技术在纸币钱箱识别中的应用
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王晶鑫+蔡铭
【摘 要】广州地铁AFC系统自动售票机（简称TVM）纸币钱箱ID识别的方式为接触式，故障率较高主要是由于ID识别的连接器与安装在钱箱的ID芯片接触不良的问题导致。ID识别的故障会导致纸币模块的停用，本文介绍了RFID（射频识别）技术的原理是如何应用在在广州地铁AFC系统中TVM纸币钱箱ID中，并给出具体的解决方案。
【关键词】AFC系统、；纸币钱箱、；RFID技术、；ID识别
一、引言
广州地铁AFC系统TVM采用接触式ID识别技术实现ID识别功能，此类ID识别技术原理较简单，依靠金属片的接触产生信号，使纸币模块可以识别出钱箱的ID信息。同时，因为它需要的材料较简单，设备较轻便，所以在要求不高的层面上都可以得到广泛的应用。
虽然接触式ID识别技术原理较为简单，但是也存在一些不足。接触片由于长时间裸露于空气中，产生不可逆的氧化作用，使接触电阻大大的增大，影响其正常工作，从而不能达到ID识别的作用。
而RFID技术可以从根本上解决目前接触式ID识别的现有的故障，从而提高工作的效率，降低故障率。
二、RFID自动识别技术
射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递信息达到识别目的的技术。典型的射频标签（射频识别系统）工作频率按载波频率分为低频射频标签、中频射频标签和高频射频标签。
考虑到TVM的纸币钱箱支架是全金属外壳，而且钱箱在支架空间狭小等因素，若采用RFID技术就必须选择适当的频率范围，以达到准确识别的目的。要提高读写速度，增大金属的穿透率以及控制标签的适当大小，符合这样条件的频率是在HF、UHF频段。
三、RFID在纸币钱箱ID识别中的实现
（一）钱箱ID识别结构和不足
纸币钱箱支架的功能是将TVM接收的纸币整齐地压进钱箱、检测钱箱状态和读取钱箱ID。原纸币钱箱ID识别模块包括ID芯片和ID触板两部分：
ID芯片安装于钱箱侧面，使用的是可编程FLASH微处理器，管脚以金属触点的形式与外电路连接并进行通信。为改善金属触点的传导性能，触点表面进行了镀金處理，使用过程中也需要经常清洁触点表面，保证良好的传导。
ID触板安装于支架侧面，五根金属爪等距地焊在PCB板上，ID触板通过连接铁片固定在支架侧面，ID触板是可以活动的，并有一扭转弹簧。触板中设有一个可滚动的辊子，当打开钱箱支架锁的同时，有联动机构会顶起此辊子，断开其与ID芯片的接触，此时可以取出纸币钱箱。
ID触板有五根相同的弯曲造型的金属爪，五根金属爪分别对应ID芯片的五个金属触点，在主控与ID芯片的通信过程中，两者必须保证良好接触才能完成钱箱ID数据的读取。若ID金属爪不能与ID芯片触点良好接触，会导致支架主控与ID芯片的通信无法建立，出现E53故障（与ID芯片失去通信故障）。
（二）RDID（射频识别）技术实现方案
根据上述分析，ID识别故障主要是ID识别模块容易发生接触不良导致的。通过市场调查和在用的ID识别模块进行分析，基本确定了利用RFID（射频识别）技术实现的方案。
通过在钱箱侧面安装ID票卡，在支架安装读卡器的方式实现。根据读卡距离要求和安装尺寸，首先确定了选用的读卡模块，从而制定了具体的整改方案。整改方案主要包含支架钱箱机械加工、支架钱箱工作控制流程分析、支架板控制程序编写、电路板设计、射频读卡模块五个部分。
3.2.11.支架钱箱机械加工
由于支架和钱箱都是金属材质，金属环境会影响射频信号导致读卡性能不满足要求，因此需要对支架钱箱在原安装孔位上再进行开孔加工，开孔位置用来安装读卡天线和ID票卡，以达到读卡性能要求。
本项目采用型号为Philips mifare ultralight 的TOKEN作为ID票卡，因为金属干扰的原因，票卡不能直接安装在钱箱金属表面，所以需要对钱箱侧面进行开孔并装上塑料票卡安装板，票卡安装在圆槽处。
3.2.22.支架控制板工作流程研究
本项目采用了新的方式实现纸币钱箱ID识别功能，需要设计支架控制板与RFID读卡模块的通信协议。除ID识别模块控制部分，支架控制板需要保持原有的所有控制功能，包括与上位主控的通信、执行上位主控的指令、返回钱箱支架状态、支架各个器件的驱动和控制，实现接收纸币的压钞、检测钱箱锁/取出状态等。另外需要选用合适的读卡模块，开发读卡模块的接口通信和控制程序，使ID识别功能满足实际使用需求。
3.2.33.通信协议和程序编写
支架主控通过RS232与上位主控进行通信，上位主控以数据包的形式向支架主控发送执行指令和状态询问指令，支架主控接收到执行指令后，执行相应的动作；支架主控接收到状态询问指令后，反馈实时状态码。假如信息被正确接收，对方便会分别在随后回复[ACK]（06H），否则回复[NAK]（15H）。
当纸币模块接收到B1指令（将纸币收进钱箱）后，纸币被移送入支架，压钞电磁阀动作将纸币夹紧并移送至压钞区，压钞区的传感器检测到纸币被送进来以后，压钞装置动作，将纸币压进钱箱。
读卡器不断检测天线附近是否有卡，并根据检测结果改变SDA脚的状态供支架控制板查询。控制板通过查询SDA脚的状态来判断是否有卡，为确保判断的准确性，设定需检测到连续254次的状态变化才真正判断＂有卡＂状态。收到读取钱箱ID的指令后，支架控制板将SCL脚置零，读卡器检测到SCL脚被置零，开始发送卡号。
3.2.44.电路硬件电路设计
读卡模块设计选用Type A标准，硬件电路选用13.56MHz 非接触式通信中高集成读写卡芯片MF RC531和STC 89C54RD+微处理器，读卡器的设计能满足正常环境下读卡距离达到70MM以上，天线和读卡控制板一体化设计是为了安装方便和E54传感器的准确定位。
由于读卡器需要在封闭的金属环境下使用，天线的调谐要放在最终的使用环境中进行调谐，主要是调节天线匹配电路中CS、CP两个电容的值。
由于支架侧面与钱箱侧面的距离只有10MM左右，所以对读卡距离要求不高，读卡距离只需要达到25MM至30MM即可保证可靠读取钱箱ID。通过两个可调电容进行调试，最终确定了天线的匹配电路设计。
四、结束语
本文重点介绍了TVM纸币钱箱ID识别在目前的一些不足，找出了ID识别故障发生的主要原因。同时，介绍RFID技术的原理，指出RFID系统的非接触式感应ID识别的优点，从技术上提出解决目前ID识别的不足的方案。
当然，系统并不是完美的，许多方面还要继续改善，譬如可能在不能预见的情况下所出现的电磁干扰等，不过相信在工作人员在未来中一定可以一一解决这些问题。
【参考文献】
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