專利名稱：分體式射頻cpu卡表控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線數據通信裝置，尤其涉及一種讀卡式計量儀表用射頻CPU卡表控制器。
技術背景現有的讀卡式計量儀表(如電表、水表、燃氣表)為了完成與外界的數據交換(如充值 過程和數據抄表過程)，需要一種數據交換方式。為此，許多廠家采用邏輯加密射頻卡或只讀 射頻卡方式實現所述的數據交換。邏輯加密射頻卡采用用戶設定密碼方式進行安全認證，一旦密碼被盜，毫無安全性可言。只讀射頻卡方式采用計算機生成ID號，以ID號對系統進行 加密，但是與只讀射頻卡卡表控制器相對應的數據卡缺乏安全認證算法，容易被復制，系統 安全性依然不高。由于這些方案的數據安全無法得到保證，實際上存在著極大的隱患。 一旦 系統的數據安全出現問題，會出現篡改讀卡式計量儀表數據，非法充值等問題。為了解決上述問題，有的廠家在通信方案中采用一體式CPU卡方式，在每個讀卡式計量 儀表中設置一個CPU卡表控制器，由于CPU卡本身含有安全認證算法，不易被復制，所以相 對于邏輯加密射頻卡和只讀射頻卡方式更加安全。所述一體式CPU卡方式分為接觸式CPU 卡和射頻CPU卡方式。接觸式CPU卡方式中，CPU卡表控制器與CPU卡之間的通信方式為接觸式，通過將CPU 卡插入CPU卡表控制器完成數據交互，該種方式在電表行業中已經得到廣泛應用，但其接口易受到攻擊、卡片易受腐蝕。射頻CPU卡方式因為CPU卡與CPU卡表控制器通過射頻信號進行數據交互，不直接接 觸，所以避免了接觸式CPU卡方式的上述缺點，現有的射頻CPU卡表控制器設置在讀卡式計 量儀表內，主要包括依次連接的射頻單元、控制單元和接口單元，其中，射頻單元用于與CPU 卡進行數據交互并將交互數據輸出至控制單元；控制單元用于連接射頻單元和接口單元，并 完成相互間的數據交互；接口單元用于在讀卡式計量儀表和控制單元之間進行數據交互。但是，上述的射頻CPU卡方式需要將CPU卡表控制器至于每個讀卡式計量儀表之內，由 于CPU卡表控制器尺寸較大，而讀卡式計量儀表內空間有限，所以將CPU卡表控制器安裝在 電表、水表等讀卡式計量儀表內較為困難。 一些廠家為了實現射頻CPU卡方式，采用增大讀
卡式計量儀表外殼、改變讀卡式計量儀表的結構組成等手段來改變讀卡式計量儀表體積以安
裝射頻CPU卡表控制器。這些方案無形中提高了產品開發的難度，增加了成本，不利產品的 發展推廣。另外，由于射頻CPU卡方式中的CPU卡表控制器需要采用射頻模塊(射頻基站)
進行讀寫操作，而射頻模塊的價格由于其原理的復雜性， 一直比較高，如果釆用一個讀卡式
計量儀表內安裝一個CPU卡表控制器的方式，生產廠家和用戶很難突破價格的瓶頸。
實用新型內容
針對現有技術存在的缺陷和不足，本實用新型提供一種分體式射頻CPU卡表控制器，可
以在對多個讀卡式計量儀表進行控制時降低系統成本和維護難度。
為了達到上述發明目的，本實用新型分體式射頻CPU卡表控制器，包括依次連接的射頻 單元、控制單元和接口單元，其中，射頻單元用于與CPU卡進行數據交互并將交互數據輸出 至控制單元；控制單元用于連接射頻單元和接口單元，并完成相互間的數據交互；接口單元 用于在讀卡式計量儀表和控制單元之間進行數據交互，所述的接口單元用于與至少一個以上 讀卡式計量儀表進行數據交互；在所述的射頻單元與控制單元之間還包括一個識別單元，用 于對至少一個以上的CPU卡進行識別，并通過控制單元和接口單元與該卡所對應的讀卡式計
量儀表進行數據交互。
具體的，射頻單元包括
射頻天線與射頻讀寫芯片相連，接收射頻CPU卡數據轉發給射頻讀寫芯片，接收射頻 讀寫芯片發送的數據轉發給射頻CPU卡；
射頻讀寫芯片讀取射頻天線收到的射頻CPU卡數據，將該射頻CPU卡數據發送給識別 單元，并接收識別單元發送的數據，將該數據發送給射頻天線。
上述的分體式射頻CPU卡表控制器中，所述讀卡式計量儀表為電表、水表、燃氣表。 進一步的，所述控制單元包括
中央處理器與識別單元相連，對射頻CPU卡與讀卡式計量儀表之間的信息交互進fi^管
理；
