基于非接觸與無線模式的雙模讀卡器的制造方法
【專利摘要】基于非接觸與無線模式的雙模讀卡器，是將GPRS與WIFI無線技術的優(yōu)勢特點結合起來，硬件通過提供具有SHND功能的電源模塊，分別控制兩個無線模塊的開啟或關斷；通過判斷讀卡的數(shù)據(jù)類型或通過檢測信號的網(wǎng)絡狀態(tài)，實現(xiàn)由兩種網(wǎng)絡自適應切換的傳輸方式，并且各網(wǎng)絡模式的參數(shù)配置也采用無線配置的方式，從而實現(xiàn)非接觸式讀卡器的智能應用。此發(fā)明既達到了系統(tǒng)的關鍵節(jié)能，也實現(xiàn)了無線技術的靈活應用。
【專利說明】基于非接觸與無線模式的雙模讀卡器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明為兩種無線網(wǎng)絡模式的非接觸式讀卡器的智能應用，屬于射頻通信領域。

【背景技術】
[0002]目前，讀卡器在POS機方面的應用，主要為公交IC刷卡POS機、加油卡收費機、企事業(yè)與小區(qū)門禁、商場收費刷卡機、金融POS機等等。在車載方面有GPRS與GPS結合實現(xiàn)定位功能的應用。但這些讀卡機具，讀卡數(shù)據(jù)主要靠人工或WIFI局域網(wǎng)或GPRS網(wǎng)絡這種單一的數(shù)據(jù)傳輸方式取數(shù)。GPRS+WIFI雙模非接觸式無線讀卡器方案，可實現(xiàn)更靈活的應用，具有廣泛的實際應用價值，同時也可以將這種雙模方案移植在更多的應用領域中。
[0003]GPRS (General Packet Rad1 Service)通用分組無線業(yè)務是一種基于數(shù)據(jù)包的無線通訊服務，是基于GSM網(wǎng)絡，具有實時在線、自動登錄、流量計費等關鍵特點。WIFI為無線局域網(wǎng)的通訊，具有帶寬較寬、無需布線、沒有費用、傳輸速率高等關鍵特點。
[0004]#WIFI網(wǎng)絡有著寬帶寬、流量免費、傳輸速率高，但是WIFI的覆蓋范圍較低，傳輸距離較小。
[0005].GPRS網(wǎng)絡帶寬相對較窄，傳輸數(shù)據(jù)的流量較小，并且GPRS網(wǎng)絡存在著持續(xù)收費的問題。但是GPRS的覆蓋范圍廣，因此它的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性相對WIFI來說要高得多。
[0006]基于這兩種無線網(wǎng)絡的特點，取長補短，并結合具體的應用環(huán)境，優(yōu)勢互補，則可實現(xiàn)更大的應用空間。在一些要求數(shù)據(jù)實時管理的應用中，既可以節(jié)約成本，又可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式的的靈活選擇。二者結合應用研究可以大大豐富無線模塊的應用。


【發(fā)明內容】

[0007]根據(jù)以上兩種無線網(wǎng)絡的特點，結合具體的應用環(huán)境，在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸通道選擇上做了較為合理的策略，提出了 GPRS與WIFI相結合的雙模讀卡器方案，這種方案可通過自由切換網(wǎng)絡模式，實現(xiàn)靈活選擇數(shù)據(jù)傳輸方式的應用。GPRS技術可現(xiàn)實數(shù)據(jù)實時傳輸，可以將關鍵數(shù)據(jù)(如黑名單)實時上傳，以便后臺服務器能夠及時處理，但是如果實現(xiàn)全部刷卡數(shù)據(jù)的實時管理，對后臺管理服務器要求高，投入的成本高，所以這時可以選擇WIFI數(shù)據(jù)傳輸方式集中上傳，減少了上傳次數(shù)、節(jié)省了流量費用。
