專利名稱：基于超高頻rfid技術的實名制火車票讀寫器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工作于超高頻(UHF)頻段的基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器。
背景技術：
長期以來，由我國國情決定，鐵路一直是人們進行長途出行最主要的交通工具，但購票難的問題隨著我國經濟的發(fā)展而愈演愈烈。受利益的趨使，出現了大量高價販賣火車票的黃牛黨，這些票販嚴重破壞了正常的購票秩序，使不少人"千金難求一票"，這嚴重影響了社會的穩(wěn)定和諧及經濟的發(fā)展。實名制售票被提及了很長時間，但是一直以來由于我國鐵路運輸的特殊情況，特別是沒有一個很好的方案解決實名制驗票會使車站檢票速度下降這一難題，鐵路部門一直不肯實行實名制購票方案。如果能將超高頻RFID的遠距離讀卡技術及低功耗的手持技術結合起來，并利用已經普及的二代身份證作為身份識別憑證必然會大大降低驗票時間，提高工作效率。

實用新型內容
本實用新型的目的就是針對鐵路部門的擔心以及實行實名制所遇到的主要問題，提供一種基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，它有效地解決了人們所擔心的實名制會增加很多工作量及在乘客購票及檢票的時候造成更嚴重的堵塞等問題，同時采用本實用新型所述的方案還可以使相關部門及時掌握車上人員的身份信息，增加了火車的安全性與透明性。
為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案
一種基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，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；同時控制裝置還通過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展模塊連接；控制裝置還通過串口轉USB 口電路與上位機連接。
所述RFID超高頻讀卡器電路包括射頻芯片，它通過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。
所述ARM核心顯示模塊采用S3C2410芯片。
所述串口轉USB口電路為FT232芯片。所述射頻芯片為UHF RFID讀卡器芯片AS3990。
本實用新型的讀寫器主要由控制裝置、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USB 口電路等組成。
控制裝置負責接收用戶命令、完成對射頻芯片的寄存器設置。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，完成對基帶信號的調制發(fā)射和解調接收功能。
控制裝置為Tl公司的MSP430超低功耗單片機，本實用新型采用MSP430F15X系列，該系列單片機是由美國德州儀器(Tl)推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器。它的主要特點是超低功耗的同時具有強大的處理能力，而且結合TI的高性能模擬技術集成了豐富的片上外設，由它作為CPU來控制整個電路，它通過GPIO(可編程)口來與讀卡器芯片通信，同時通過串口轉USB 口電路與上位機通信，同時還與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用首選。它內建了一個第二代協議的引擎，可與一個整合電源放大器一起使用以進一步縮減BOM，僅有32個寄存器就能實現全RF、篩選及協議控制，并能在使用時輕松維護。
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芯片可以內嵌LINUX或WIN CE等操作系統，所以顯示界面友好、內容豐富、可操作性強，該ARM模塊通過USB接口與控制模塊通信來控制液晶顯示模塊的工作。
串口轉USB 口電路由FT232芯片來完成，該芯片是由全球領先的USB相關芯片和解決方案供應商英國Future Technology Device International Limited (FTDI)生產，可以將USB信號方便轉換成RS-232， RS422, RS485信號/RS-232， RS422, RS485信號轉換成USB信號，同時整合了電平轉換器，使得其I/O 口電平支持5V-2.8伏的寬范圍，能自行產生時鐘，無需外掛晶振鐘振，同時該芯片內部集成了電源去耦RC電路。該芯片可以支持從串行UART、并行FIFO、SPI、 12C和JTAG等等協議轉換到USB協議，并且所有轉換都是在該芯片上完成，因而使用該芯片具有包含各種標準驅動程序、支持各種操作系統和處理器平臺等優(yōu)勢。
本實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卡中數據時，RFID超高頻讀卡器電路讀取采用標準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GPI0 口將信息傳給MSP430單片機，單片機控制與ARM核心顯示模塊通過串行口進行通信，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。在向超高頻RHD卡中寫入數據時，上位機(PC)通過USB 口與該讀寫器相連，FT232芯片完成USB 口到串口協議的轉換，將數據經串行口送入MSP430單片機，單片機通過GPIO 口將信息寫入RFID卡中儲存。
本實用新型的有益效果是結構簡單，使用方便，采用的車票是用915MHz的超高頻RFID卡制成，最遠可以在3—5米范圍內哮取卡中的數據且抗干擾能力較強，由于RFID卡可以循環(huán)利用所以用它代替紙質車票更節(jié)省社會資源，更有利于環(huán)保的要求。本實用新型采用的AS3990低功耗芯片使得發(fā)射功率能控制在1一2W之內，MSP430系列單片機采用的是1.8~3.6電壓，芯片的電流會在200~400uA左右，時鐘關斷模式的最低功耗只有O.luA，這就更進一步的降低了讀寫器整體的功耗，兩節(jié)五號電池就可以為整個讀寫器供電，本實用新型通過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。本實用新型配一整套軟件可以在上位機上運行用來將日期、車次、座次、人名及身份證號等旅客信息寫入車票中，同時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，界面友好功能強大，完全適合售票及驗票時使用。

圖1為本實用新型的結構示意圖2為RFID超高頻讀卡器電路結構示意圖。
其中，l.網絡數據庫，2.上位機，3.串口轉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。
具體實施方式

