专利名称：一种机车监控装置用的无线ic卡读卡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机车监控装置数据的读写与存储装置部件，特别是指机车监控装置中用于司机参数的设定、运行达示信息的输入和运行记录数据的转储的IC卡读卡器。
背景技术：
在机车监控装置中往往需要将一些运行数据进行记录并转储，在现有的机车监控装置中这种运行数据的记录与转储都是采用的接触式的IC卡，使用中发现这种接触式的IC卡有一些不足之处，其一就是这种接触式的IC卡是通过卡上的接触金属部分运行的，而卡上的接触金属部分为了保证接触就必须是外露式的，这种外露式的金属部分很容易因为反复的插入/抽出而磨损，此外，这种外露式的金属部分还容易因为其它的原因(如外界的磨擦)出现磨损，所以现有的接触式IC卡很不经用，成为了一种易耗品。另一方面，可是对于机车监控装置的数据记录和转储来说，这种接触式IC卡因磨损的损坏将导致记录数据的中断或丢失，将影响记录数据和转储的准确性，因此很有必要对此加以改进。在现有技术中有采用非接触式IC卡进行数据传输的，如中国专利CN95117764.8，名称为“非接触式IC卡与非接触式IC卡系统”，公开了一种非接触式IC卡系统，它是使用电磁波作为通信媒体并其中不含电池，以及读写(R/W)单元。为了消除接收信号的电平依赖卡与R/W单元之间的距离而变化这一问题，比较器7检测用于数据发送和接收的天线谐振电路4的接收信号电平，然后可变电阻器8改变天线谐振电路4的品质因数Q，其结果是调整正在输入的接收信号电平到所希望的值。中国专利CN01804289.9，名称为“非接触式IC卡”，公开了另一种IC卡，它通过把一个IC芯片和一个天线电路安装在一个基片上建造的一个IC模块夹持在至少一对外部膜之间。IC芯片用在其外侧的树脂密封，并且由直径大于IC芯片的最大尺寸值的基本上圆形形状的增强材料增强。在其表面上的增强材料形状的高度变化量在20μm或更小的范围内。保证IC芯片的可靠性，同时卡的外观和印刷特性不变坏。但上述的专利均不能直接应用于机车监控装置中。中国专利CN02283213.0，名称为“非接触IC卡地面定位调车报警控制装置”，公开了一种涉及机车的非接触IC卡装置，但它仅限于地面定位调车报警控制，仍不能用于机车监控装置，而且没有公开其具体的IC卡结构，所以很有必要开发一种适用于机车监控装置数据的读写与存储的无线IC卡系统，以提高其对机车监控装置数据的读写与存储适应性。
发明内容
本发明旨在克服目前机车监控装置中数据的读写与存储方法的不足，提供一种新型的，能克服现有机车监控装置接触式的IC卡易不足的机车监控装置用IC卡的读卡器，该读卡器具有无线IC卡读卡器的特点，且数据的读写接口与标准串行flash存储器的读写接口兼容，具有“透明”读写的特点。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的采用无线IC卡系统，且无线IC卡为射频IC卡，射频IC卡读卡器的数据读写接口与标准串行flash存储器的读写接口兼容，具有“透明”读写的特点；读卡器通过低频感应提供IC卡所需的供电电源，用微波耦合来完成数据的读写传输，并通过数据锁相技术产生稳定的2.45G数据频率。车载读卡器安装在机车上，通过标准通信规程与监控装置通信，用于完成司机设定参数从射频IC卡到监控装置的传送和记录数据从监控装置到射频IC卡的传送。所述的读卡器包括以下五个部分，即
1、能量载波发生器。由振荡、分频、推动电路和能量感应线圈组成，能量载波经能量传输感应线圈送给存储卡。
2、信息载波发生器。由压控振荡器、数字锁相环、缓冲放大器组成。振荡器采用了数字锁相技术。振荡器的输出端用一级缓冲放大，保证振荡器的工作不受输出电路阻抗变化的影响。
