頻芯片還依次與功率放大器、高頻環(huán)形器連接，高頻環(huán)形器再與射頻芯片連接從而組成另一閉環(huán)回路；高頻環(huán)形器與天線連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，其特征是，所述控制裝置為MSP430單片機(jī)。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，其特征是，所述ARM核心顯示模塊采用S3C2410芯片。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，其特征是，所述串口轉(zhuǎn)USB 口電路為FT232芯片。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器，其特征是，^/f述射頻芯片為UHF RFID讀卡器芯片AS3990。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于超高頻RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票讀寫(xiě)器。它解決了目前鐵路部門的擔(dān)心以及實(shí)行實(shí)名制所遇到的主要問(wèn)題，解決了人們所擔(dān)心的實(shí)名制會(huì)增加很多工作量及在乘客購(gòu)票及檢票的時(shí)候造成更嚴(yán)重的堵塞等問(wèn)題，同時(shí)采用本實(shí)用新型所述的方案還可以使相關(guān)部門及時(shí)掌握車上人員的身份信息，增加了火車的安全性與透明性。其結(jié)構(gòu)為它包括電源裝置、控制裝置，控制裝置外接RFID超高頻讀卡器電路；同時(shí)控制裝置還通過(guò)USB接口與ARM核心顯示模塊通信，ARM核心顯示模塊與液晶屏模塊和擴(kuò)展模塊連接；控制裝置還通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB口電路與上位機(jī)(PC)連接。
文檔編號(hào)G06K7/10GK201429851SQ20092002902
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者李言飛, 華 楊, 勇 潘, 王洪君, 斌 趙, 鄭玉山 申請(qǐng)人:山東大學(xué)