[0008]本應用系統(tǒng)是基于13.56MHz非接觸式讀卡器，實現(xiàn)GPRS與WIFI兩種無線數(shù)據(jù)傳輸方式，系統(tǒng)結構主要由微控制器、讀卡射頻芯片、WIFI無線模塊、GPRS無線模塊、天線以及一些必要的外圍電路設計組成。其中系統(tǒng)CPU、Reader RF、與讀卡器天線(刷卡區(qū)域)組成一個非接觸讀卡器，無線模塊(GPRS、WIFI)分別通過CPU串口與非接觸讀卡器進行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)CPU通過串口發(fā)送指令對GPRS、WIFI模塊實現(xiàn)通信控制，在讀卡器非接觸區(qū)域刷卡，Reader RF讀取卡片信息，經(jīng)過CPU數(shù)據(jù)處理，判斷讀卡信息數(shù)據(jù)類型，自動選擇數(shù)據(jù)的上傳方式(黑名單數(shù)據(jù)采用GPRS方式實時上傳，批量數(shù)據(jù)與服務器采用WIFI方式集中上傳)。從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自由選擇的無線傳輸功能。圖1所示為GPRS+WIFI非接觸式讀卡器系統(tǒng)電路結構。
[0009]雙模自動切換方式可依據(jù)兩種策略:一種通過判斷數(shù)據(jù)的類型，另一種通過檢測信號的網(wǎng)絡狀態(tài)。根據(jù)不同應用場景，對雙模讀卡器的網(wǎng)絡切換策略也可以做不同的調整。
[0010]依據(jù)判斷數(shù)據(jù)類型實現(xiàn)自動切換模式的應用場景，以公交POS機應用為例。普通城市公交刷卡，大致有兩種數(shù)據(jù)需要傳輸:一種是刷卡記錄數(shù)據(jù)，一種是黑名單數(shù)據(jù)。這兩種數(shù)據(jù)的特點是:黑名單數(shù)據(jù)實時性要求較高，需要GPRS網(wǎng)絡及時傳回后臺服務器處理；對于刷卡記錄數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量較大，實時性要求不高，根據(jù)數(shù)據(jù)特點，在公交車進站后通過WIFI網(wǎng)絡，自動將刷卡數(shù)據(jù)集中傳輸?shù)胶笈_服務器進行處理。
[0011]依據(jù)通過檢測信號的網(wǎng)絡狀態(tài)，實現(xiàn)自動切換模式的應用場景，以道路兩側停車管理使用的手持POS機為例。刷卡的數(shù)據(jù)量不大，并且黑名單數(shù)據(jù)量的實時性要求也不太高，因此在這種應用場景，選用WIFI優(yōu)先的聯(lián)網(wǎng)方案。讀卡器在檢測到WIFI網(wǎng)絡時，采集數(shù)據(jù)通過WIFI網(wǎng)絡進行傳輸；在檢測不到WIFI網(wǎng)絡的環(huán)境中，讀卡器則打開GPRS網(wǎng)絡模式進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0012]在自動切換模式實現(xiàn)的同時，實現(xiàn)了系統(tǒng)的關鍵節(jié)能設計。對處在工作狀態(tài)的模塊實時開啟，空閑狀態(tài)的模塊及時關閉，實現(xiàn)了關鍵的節(jié)能控制。
[0013]目前，系統(tǒng)設計實現(xiàn)了對GPRS、WIFI兩種網(wǎng)絡自由切換選擇傳輸。以考勤應用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)墓δ軕谩?br> [0014]通過對GPRS+WIFI雙模非接觸式讀卡器的應用研究，GPRS+WIFI雙模非接觸式讀卡器在兩種網(wǎng)絡下，實現(xiàn)了自由選擇傳輸模式的應用。同時針對兩種網(wǎng)絡傳輸模式，采用無線配置參數(shù)的方式，實現(xiàn)了更靈活的應用。
[0015]由于GPRS+WIFI非接觸式讀卡器方案可以應用到多種刷卡的環(huán)境，需要根據(jù)具體應用環(huán)境實現(xiàn)具體功能。同時根據(jù)不同的應用場景，也可以進一步實現(xiàn)不同等級的節(jié)能設計。
[0016]這種由兩種網(wǎng)絡方式優(yōu)勢互補的應用方案，達到了無線產品的應用多樣化，有利于促進市場應用需求。同時以兩種網(wǎng)絡相結合的應用方案可以移植在標簽、RFID等其他卡片類的應用中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1 GPRS+WIFI非接觸式讀卡器系統(tǒng)電路結構