3、数据发送“写”通路。数据发送“写”通路的功能是将信息载波调制、放大后，通过耦合的方式将调制后的信号送给存储卡。它由3个通道(时钟、数据和片选)组成，各通道都包含功率分配器、功率放大和调制以及微波耦合器。
4、数据接收“读”通路。数据接收“读”通道由两路微波通道组成。分别称为下传载波通路和数据读载波通路，下传载波通路的作用是将未调制载波传到存储卡上，由功率分配器、控制开关和微波耦合器组成，数据读载波通路则是接收由存储卡发出的“读”数据调制载波，经滤波、放大和解调后还原成数据。通过数据接口送给读卡机。数据读载波通路由微波耦合器、带通滤波器、低噪声放大器、检波器组成。
5、数据IO与控制接口。是与读卡机进行数据交换和读写控制的接口。数据的读写为标准串行flash接口，包括时钟、片选、输入信号、输出信号。时钟控制数据传输速率。片选控制输入、输出信号的有效性，低电平有效。输入信号由8位命令码、24位地址码、数据码组成。输出信号在flash有效识别8位命令码和24位地址码后，输出flash存储数据。同时，根据读卡机给出的指令，接口还给出相应的开关动作，对“读”和“写”通路进行控制。
本发明的工作过程原理是1、能量传输当存储卡插入读写口时，读卡器通过感应线圈将频率为125KHz的能量载波送到存储卡上，存储卡上的整流电路将能量载波整流，转换成直流，作为供给串行flash存储器工作的电源。
2、读数据读卡器给出“读”指令，通过IO口给出“读”控制状态，此时下传载波通路开关处于“通”状态，“写”通路的片选通路处于“断”状态，而时钟和数据通路处于“通”状态，读卡机通过IO与控制接口将读指令(包括地址码)调制到数据载波通路的调制开关上，形成数据载波，同时，时钟信号也被调制到时钟通路的调制开关上，形成时钟载波，它们都通过各自通路的微波耦合器被耦合到存储卡上，解调后送给存储器。由于片选通路处于“断”状态，因此flash存储器的片选为低电平，flash存储器处于工作状态。当flash存储器接收到数据通路送来的“读”指令后，将根据读指令的要求，将相应存储单元内的数据读出，并调制到“读”数据通路的倍频调制器上，调制后的“读”数据载波通过“读”数据通路的微波耦合器从存储卡传送到读卡器，经低噪声放大、检波解调恢复成数据，最后通过IO与控制接口送给读卡机。读数据完成后，根据读卡机的指令，片选通路处于“开”状态，微波载波由片选通路的微波耦合器传送到存储器的片选通路，该通路检波器检测到片选载波并将其整流为直流电平，存储器的片选端呈现高电平，存储器终止“读”状态。读数据可经过多次读出对比校验。
3、写数据读卡器给出“写”指令，通过IO口给出“写”控制状态，此时“写”通路的片选通路处于“关”状态，下传载波通路开关处于“断”状态，而时钟和数据通路处于“通”状态。读卡机通过IO与控制接口将写指令(包括地址码)调制到数据载波通路的调制开关上，形成数据载波，同时，时钟信号、片选信号也被调制到时钟通路的调制开关上，形成时钟、片选载波，它们都通过各自通路的微波耦合器被耦合到存储卡上，解调后送给存储器。当flash存储器接收到数据通路送来的“写”指令后，将根据写指令的要求，将数据写入相应存储单元内。写数据以片选置高为标志完成。而此时，flash内部写操作仍未完成，处于“忙”状态，需对状态寄存器进行判断。当flash状态位由“低”跳变为“高”时，写入数据可通过读出对比进行校验。整个写数据过程完成。
本发明具有以下特点大容量射频IC存储卡是一种可反复檫写的无线IC存储卡。它的主要特点是数据的读写接口与标准串行flash存储器的读写接口兼容，具有“透明”读写的特点。卡上所需能量由低频感应供给，数据的读写传输则用微波耦合来完成。存储卡采用了多层印刷板结构，外形类似U盘，便于携带，克服了一般IC卡容易损坏的缺点。
