浅析射频识别技术在AFC系统中的应用(陈丽雅、王晶鑫).docVIP

浅析射频识别技术在AFC系统中的应用广州市地下铁道总公司 陈丽雅 、王晶鑫【摘要】本文通过引用读卡器读写票卡例子来分析射频识别技术在广州地铁AFC（Automatic Fare Collection system）自动售检票系统中的应用，阐述读卡器读写票卡的原理以及相关的调试方法。针对现AFC系统里读卡器的读写性能容易受到磁场、温度、湿度等环境因素的影响，对现有读卡器读写性能的不稳定性提出一些有针对性、可行性较强的改进方法，从而提高AFC设备的运行效率和质量。【关键词】射频识别技术 读卡器 调试 一、绪论1.1 射频识别技术的定义射频识别技术，全称为RFID（Radio Frequency IDentification），其原理为由扫描器发射一特定频率之无线电波能量给接收器，用以驱动接收器电路将内部的代码送出，此时扫描器便接收此代码的一种自动识别技术。随着电子信息技术的发展,射频识别卡正逐渐取代传统的接触式IC卡，成为智能卡领域的新潮流。近几年来，射频识别卡的高度安全保密性和使用简单等特点，使之在各领域的应用中异军突起，应用前景十分广阔。与传统的接触式卡相比，利用射频识别技术开发的非接触式识别器，无论在系统寿命、防监听、防解密等性能上都具有很大的优势。1.2 地铁线路中AFC系统简介AFC系统的全称是Automatic Fare Collection System，是一种由计算机集中控制的自动售票（包括半自动售票）、自动检票以及自动收费和统计的封闭式自动化网络系统。AFC系统是基于计算机、通信、网络、自动控制等技术，实现轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动化系统。1.3 射频识别技术在AFC系统中的应用射频识别技术以其高度安全保密性和使用简单的优点在广州地铁里广泛应用于门禁、AFC系统里面。AFC系统里面的闸机、自动售票机、半自动售票机和验票机都采用核心为射频芯片的读卡器来进行识别和读写票卡。每天每台AFC设备读卡器识别和读写票卡次数达到数万次，因此读卡器性能的好坏关系到整个AFC系统的运作效率和地铁的服务形象，是AFC设备中很受关注的一个模块。二、射频识别技术的应用读卡器2.1 读卡器的构造AFC设备采用的读卡器是由主控板、RF板、SAM卡板和天线板组成，使用USB通信接口，可与RS232相互切换使用。2.2 读卡器的工作原理读卡器采用的是射频识别技术，主要部件可分为读写器（读写器和天线）、电子标签（单程票、羊城通），其工作原理为：读写器接通电源后，天线一直形成磁场区域，当电子标签进入磁场区域后，接收读取器发出的信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的相关信息，或者主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并译码后，送至中央信息系统进行有关的处理。如图1所示： 图1 读卡器工作原理图2.3 AFC设备读卡器采用的工作频率目前的射频识别产品的工作频率有低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波的频率范围内的，并且符合不同标准的不同产品。根据不同的工作频率，可以划分为四种：a低频(120135 kHz)：通过电感耦合的方式进行数据传输，采用的电子标签为：ISO11784/11785、ISO18000-2，低频电子标签的读写距离一般情况下小于1米，信息量较低； b 高频(330 MHz)：通过电感耦合的方式进行数据传输，典型工作频率为：13.56MHz，采用的电子标签为：ISO14443、ISO15693、ISO18000-3等，中高频电子标签的读写距离一般情况下小于1米，传输速度较快，可以支持很高的安全特性；c超高频(850960 MHz)。通过电磁波方式进行数据传输，该频段较中高频相比，具有可实现长距离识别的的优点，最大识别距离可达10 m，安全特性一般；d微波(24558 GHz)。