专利名称：一种磁卡数据读/写器的制作方法
技术领域：
本发明-磁卡数据读/写器属光电与磁记录技术。
目前，磁卡作为密码及数据的载体，由于其安全可靠、便于携带，正得到越来越广泛的应用，就是在国内也已在自动取款卡、信用卡、电话计费卡、高速公路收费卡等方面部分使用了磁卡。目前国内外使用的磁卡读/写装置，一般都采用调频记录方式和高娇顽力磁性材料，这样虽能提高数据的读/写可靠性，延长数据的保存时间，但常需要有动力拖动机构和专用磁头，不仅成本高、而且防爆性差，制约了磁卡的更广泛使用。而且用于读出磁卡数据的专用磁头组件大多数要靠进口，国内售价每只500元以上，国外售价每只也不低于20美元，这样，磁卡数据读出装置每套需几千元。
本发明的目的就是为了克服上述现有磁卡读写装置存在的需要动力拖动机构和专用磁头，不仅成本高而且防爆性差等缺点，研制一种无任何拖动机构、无任何电火花和采用普通家用录音机音频磁头，成本低、安全防爆、耗电省的磁卡数据读/写器。
本发明是通过下述结构和方法技术方案来实现的本发明的磁卡数据读/写器的系统方框图如
图1所示，它由磁卡数据读/写盒、系统复位电路、磁卡数据设定电路、同步/定时比较信号产生电路、顺序计数器、数据选择器、写脉冲信号发生器、写数据控制门电路、磁头信号放大电路、磁卡数据判别电路、磁卡读/写控制逻辑电路、模拟电子开关等共同组成，其中磁卡数据读/写盒结构示意图如图2所示，它是本发明的机械结构部分，其由自动电源开关1、同步/定时/比较信号传感器2、压簧3、磁头定位机构4、磁头校准机构5、普通家用录音机音频磁头6、压轮7、磁卡道轨压簧8、挡灰门9等共同组成，同步/定时/比较信号传感器2用于感应磁卡10上的同步/定时/比较信号标记，为同步/定时/比较信号产生电路提供信号源，它可以是光电传感器、磁电传感器或机械触点开关等;压簧3、压轮7及磁卡道轨压簧8等限制磁卡活动范围，磁头定位机构4及磁头校准机构5用于调整磁头轨道，音频磁头6是磁卡数据的读/写磁头，自动电源开关1与挡灰门9构成一个连动机构，一旦挡灰门9被打开，系统电源即被接通。它们相互位置关系是磁卡10进入磁卡数据读/写盒，磁卡的前边沿首先推开挡灰门9(或手动打开挡灰门)，然后到达同步/定时/比较信号传感器，再到达磁头位置，此后，磁卡上的同步/定时/比较信号标记才能到达同步/定时/比较信号传感器;系统复位电路原理图如图3所示，复位有两个过程，一是当接通系统电源时，使系统复位电路自身清“0”。二是当磁卡的前边沿到达同步/定时/比较信号传感器位置时，传感器发出一个脉冲信号使系统复位。复位脉冲在每次读/写磁卡的过程中只能发出一次。数据设定电路数据框图如图4所示，它由数据设定开关组、数据选择器组成，数据通过一组数据设定开关来设置。写卡状态设定的数据将被写入空白磁卡，读卡时设定的数据用于与从磁卡读出的数据相比较，若读出数据与设定数据相符，合法信号输出高电平，否则为低电平。对于每位数据，相应位开关为“ON”，该位数据为“1”，否则为“0”。数据的位数取决于实际应用中所需的数据容量，数据容量与位数的关系为2n，n为数据位数;同步/定时/比较信号产生电路框图如图5所示，它由传感器、放大器、整形电路、去抖动电路3组成。每当同步/定时/比较信号传感器检测到一个信号时，该电路就会发出一个脉冲信号，这个脉冲信号有三种作用即该脉冲的前沿为磁卡读/写同步信号，该脉冲的宽度为定时信号，该脉冲的后沿为数据比较信号;顺序计数器为一串入/并出计数器，其输出用来串行选通设定的数据，复位信号使系统复位后，同步或比较信号使顺序计数器计数，写卡时同步信号(脉冲前沿)使顺序计数器计数。读卡时，比较信号(脉冲后沿)计数;数据选择器顺序计数器的计数值并行输出到数据选择器，选通用户设定的数据，并将该数据送往磁卡数据判别电路;写脉冲信号发生器提供向磁卡写入数据“1”时所需要的1KHz～4KHz脉冲信号。