图1为本发明的系统方框图；图2为本发明读卡器框图；图3为本发明读卡器能量载波发生器示意图；图4为本发明读卡器信息载波发生器示意图；图5为本发明读卡器数据发送“写”通路示意图；图6为本发明读卡器数据接收“读”通路示意图。
图中1-地面读卡器，2-车载读卡器，3-射频IC卡，15-能量载波发生器，16-信息载波发生器，17-数据发送“写”通路，18-数据接收“读”通路，19-数据IO与控制接口，20-能量耦合部分，21-信息耦合部分，22-振荡，23-分频，24-推动电路，25-能量感应线圈，26-压控振荡器，27-数字锁相环，28-缓冲放大器，29-功率分配器，30-功率放大，31-调制以及微波耦合器，32-微波耦合器，33-带通滤波器，34-低噪声放大器，35-检波器。
具体实施例方式
附图给出了本发明的一个具体实施例示意图，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
通过附图1可以看出，本发明为机车监控装置数据的读写与存储无线IC卡系统，采用无线IC卡系统，且无线IC卡为射频IC卡，射频IC卡读卡器的数据读写接口与标准串行flash存储器的读写接口兼容，具有“透明”读写的特点；读卡器通过低频感应提供IC卡所需的供电电源，用微波耦合来完成数据的读写传输，并通过数据锁相技术产生稳定的2.45G数据频率。车载读卡器安装在机车上，通过标准通信规程与监控装置通信，用于完成司机设定参数从射频IC卡到监控装置的传送和记录数据从监控装置到射频IC卡的传送。所述的读卡器包括以下五个部分，即1、载波发生器。由振荡、分频、推动电路和能量感应线圈组成，能量载波经能量传输感应线圈送给存储卡。
2、信息载波发生器。由压控振荡器、数字锁相环、缓冲放大器组成。振荡器采用了数字锁相技术。振荡器的输出端用一级缓冲放大，保证振荡器的工作不受输出电路阻抗变化的影响。
3、数据发送“写”通路。数据发送“写”通路的功能是将信息载波调制、放大后，通过耦合的方式将调制后的信号送给存储卡。它由3个通道(时钟、数据和片选)组成，各通道都包含功率分配器、功率放大和调制以及微波耦合器。
4、数据接收“读”通路。数据接收“读”通道由两路微波通道组成。分别称为下传载波通路和数据读载波通路，下传载波通路的作用是将未调制载波传到存储卡上，由功率分配器、控制开关和微波耦合器组成，数据读载波通路则是接收由存储卡发出的“读”数据调制载波，经滤波、放大和解调后还原成数据。通过数据接口送给读卡机。数据读载波通路由微波耦合器、带通滤波器、低噪声放大器、检波器组成。
5、数据IO与控制接口。是与读卡机进行数据交换和读写控制的接口。数据的读写为标准串行flash接口，包括时钟、片选、输入信号、输出信号。时钟控制数据传输速率。片选控制输入、输出信号的有效性，低电平有效。输入信号由8位命令码、24位地址码、数据码组成。输出信号在flash有效识别8位命令码和24位地址码后，输出flash存储数据。同时，根据读卡机给出的指令，接口还给出相应的开关动作，对“读”和“写”通路进行控制。
实施例一一种无线射频IC卡系统，由地面读卡器1、车载读卡器2、IC卡3三部分构成。其特点在于车载读卡器2由以下五个部分组成，即A.能量载波发生器15(如图3所示)。产生工作频率为125KHz的能量载波。由振荡22、分频23、推动电路24和能量感应线圈25组成，能量载波经能量传输感应线圈送给存储卡。
B.信息载波发生器16(如图4所示)。由压控振荡器26、数字锁相环27、缓冲放大器28组成。振荡器产生工作频率为2.45GHz的信息载波，为了保证频率的稳定性和频谱纯度，采用了数字锁相技术。振荡器的输出端用一级缓冲放大，保证振荡器的工作不受输出电路阻抗变化的影响。
C.数据发送“写”通路17(如图5所示)。数据发送“写”通路的功能是将信息载波调制、放大后，通过耦合的方式将调制后的信号送给存储卡。它由3个通道(时钟、数据和片选)组成，各通道都包含功率分配器29、功率放大30和调制以及微波耦合器31。