以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。
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;同時控制裝置4還通過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和擴展模塊8連接；控制裝置4還通過串口轉USB 口電路3與上位機2連接。控制裝置4為MSP430單片機。ARM核心顯示模塊6采用S3C2410嵌入式芯片。串口轉USB 口電路3為FT232芯片。擴展模塊8可以是藍牙等設備。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。本實用新型的基于RHD射頻標簽的實名制火車票讀寫器，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)、ARM核心顯示模塊、液晶顯視模塊和一個串口轉USB 口電路用來連接上位機。
天線是根據方向性系數、天線效率、增益系數、輻射電阻和天線有效高度這5個參數專門設計的，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將RFID車票放入讀寫器感應區(qū)后將旅客的信息快速寫入到RFID卡車票中去，第二功能是在驗票時可以快速讀取RFID卡制成的車票及身份證中的信息，二者比對，用以驗證旅客身份。
本實用新型采用MSP430單片機控制整個系統的運行，通過串行口與ARM處理器2410進行通信將超高頻板讀到的信息在液晶面板中顯示出來。
在出售車票時，需要將車票放入讀寫器的感應區(qū)，車票就是一個RFID卡，而RFID卡帶有自己的數據區(qū)，在購票時也可以通過該機配套的軟件將旅客身份證號等信息寫入車票中，這就實現了車票的實名制，并可以根據旅客的需要來決定是否打印紙質票根作為報銷憑證等。寫入車票的信息是通過超高頻電路讀出后傳入控制芯片(MSP430)中，再通過單片機的串口經FT232芯片轉換后送入USB 口中，而該機配套軟件可以將讀入的數據通過USB 口傳給上位機PC，在PC機中制成一個數據庫匯總了各個車次的票務信息。旅客可以通過自己的身份證信息在網絡上査到自己的車票等信息，而人們可以通過網絡實時査出各個車次的售票情況，而匯總的信息經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名保險提供了依據，并可以及時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。由于實名制的實行對黃牛黨也可以起到極大地遏制從而維護了正常的購票秩序，促進了社會的和諧。
旅客進站驗票時，可以將讀寫器固定在閘口上，也可以由檢票員手持讀寫器進行檢票。持票人需同時將車票及身份證出示，讀卡器使用兩個天線分別讀取兩張采用了不同協議卡中的信息以驗證所購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到5米所以旅客可以很快通過通道，而檢票工作人員只需觀看液晶屏幕顯示的信息是否為當日當次車并驗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手持該讀卡器對車票進行復核，相關部門也可以根據匯總的信息及時掌握車上乘客身份及數量等信息。
在出站時，目前存在很嚴重的持過期票坐車及廢票出站的情況，原本人工檢查時一要看
6日期二要看車次很麻煩，使用了本實用新型可以不用靠人工眼力來檢査，讀卡器會自動報警，而出站只需要檢查車票即可無需核對身份證信息，這就更為大大的提高了出站的效率。
本實用新型采用了超高頻(UHF頻段840—960MHz)的RFID遠距離讀卡技術，相比高頻RFID (HF頻段13.56MHz)讀卡技術，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；讀卡器內置了兩套天線可同時讀取兩張不同標準制式的RFID卡片，可以設置一個天線讀取身份證信息， 一個天線讀取車票信息，這樣就可以進一步的提高了檢票的速度，同時也有效的防止了攜他人所購車票上車的舞弊行為；讀卡器體積較小可以手持與現在檢票員所使用的檢票夾一樣方便實用。此實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)保無污染，符合科學發(fā)展觀及可持續(xù)發(fā)展的要求。
RFID的產品應用目前大致分布在3個頻段，按應用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)，相對應的代表性頻率分別為低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M 960MHz。本實用新型采用的是超高頻(UHF)頻段的RFID讀卡技術，相對于HF及LF頻段工作在超高頻頻段的RFID設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)設備的成本要低于高頻(HF)設備，且超高頻(UHF)信號的覆蓋區(qū)域也包含了高頻(HF)信號的區(qū)域，這有利于多種協議的集成。
權利要求1.一種基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，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；同時控制裝置還通過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展模塊連接；控制裝置還通過串口轉USB口電路與上位機連接。
2. 如權利要求1所述的基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，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. 如權利要求1所述的基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，其特征是，所述控制裝置為MSP430單片機。
4. 如權利要求1所述的基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，其特征是，所述ARM核心顯示模塊采用S3C2410芯片。
5. 如權利要求1所述的基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，其特征是，所述串口轉USB 口電路為FT232芯片。
6. 如權利要求1所述的基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器，其特征是，^/f述射頻芯片為UHF RFID讀卡器芯片AS3990。
專利摘要本實用新型公開了一種基于超高頻RFID技術的實名制火車票讀寫器。它解決了目前鐵路部門的擔心以及實行實名制所遇到的主要問題，解決了人們所擔心的實名制會增加很多工作量及在乘客購票及檢票的時候造成更嚴重的堵塞等問題，同時采用本實用新型所述的方案還可以使相關部門及時掌握車上人員的身份信息，增加了火車的安全性與透明性。其結構為它包括電源裝置、控制裝置，控制裝置外接RFID超高頻讀卡器電路；同時控制裝置還通過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展模塊連接；控制裝置還通過串口轉USB口電路與上位機(PC)連接。
文檔編號G06K7/10GK201429851SQ20092002902
公開日2010年3月24日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權日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 申請人:山東大學