写脉冲信号还有另一个作用是通过隔直流、整流、滤波后，为磁头信号放大电路提供负工作电源;写数据控制门电路受到同步/定时/比较信号和预置数据的控制，只有在磁卡写入“1”时，写脉冲信号才在定时信号期间被允许送到磁头;磁头信号放大电路原理图如图6所示，该电路将磁头送出的信号进行放大，区分出数据与噪声信号，将数据信号送往磁卡数据判别电路。磁头信号放大电路包括模拟放大和数据识别电路，模拟放大电路由二级放大器组成，第一级放大器采用交直流增益不等的差动放大器以提高电路的信/噪比，由于交直流增益不等，交流增益大于直流增益，使对磁卡上记录的“1”信号有较大的增益，第二级采用反相放大器，以提高信号电平幅度。数据识别由电压比较器完成，尽管差动放大器能有效地抑制共模噪声，但仍会有一些小幅度的干扰噪声信号，为了消除干扰，电路中设置了信号的模拟阈值，电压比较器将第二级反相放大器的输出与该阈值相比较，并将比较结果由电压比较器转换成数字脉冲信号输出，阈值的大小根据具体应用情况确定。磁卡数据判别电路的框图如图7所示，它由延时器、整形电路、控制器、滤波计数器、数据寄存器、数据比较器组成。该电路采用串行数据比较电路，且只工作在读卡状态，对于某位数据、同步信号清除数据寄存器，磁头信号放大电路在定时信号期间输出的信号经施密特电路整形后，被送入一个滤波计数器。该计数器设置了系统的数字阈值，用于减小脉冲型干扰信号的影响，其输出送到数据寄存器的置位端。若数据为“1”，磁头信号放大电路在定时信号期间输出一串数据脉冲，达到滤波计数器阈值后，计数器的进位位使数据寄存器置“1”;若某位磁卡数据为“0”，则磁头信号放大电路在定时信号期间应没有脉冲输出，数据寄存器不会置位，否则即为干扰脉冲。在设计滤波计数器的阈值时，应阻止这些脉冲送到数据寄存器的置位端。数据寄存器的输出被送往数据比较器的一个输入端，由数据选择器串行选通的相应位设定数据被送入数据比较器的另一输入端，略加延时后的比较信号(脉冲后沿)选通数据比较器，若数据相等，输出低电平，否则输出高电平，停止读数据过程;磁卡读/写控制逻辑电路是一个组合门电路，在一次性读数据状态下，复位信号通过磁卡读/写控制逻辑电路将模拟电子开关接到磁头信号放大电路，当数据合法后，该电路使模拟电子开关转入写电路，写脉冲信号被送到磁头，磁卡数据被破坏，在可重复读数据状态下，数据合法后，将使模拟电子开关保持读状态。当用户将本系统设为写卡时，磁卡读/写控制逻辑电路使模拟电子开关接入写数据控制门电路，完成写卡后转为读状态;模拟电子开关是一个电平控制模拟开关器件，它根据磁卡读/写控制逻辑电路给出的高电平或低电平，将磁头信号接至写数据控制门电路或磁头信号放大电路。
本发明的磁卡数据读/写器的工作原理如下(1)写卡原理写卡的目的是将用户预先设定的数据串行写入磁卡。将磁卡读/写开关拨至写卡位置，在磁卡读/写控制逻辑电路的控制下，使模拟电子开关将磁头信号接入写电路，系统进入写卡状态。写磁卡部分包括磁卡数据读/写盒、复位电路、顺序计数器、写数据控制门电路、同步/定时/比较信号产生电路、数据设定电路、数据设定电路、数据选择器、写脉冲信号发生器、磁卡读/写控制逻辑电路、模拟电子开关等组成。当挡灰门被打开时，电源自动接通，磁卡进入道轨后，复位电路首先利用磁卡的前边沿使系统复位，顺序计数器复位后，写数据控制门电路开启，当同步/定时/比较信号到来时，同步信号(脉冲前沿)为顺序计数器提供计数脉冲，计数器的输出顺序选通用户设定的数据，写脉冲信号发生器产生1KHz～4KHz频率的写脉冲信号，写数据控制门电路根据数据选择器选通的数据为“0”或“1”来决定是否将写脉冲信号在定时信号其间送往磁头。若所选通的某位数据为“1”，写脉冲在定时信号期间经电子模拟开关送往磁头，直到定时结束;如果所选通的数据为“0”写数据控制门关闭，使该同步/定时/比较信号期间写脉冲信号不能送到磁头。数据选择器的初始数据值为“0”，当顺序计数器计数值等于规定的数据位数时数据选择器返回初始值，顺序计数器的进位信号关闭写数据控制门，完成写磁卡操作。