切換電路控制端連接在中央處理器上， 一個輸入輸出端與接口單元相連，另一個輸入 輸出端分別與中央處理器和外部抄表的通訊總線相連，該切換電路用于在外部抄表的通訊總 線和分體式射頻CPU卡表控制器之間選擇一路與接口單元連接；作為優選，所述中央處理器上還連接有一個顯示射頻CPU卡數據的顯示模塊。 另外，上述的分體式射頻CPU卡表控制器還包括
安全模塊所述安全模塊與中央處理器相連，用于對來自射頻CPU卡和讀卡式計量儀表 的數據進行加、解密，以及安全認證。
優選的，所述安全模塊采用嵌入式安全控制模塊。
作為補充，識別單元對CPU卡的識別具體為識別單元通過讀取射頻CPU卡內的數據， 得到與所述射頻CPU卡對應的讀卡式計量儀表。
作為補充，用于與至少一個以上讀卡式計量儀表進行數據交互的接口單元，通過485總 線與多個讀卡式計量儀表連接。
本實用新型所述裝置用一個射頻CPU卡表控制器控制多個讀卡式計量儀表，相對于現有 只能控制一個讀卡式計量儀表的射頻CPU卡表控制器，大幅降低了成本和系統維護難度。
圖1為本實用新型分體式射頻CPU卡表控制器的連接示意圖； 圖2為本實用新型切換電路圖； 圖3為本實用新型射頻讀寫芯片電路圖； 圖4為本實用新型射頻天線電路圖； 圖5為本實用新型邏輯結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明
本實用新型分體式射頻CPU卡表控制器適用于現有的各種讀卡式計量儀表(如電表、水
表、燃氣表)，下面以電表為例，進行敘述。
如圖5所示，本實用新型分體式射頻CPU卡表控制器，包括依次連接的射頻單元、控制 單元和接口單元，其中，射頻單元用于與CPU卡進行數據交互并將交互數據輸出至控制單元;
控制單元用于連接射頻單元和接口單元，并完成相互間的數據交互；接口單元用于在讀卡式
計量儀表和控制單元之間進行數據交互，射頻CPU卡表控制器設置在讀卡式計量儀表外，所
述的接口單元用于與至少一個以上讀卡式計量儀表進行數據交互；在所述的射頻單元與控制
單元之間還包括一個識別單元，用于對至少一個以上的CPU卡進行識別，并通過控制單元和 接口單元與該卡所對應的讀卡式計量儀表進行數據交互。
如圖1所示，上述的射頻單元包括
射頻讀寫芯片讀取射頻天線收到的射頻卡數據，將該射頻卡數據發送給識別單元，并 接收識別單元發送的數據，將該數據發送給射頻天線；
射頻天線與射頻讀寫芯片相連，接收射頻卡數據轉發給射頻讀寫芯片，接收射頻讀寫 芯片發送的數據轉發給射頻卡。
上述的控制單元包括中央處理器、安全模塊和切換電路，
其中，中央處理器分別與識別單元、安全模塊、切換電路相連，用于對分體式射頻CPU 卡表控制器的總體控制；識別單元串聯在中央處理器和射頻讀寫芯片之間，用于對至少一 個以上的CPU卡進行識別。
安全模塊(ESAM即嵌入式安全控制模塊)與中央處理器相連，用于與數據卡進行安全 認證；
切換電路 一個輸入輸出端與接口單元相連，另一個輸入輸出端分別與外部抄表的通訊 總線和中央處理器相連，所述切換電路的控制端與中央處理器相連，該切換電路用于在外部 抄表的通訊總線和中央處理器之間選擇一路與接口單元連接，該切換電路的本質為一個二選 一的選擇開關。
接口單元 一端與讀卡式計量儀表的通訊總線相連， 一端與切換電路相連，用于接口信 號處理。
識別單元用于對至少一個以上的CPU卡進行識別，在實際應用中可由中央處理器執行 其功能，本實施例中識別單元的功能便由中央處理器執行。
作為對本實用新型的進一步改進，中央處理器上還可以連接一顯示模塊，用以顯示射頻 CPU卡數據。
以上技術方案基于目前的電表設計， 一般都采用485通訊總線作為電表與外界通訊的手
段，而485通訊總線使用受到外部集抄器的控制。總線在大部分時間處于非工作時間，為此 提供了一個非常好的外部接口。同時，485通訊總線的一帶多的特點，可以使我們非常容易 實現一個射頻CPU卡表控制器帶多個電表的技術方案。在一個樓層或一個集中安裝電表的地