[0018]圖2實現(xiàn)自動切換流程圖
[0019]圖3 GPRS+WIFI讀卡器無線配置參數(shù)方式

【具體實施方式】
[0020]為了實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡模式的自由選擇，首先從系統(tǒng)電源設計入手，通過開啟或關閉無線模塊的電源方式來實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡模式的自由切換。在選取電源模塊時，選用了具有軟件可開啟/關閉功能的電源模塊，通過使能管腳的狀態(tài)可打開或關閉電源模塊。設計中將GPRS, WIFI模塊的電源模塊的使能信號分別連接到系統(tǒng)CPU的輸出GP10，通過軟件實現(xiàn)對GP1的狀態(tài)控制。讀卡時，系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)類型的判斷或檢測到的網(wǎng)絡信號，確定合適的網(wǎng)絡傳輸方式，然后通過GP1打開所選網(wǎng)絡的無線模塊(GPRS或WIFI模塊)電源，此模塊開始工作，從而實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡模式自由選擇的工作狀態(tài)。由于系統(tǒng)中同時存在三個不同頻段的射頻模塊，這種采用各模塊單獨供電的方式，除了可實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡模式的自由選擇，同時也避免了模塊之間的相互影響，提高了讀卡器的整體性能。
[0021]節(jié)能方面，在自動切換模式實現(xiàn)的同時，也實現(xiàn)了系統(tǒng)的關鍵節(jié)能設計。由于兩個無線模塊采用單獨供電的方式，在實現(xiàn)自由選擇網(wǎng)絡時，GP1對各模塊的電源使能管腳控制，對處在工作狀態(tài)的|吳塊實時開啟，空閑狀態(tài)的|吳塊及時關閉，實現(xiàn)了關鍵的節(jié)能控制。
[0022]另外，對系統(tǒng)讀卡器也做了不同的節(jié)能等級策略，針對手持POS機，對節(jié)電的要求較高，會在模塊不進行傳輸?shù)那闆r下，將模塊的電源關掉。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，也可以考慮對數(shù)據(jù)進行打包上傳，盡量減少無線模塊的待機功耗以及協(xié)議開銷。
[0023]根據(jù)實際應用情況，本應用研究在軟、硬件設計過程中實現(xiàn)了一些技術上的特占-
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[0024]多卡兼容性方面，實際應用中卡的種類很多，要求兼容性好，通過調整讀卡器的射頻與天線之間的匹配電路，可兼容識別多種卡(由于每種卡的功耗不同)。比如可以讀取門禁卡、公交卡等。這樣才能使讀卡器具有廣泛的應用性。
[0025]讀卡器采集到的讀卡信息，通過CPU的UART端口發(fā)送到GPRS與WIFI模塊，數(shù)據(jù)經(jīng)由模塊進行協(xié)議轉換，打成固定的數(shù)據(jù)格式，通過各自的網(wǎng)絡頻段，把數(shù)據(jù)發(fā)送到空中，通過無線路由或GPRS中繼站，將數(shù)據(jù)傳送到一個指定的(IP地址)中心服務器。在服務器上運行TCP Server程序，將接收的數(shù)據(jù)進行處理。