D.数据接收“读”通路18(如图6所示)。数据接收“读”通道由两路微波通道组成。分别称为下传载波通路和数据读载波通路，下传载波通路的作用是将工作频率为2.45GHz的未调制载波传到存储卡上，由功率分配器、控制开关和微波耦合器组成，数据读载波通路则是接收由存储卡发出的工作频率为4.9GHz的“读”数据调制载波，经滤波、放大和解调后还原成数据。通过数据接口送给读卡机。数据读载波通路由微波耦合器32、带通滤波器33、低噪声放大器34、检波器35组成。
E.数据IO与控制接口19。是与读卡机进行数据交换和读写控制的接口。数据的读写为标准串行flash接口，包括时钟、片选、输入信号、输出信号。时钟控制数据传输速率。片选控制输入、输出信号的有效性，低电平有效。输入信号由8位命令码、24位地址码、数据码组成。输出信号在flash有效识别8位命令码和24位地址码后，输出flash存储数据。同时，根据读卡机给出的指令，接口还给出相应的开关动作，对“读”和“写”通路进行控制。读卡器的整体尺寸为113×60×4.8mm，由两块相同大小的印制板背向安装构成，中间夹有一块铝制合金板作为垫板。在一端开有18×32mm异形槽，读卡器印制板采用了多层印刷板结构，使得读卡器的尺寸大大缩小。印制板材料采用的是相对介电常数为4.15的FR-4多层基片，基板材料为介电常数2.65的聚四氟乙烯。印制板厚度为1.5mm。
本发明的基本工作原理是大容量射频IC存储卡的工作过程可分为能量传输、读数据和写数据3个方面。
1、能量传输当存储卡插入读写口时，读卡器通过感应线圈将频率为125KHz的能量载波送到存储卡上，存储卡上的整流电路将能量载波整流，转换成直流，作为供给串行flash存储器工作的电源。
2、读数据读卡器给出“读”指令，通过IO口给出“读”控制状态，此时下传载波通路开关处于“通”状态，“写”通路的片选通路处于“断”状态，而时钟和数据通路处于“通”状态，读卡机通过IO与控制接口将读指令(包括地址码)调制到数据载波通路的调制开关上，形成数据载波，同时，时钟信号也被调制到时钟通路的调制开关上，形成时钟载波，它们都通过各自通路的微波耦合器被耦合到存储卡上，解调后送给存储器。由于片选通路处于“断”状态，因此flash存储器的片选为低电平，flash存储器处于工作状态。当flash存储器接收到数据通路送来的“读”指令后，将根据读指令的要求，将相应存储单元内的数据读出，并调制到“读”数据通路的倍频调制器上，调制后的“读”数据载波通过“读”数据通路的微波耦合器从存储卡传送到读卡器，经低噪声放大、检波解调恢复成数据，最后通过IO与控制接口送给读卡机。读数据完成后，根据读卡机的指令，片选通路处于“开”状态，微波载波由片选通路的微波耦合器传送到存储器的片选通路，该通路检波器检测到片选载波并将其整流为直流电平，存储器的片选端呈现高电平，存储器终止“读”状态。读数据可经过多次读出对比校验。
3、写数据读卡器给出“写”指令，通过IO口给出“写”控制状态，此时“写”通路的片选通路处于“关”状态，下传载波通路开关处于“断”状态，而时钟和数据通路处于“通”状态。读卡机通过IO与控制接口将写指令(包括地址码)调制到数据载波通路的调制开关上，形成数据载波，同时，时钟信号、片选信号也被调制到时钟通路的调制开关上，形成时钟、片选载波，它们都通过各自通路的微波耦合器被耦合到存储卡上，解调后送给存储器。当flash存储器接收到数据通路送来的“写”指令后，将根据写指令的要求，将数据写入相应存储单元内。写数据以片选置高为标志完成。而此时，flash内部写操作仍未完成，处于“忙”状态，需对状态寄存器进行判断。当flash状态位由“低”跳变为“高”时，写入数据可通过读出对比进行校验。
权利要求