通过电磁波方式进行数据传输，该频段可实现远距离识别，识别距离可达100 m，对于环境的敏感性较高；由于广州地铁AFC系统是一个封闭系统，对于识别和读写卡票的数据安全性和速率有很高的要求，结合目前射频识别产品的各种频段，广州地铁线网读卡器采用工作频段是中高频频段，AFC设备的电子标签采用的格式为ISO14443TYPE A或TYPE B标准，有单程票、羊城通、员工票等。 表1是AFC设备线网读卡器采用工作频率表。项目名称天线板类别频率（MHz）驻波比（SWR）R值X值AGM大天线板13.1293.7160TVMSVT小天线板12.7243150TOKEN小天线板13.9884.8100标准生产大天线板13.043.6130小天线板13.9624.1110表1 AFC设备线网读卡器采用工作频率表三、目前读卡器射频识别存在的缺陷3.1 受环境因素影响大线网读卡器中采用的RFID技术根据工作原理，读写器天线、电子标签容易受金属和水分物质和环境影响，在AFC设备的内部温度都比较高，经测量平均温度达到40以上且灰尘较大。而读写器天线在读写器通电后，一直处于工作状态，最容易受影响而导致天线频率发生变化，在票卡读写过程产生识别错误，或者读写器长期在工作状态下，电子元部件容易出现衰老现象，导致读卡器故障，不能正常工作。3.2 使用地点与使用标准差异大由于读卡器是通过天线发送一定频率的射频信号进行数据传输的，数据在传输过程中很容易收到周围电磁波的干扰，从而导致传输数据的丢失或错误。因此为了保证传输数据的稳定性，要求在安装读卡器的天线板时，在天线板水平面四周要保持至少5cm 以内不能有金属物体，在天线板背面保持至少10cm 以内不能有金属物体，而在地铁AFC系统实际读卡器安装位置中，很少能达到标准要求，例如在自动售票机，实际单程票模块天线与左侧硬币模块金属外壳距离只有7CM。3.3 读取识别数据速率较慢 目前AFC设备线网读卡器采用的工作频率平均为13.28MHz，该频率的波长大概为22m，通过电感耦合的方式进行数据传输，通过耦合的作用，将某一电路的信息传输到其他电路中去，当标签处于发送天线近场区域时，在读写器和标签之间产生交变磁场，从而激活电路实现通信。高频传输信号较超高频传输弱和速率较超高频传输慢，因此现在AFC设备有个别读卡器读取识别票卡时会出现延时的现象。3.4 天线匹配阻抗要求高 在整个读卡器系统中，标签的天线线圈与其内部电路构成一个谐振电路，通过改变谐振电路电阻的通断状态改变读写器天线上的电压变化，电子标签通过改变天线的匹配程度来调节与读卡器之间的通信，当标签的天线阻抗匹配时，标签接收到的能量大部分被吸收，当标签的天线阻抗不匹配时，大部分接收的能量被反射回读写器，因此要能获得准确快速的读写数据，要求天线阻抗要匹配。而在现场天线的阻抗较难调节到最佳的匹配值。四、提高读卡器识别效率的改进建议4.1 保持稳定良好的工作环境为了减少读写器天线、电子标签受金属和水分物质和环境影响而导致天线频率发生变化，要注意定期对设备内部进行除尘，减少电磁干扰，保持在读卡器工作时周围环境的稳定，不出现温度和湿度变化较大的情况。调整读卡器在AFC设备内位置，保证读卡器的天线板水平面四周要保持至少5cm 以内不能有金属物体，在天线板背面保持至少10cm 以内不能有金属物体。4.2 定期对读卡器性能进行检测避免读卡器长时间在工作状态下，每天在地铁结束运营后关掉读卡器电源，制定完善的读卡器性能检测方案，在季检时对读卡器里的元部件进行检测，测试读卡器验写票卡功能，发现有衰老的元部件及时进行更换，降低读卡器故障。4.3 减少其他天线的干扰当多个读卡器放在同一区域且相互间距离很近时，邻近天线间的相互耦合会引起邻近天线的失谐，造成传输损耗大，因此在同一区域最好只存放一个读卡器，尽量减少其他读卡器天线的干扰。4.4 进行读卡器天线调频 天线阻抗匹配对于整个读卡器射频识别效率至关重要。因此，为了调节天线阻抗值到最佳匹配值，当天线工作频率发生改变时候，我们可以采用调谐指示器MFJ-259B通过调试天线板背后的可变电容C3、C4来达到各项标准值，将天线调整到正常的工作频率范围。五、结论射频识别技术以其非接触式读取、储存容量大、安全性好等特点已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一。现在RFID技术已与计算机技术和现代网络、通信技术相结合，已应用于各行业。本人认为RFID技术在地铁中门禁系统、AFC系统的应用不止于此，还可以延伸