[0026]讀卡器固件程序實現(xiàn)網(wǎng)絡自動切換模式。首先判斷業(yè)務類型，是否屬于手持設備或者非手持設備，手持設備一般通過檢測環(huán)境網(wǎng)絡信號的方式來選擇無線數(shù)據(jù)的傳輸方式，非手持設備一般通過判斷數(shù)據(jù)類型來選擇無線數(shù)據(jù)的傳輸方式。采用判斷數(shù)據(jù)類型方案時，讀卡信息一般有兩種數(shù)據(jù)類型，一種是刷卡記錄數(shù)據(jù)，一種是黑名單數(shù)據(jù)。這兩種數(shù)據(jù)的特點是:黑名單數(shù)據(jù)實時性要求較高，需要GPRS網(wǎng)絡及時傳回后臺服務器處理；對于刷卡記錄數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量較大，實時性要求不高，根據(jù)數(shù)據(jù)特點，在指定地點通過WIFI網(wǎng)絡，自動將刷卡數(shù)據(jù)集中傳輸?shù)胶笈_服務器進行處理。采用檢測環(huán)境網(wǎng)絡信號方案時，刷卡的數(shù)據(jù)量不大，而且黑名單數(shù)據(jù)的實時性要求也不太高，在這種應用場景，選用WIFI優(yōu)先的聯(lián)網(wǎng)方案。讀卡器在檢測到WIFI網(wǎng)絡時，采集數(shù)據(jù)通過WIFI網(wǎng)絡進行傳輸；在檢測不到WIFI網(wǎng)絡的環(huán)境中，讀卡器則打開GPRS網(wǎng)絡模式進行數(shù)據(jù)傳輸。下圖2為實現(xiàn)自動切換的流程圖。
[0027]除了自動切換模式、節(jié)能設計、還具有無線配置參數(shù)特點。
[0028]參數(shù)配置采用無線配置方式。鑒于無線網(wǎng)絡的特點，無線網(wǎng)絡在沒有連接成功是不能夠對無線網(wǎng)絡進行訪問的。如果需要對無線模塊進行配置需要采用其他的方式。在本設計中，采用了以下方式進行參數(shù)的配置:
[0029]WIFI模塊的參數(shù)配置，由于WIFI模塊在聯(lián)網(wǎng)前是不接收數(shù)據(jù)幀的，僅僅對802.11的管理幀進行響應。因此，針對此特點使用修改管理幀的策略，通過在管理幀中帶有特殊的配置命令字符完成WIFI模塊的參數(shù)配置工作。
[0030]GPRS模塊的配置，系統(tǒng)默認狀態(tài)為WIFI網(wǎng)絡狀態(tài)，在配置GPRS模塊時，已經(jīng)對WIFI模塊進行了配置。通過WIFI模塊的數(shù)據(jù)幀對GPRS模塊的參數(shù)進行配置，切換到GPRS模塊通道。這種方法解決了 GPRS模塊參數(shù)配置的問題，大大簡化了通過串口進行復雜的配置過程。圖3 GPRS+WIFI讀卡器無線配置參數(shù)方式。
【權利要求】
1.基于非接觸與無線模式的雙模讀卡器，其特征在于由非接觸讀卡器與無線模塊組成，其中非接觸讀卡器由微控制器、讀卡射頻芯片、讀卡器天線組成，無線模塊通過微控制器串口與非接觸讀卡器進行數(shù)據(jù)傳輸；微控制器通過串口發(fā)送指令對無線模塊實現(xiàn)通信控制，在雙模讀卡器非接觸區(qū)域刷卡，讀卡射頻芯片讀取卡片信息，經(jīng)過微控制器數(shù)據(jù)處理，判斷讀卡信息數(shù)據(jù)類型，對于實時性要求較高的數(shù)據(jù)，自動選擇無線模塊上傳，對于數(shù)據(jù)量較大、實時性要求不高的數(shù)據(jù)，自動選擇WIFI網(wǎng)絡集中傳輸，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自由選擇的無線傳輸功能。
2.如權利I所述的雙模讀卡器，其特征在于為了實現(xiàn)非接觸與無線模式的自由選擇，通過開啟或關閉無線模塊的電源方式來實現(xiàn)GPRS、WIFI網(wǎng)絡模式的自由切換，讀卡時，通過對數(shù)據(jù)類型的判斷或檢測到的網(wǎng)絡信號，確定合適的網(wǎng)絡傳輸方式，然后通過微控制器打開所選網(wǎng)絡的無線模塊中GPRS或WIFI模塊的電源，從而實現(xiàn)GPRS、WIFI網(wǎng)絡模式的自由切換。
【文檔編號】G06K7/00GK104408389SQ201410427467
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權日:2014年8月27日
【發(fā)明者】徐靖林, 張傳省, 李蘊芝 申請人:北京中電華大電子設計有限責任公司