1.一种机车监控装置用的无线IC卡读卡器，其特征在于采用无线IC卡系统，读卡器安装在机车上，通过RS485通信规程与监控装置通信，用于完成司机设定参数从射频IC卡到监控装置的传送和记录数据从监控装置到射频IC卡的传送，车载读卡器(2)由能量载波发生器(15)、信息载波发生器(16)、数据发送“写”通路(17)、数据接收“读”通路(18)和数据IO与控制接口(19)构成。
2.如权利要求1所述的读卡器，其特征在于所述的能量载波发生器(15)产生工作频率为125KHz的能量载波；由振荡(22)、分频(23)、推动电路(24)和能量感应线圈(25)组成，能量载波经能量传输感应线圈送给存储卡。
3.如权利要求1或2所述的读卡器，其特征在于所述的信息载波发生器(16)由压控振荡器(26)、数字锁相环(27)、缓冲放大器(28)组成；振荡器产生工作频率为2.45GHz的信息载波，为了保证频率的稳定性和频谱纯度，采用了数字锁相技术；振荡器的输出端用一级缓冲放大，保证振荡器的工作不受输出电路阻抗变化的影响。
4.如权利要求1所述的读卡器，其特征在于所述的数据发送“写”通路(17)数据发送“写”通路的功能是将信息载波调制、放大后，通过耦合的方式将调制后的信号送给存储卡；它由3个通道(时钟、数据和片选)组成，各通道都包含功率分配器(29)、功率放大(30)和调制以及微波耦合器(31)。
5.如权利要求4所述的读卡器，，其特征在于所述的数据接收“读”通路(18)数据接收“读”通道由两路微波通道组成；分别称为下传载波通路和数据读载波通路，下传载波通路的作用是将工作频率为2.45GHz的未调制载波传到存储卡上，由功率分配器、控制开关和微波耦合器组成，数据读载波通路则是接收由存储卡发出的工作频率为4.9GHz的“读”数据调制载波，经滤波、放大和解调后还原成数据；通过数据接口送给读卡机；数据读载波通路由微波耦合器(32)、带通滤波器(33)、低噪声放大器(34)、检波器(35)组成。
6.如权利要求4或5所述的读卡器，其特征在于所述的数据IO与控制接口(19)是与读卡机进行数据交换和读写控制的接口，数据的读写为标准串行flash接口，包括时钟、片选、输入信号、输出信号；时钟控制数据传输速率；片选控制输入、输出信号的有效性，低电平有效；输入信号由8位命令码、24位地址码、数据码组成；输出信号在flash有效识别8位命令码和24位地址码后，输出flash存储数据；同时，根据读卡机给出的指令，接口还给出相应的开关动作，对“读”和“写”通路进行控制。
7.如权利要求4或5所述的读卡器，其特征在于所述的读卡器由两块相同大小的印制板背向安装构成，中间夹有一块铝制合金板作为垫板；在一端开有18×32mm异形槽，读卡器印制板采用多层印刷板结构。
8.如权利要求4或5所述的读卡器，其特征在于所述的读卡器的印制板材料采用的是相对介电常数为4.15的FR-4多层基片，基板材料为介电常数2.65的聚四氟乙烯。
9.如权利要求4或5所述的读卡器，其特征在于所述的读卡器的印制板厚度为1.5mm。
全文摘要
一种机车监控装置用的无线IC卡读卡器，采用无线IC卡系统，读卡器安装在机车上，通过RS485通信规程与监控装置通信，用于完成司机设定参数从射频IC卡到监控装置的传送和记录数据从监控装置到射频IC卡的传送，车载读卡器(2)由能量载波发生器(15)、信息载波发生器(16)、数据发送“写”通路(17)、数据接收“读”通路(18)和数据IO与控制接口(19)构成。
文档编号G08C17/00GK1881850SQ20061003161
公开日2006年12月20日 申请日期2006年5月9日 优先权日2006年5月9日
发明者吴君, 曹磊, 陈颖 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司