数据信号时序关系如图8所示;(2)读卡原理读卡是写卡的逆过程，其目标是读出磁卡上记录的数据，判断该数据是否与用户设定的数据相符合，若符合，则发出合法信号。当将磁卡读/写开关拨至读卡位置，模拟电子开关就将磁头接入读卡电路，系统进入读卡状态。读卡分为一次读卡和重复读卡，这可通过一次/重复选择开关来选定。一次性读卡是指磁卡只允许使用一次，当从磁卡上读出的数据与本机设定数据相一致(即数据合法)，系统将破坏磁卡数据，使用过的磁卡便失效。而重复读卡不破坏磁卡数据，磁卡可多次使用。读磁卡部分包括磁卡数据读/写盒、磁头信号放大电路、磁卡数据判别电路、复位电路、同步/定时/比较信号产生电路、顺序计数器、数据选择器、数据设定电路、模拟电子开关等。当挡灰门被打开时，电源自动接通，磁头信号放大电路立刻投入工作，放大的磁头信号被送往磁卡数据判别电路。磁卡进入道轨后，复位电路利用磁卡的前边沿使系统复位。当某同步/定时/比较信号到来时，该信号中的同步信号(脉冲前沿)清除磁卡数据判别电路中的数据寄存器，如果在相应的定时信号期间有“1”信号脉冲输出，数据寄存器将被置位，表示该位数据为“1”，否则为“0”。当比较信号(脉冲后沿)到来时，顺序计时器计数，选通用户预先选定的相应位数据，略加延时后，与数据寄存器中的数据进行比较，如果从磁卡读出的数据与用户设定的数据不相等，数据判别电路输出一异常脉冲信号来封锁同步/定时/比较信号，系统停止接收数据，机器死锁，合法信号输出为低电平。若数据相等，则继续接收下一位数据，直至所有位的数据都正确时，系统输出高电平合法信号，经驱动电路便可提供500mA驱动电流。对一次性读卡设置若各位数据完全正确，则系统通过模拟电子开关，将磁头接入写卡电路，写卡脉冲信号送到磁头，破坏磁卡数据。在重复读卡选择时，数据完全正确后，系统不进入写卡状态，磁卡上的数据继续有效;因此，本发明的主要方法技术特征是其数据记录方式为若要记录的某位数据为“1”，则写卡时的相应位在定时信号期间向磁卡写入1KHz～4KHz频率的脉冲信号，读卡时，磁头信号放大电路输出一串连续脉冲信号。若要记录的数据为“0”，则写卡时相应位在定时信号期间不向磁卡写入脉冲信号，读卡时，磁头信号放大电路无信号输出;磁卡数据读/写磁头使用普通家用录音机音频磁头;磁头信号放大包括模拟放大和数据识别两部分，模拟放大采用二级放大，第一级为交直流增益不等的差动放大，第二级为提高信号电平幅度的反相放大，数据识别由电压比较器完成并由电压比较器转换成数字脉冲信号;磁卡数据判别采用串行数据比较;读/写磁卡数据所需的同步/定时/比较信号由红外光电转换器或磁电转换产生。
本发明与现有的磁卡读/写装置相比，主要有如下的优点和效果①由于现有磁卡读/写装置一般都采用调频记录方式和高娇顽磁性材料，因此需要专用磁头和拖动电机，不仅成本高、且防爆性差，制约了磁卡的广泛使用。但本发明采用音频脉冲信号记录方式，因此采用普通家用录音机音频磁头，并无拖动电机和拖动机构，所以无任何电火花，安全防爆、耗电省、成本低;②保密性好，且对磁卡插入速度无严格要求，既可用于读出磁卡数据、又可用于磁卡数据写入，并且可由用户决定磁卡数据一次有效或多次有效，减轻用户经济负担，方便用户，便于普及推广应用;③适应面广，可广泛应用于诸如家用磁卡燃气表、家用磁卡电话磁卡锁、磁卡票据等日常生活用品及不允许存在电火花的防爆环境中。
下面对说明书附图进一步说明如下图1为磁卡数据读/写器的系统方框图2为磁卡数据读/写盒的结构示意图，图中1为自动电源开关、2为同步/定时/比较信号传感器、3为压簧、4为磁头定位机构、5为磁头校准机构、6为音频磁头、7为压轮、8为磁卡道轨压簧、9为挡灰门、10为磁卡;图3为磁卡数据读/写器系统复位电路原理图;图4为数据设定电路框图，图中VDD为直流稳压电源;图5为同步/定时/比较信号产生电路框图;图6为磁头信号放大电路原理图;图7为磁卡数据判别电路框图;图8为磁卡数据读/写器系统的数据信号时序关系图，图中u为同步/定时/比较信号，w为写信号，“1”表示信号电平幅度为“1”，“0”表示信号电平幅度为“0”，f表示写信号频率，f为1KHz～4KHz，t为时间;图9为本磁卡数据读/写器应用实例之一的磁卡锁电路原理图。
本发明的实施方法和具体应用实施例之一如下①本发明的实施方法可按图1所示的系统方框图及图3～图7所示系统各部分的基本电路方框图、电路原理图和上述说明书所述系统各部分所包括的基本电路进行选择、设计基本电路，然后按此电路设计绘制印刷电路板，再进行元器件筛选、安装焊接成实用电路板;②用一般机加工方法，按图2所示设计制造或购买标准部件，再按图2所示进行装配并与电路板进行电气连接和调试，便能成功地实施本磁卡数据读/写器。本发明适应面广，其应用实施例之一如下图9所示磁卡锁电路图是本磁卡读/写器在磁卡锁中的一种应用。当数据磁卡与锁中设定的数据相符合时，该电路输出合法信号。该电路中，同步/定时/比较信号传感器采用红外光电组件，安装在磁卡读/写盒左壁，磁卡上的同步/定时/比较信号标记为透光孔，孔径1.3mm磁卡孔数(数据位数)16位，其中密码位数为15位，磁卡权限位1位。磁道中心距磁卡读/写盒左壁12mm，图9中S1开关设置系统读/写状态，S2开关设置一次/重复读写卡操作。当磁卡中的各位数据与磁卡锁中设定的各位数据相等时，合法信号经驱动电路推动电动机构开锁，合法指示灯亮。
权利要求
1.一种磁卡数据读/写器，其特征在于它由磁卡数据读/写盒、系统复位电路、磁卡数据设定电路、同步/定时/比较信号产生电路、顺序计数器、数据选择器、写脉冲信号发生器、写数据控制门电路、磁头信号放大电路、磁卡数据判别电路、磁卡读/写控制逻辑电路、模拟电子开关等共同组成，其中，磁卡数据读/写盒由自动电源开关(1)、同步/定时/比较信号传感器(2)、压簧(3)、磁头定位机构(4)、磁头校准机构(5)、音频磁头(6)、压轮(7)、磁卡道轨压簧(8)、挡灰门(9)等共同组成；数据设定电路由数据设定开关组、数据选择器组成；同步/定时/比较信号产生电路由传感器、放大器、整形电路、去抖动电路组成；顺序计数器为串入/并出计数器；磁头信号放大电路包括模拟放大电路和数据识别电路，模拟放大电路由一级交直流增益不等、以提高信/噪比的差动放大器与一级提高信号电平幅度的反相放大器组成，数据识别电路为电压比较器；磁卡数据判别电路由延时器、整形电路、控制器、滤波计数器、数据寄存器、数据比较器组成；磁卡读/写控制逻辑电路为组合门电路；模拟电子开关为电平控制模拟开关。
2.一种磁卡数据读/写器，其特征还在于其数据记录方式为若要记录的某位数据为“1”，则写卡时相应位在定时信号期间向磁卡写入1KHz～4KHz频率的脉冲信号，读卡时，磁头信号放大电路输出一串连续脉冲信号，若要记录的数据为“0”，则写卡时相应位在定时信号期间不向磁卡写入脉冲信号，读卡时，磁头信号放大电路无信号输出;磁卡数据读/写器磁头采用普通家用录音机音频磁头;磁头信号放大包括模拟放大和数据识别两部分，模拟放大采用二级放大、第一级为交直流增益不等的差动放大，第二级为提高信号电平幅度的反相放大，数据识别由电压比较器完成并由电压比较器转换成数字脉冲信号;磁卡数据判别采用串行数据比较;读/写磁卡数据所需的同步/定时/比较信号由红外光电转换或磁电转换产生。
全文摘要
本发明是磁卡数据读/写器，其由磁卡数据读/写盒、复位电路、磁卡数据设定电路、同步/定时/比较信号产生电路、顺序计数器、数据选择器、写脉冲信号发生器、写数据控制门电路、磁头信号放大电路、磁卡数据判别电路、磁卡读/写控制逻辑电路、模拟电子开关等组成。其方法主要在于数据记录方式为若要记录数据为“1”，则写入1kHz～4kHz脉冲信号，若数据为“0”，则不写入脉冲信号。本发明采用音频磁头并无拖动机构，成本低、适用面广、无电火花、安全防爆。
文档编号G11B5/80GK1082231SQ9310341
公开日1994年2月16日 申请日期1993年3月27日 优先权日1993年3月27日
发明者冯建农, 郑启伦 申请人:华南理工大学