區，完全可以用一個射頻CPU卡表控制器實現對多個電表的射頻CPU卡操作。本實用新型利用上述電表自帶的485通訊接口，采用最小系統的電表設計方法，實現集 中一個射頻CPU卡表控制器，分別與各電表進行通訊的方式，進行射頻CPU卡的電表充值、 數據抄表等工作。本實施例中電表與射頻CPU卡表控制器分開，采用表具自身具有的485通訊總線的方式 完成表具與射頻CPU卡表控制器的通訊，實現射頻CPU卡對電表的充值和抄表。射頻CPU卡 表控制器具有讀寫射頻CPU卡的模塊接口，可以實現與射頻CPU卡的讀寫操作，同時，還具 有485的通訊接口，可以與電表進行數據通訊，將射頻CPU卡與其對應的電表聯系起來，完 成數據交換的功能。由于485通訊總線具有多機通訊的功能，因此一個射頻CPU卡表控制器可以與多個電表 進行通訊，在系統構架上，將屬于這個射頻CPU卡表控制器的電表的485通訊總線連接在一 起，直接利用系統固有的電表號或用戶號作為識別某個電表的地址參數，射頻CPU卡表控制 器可以呼叫需要操作的電表，完成射頻CPU卡與該電表的操作過程。圖1中，電表M1至MN表示多個電表，通過485通訊總線連接在一起，理論上講，連 接的數量不受限制，實際應用中由于物理條件的限制， 一般小于128塊電表。下面介紹本實施例的具體流程，其中，切換電路采用4053芯片(如圖2所示)，射頻讀 寫芯片采用RC522芯片(如圖3所示)，射頻天線如圖4所示。射頻讀寫芯片通過射頻天線不斷搜索是否有射頻CPU卡接近射頻CPU卡表控制器。當沒 有射頻CPU卡接近射頻CPU卡表控制器的時候，射頻CPU卡表控制器處于常態，中央處理器 控制切換電路使接收射頻CPU卡的通信回路與接口單元斷開，將外部抄表的485總線與接口 單元相連，進而與485通訊總線相連，這樣，當外部抄表的485總線需要與各電表進行數據 交換時，可以正常進行。當有用戶希望為自己的電表充值時，該用戶將自己事先充好值的射頻CPU卡(購電充值 卡)接近射頻CPU卡表控制器，射頻讀寫芯片通過射頻天線檢測到射頻CPU卡，中央處理器 啟動安全模塊通過射頻天線和射頻讀寫芯片組成的射頻單元與射頻CPU卡進行握手式的安全 認證，安全認證通過后，射頻讀寫芯片通過射頻天線讀取射頻CPU卡的數據，再將所述射頻 CPU卡的數據發送給識別單元，識別單元從該射頻CPU卡的數據中得到與這個射頻CPU卡對 應的電表號或用戶號，并將該電表號或用戶號連同射頻CPU卡的數據發送給中央處理器，中 央處理器調用安全模塊對所述射頻CPU卡的數據進行加密，中央處理器控制切換電路切斷外
部抄表的485通訊總線與接口單元的連接，轉而使中央處理器與接口單元相連，中央處理器 依次通過接口單元和電表的485通訊總線將加密后的射頻CPU卡的數據發送給與射頻CPU卡 對應的電表，所述電表收到加密的射頻CPU卡的數據后，啟動電表內的安全模塊進行解密， 之后，電表對所述射頻CPU卡的數據進行處理并生成反饋的數據，所述電表反饋的數據經電 表內的安全模塊加密后，依次通過電表的485通訊總線和接口單元發送給中央處理器，通信 完畢后，中央處理器控制切換電路切斷中央處理器與接口單元的連接，轉而使外部抄表的485 通訊總線與接口相連，中央處理器再次啟動安全模塊對所述電表反饋的數據進行解密，之后， 中央處理器將電表反饋的數據傳給識別單元，識別單元識別電表和射頻CPU卡的對應關系后， 將電表反饋的數據發送給射頻讀寫芯片，射頻讀寫芯片通過射頻天線將所述電表反饋的數據 發送給對應的射頻CPU卡。為了方便用戶了解射頻CPU卡中的信息，中央處理器上還可以考 慮連接一個顯示射頻CPU卡數據的顯示模塊，在中央處理器得到射頻CPU卡的數據時，在上 顯示將要充值的射頻CPU卡的信息，在充值之后顯示充值完畢的射頻CPU卡的信息。
本實施例中，切換電路采用4053芯片，其連接如圖2所示，中央處理器的A線和外部抄 表的485通訊總線的A線分別連接在4953芯片的12、 13管腳，中央處理器的B線和外部抄 表的485通訊總線的B線分別連接在4953芯片的2、 1管腳，4053芯片的14、 15管腳通過 接口單元分別連接在485通訊總線的A線和B線，4053芯片的控制端9、 10、 11管腳連接在 中央處理器上，使用時，中央處理器通過向4053芯片的9、 10、 11管腳發出信號控制4053 芯片在中央處理器和外部抄表的485通訊總線之間切換一路通過接口單元分別連接在485通 訊總線的A線和B線。
射頻讀寫芯片采用RC522芯片，其結構如圖3所示，24管腳為數據線，與識別單元的輸 入輸出接口相連，與識別單元進行數據交互，31管腳為控制端，受識別單元控制，識別單元 通過31管腳控制RC522芯片的工作狀態。
射頻天線如圖4所示，A線連RC522芯片的9管腳，接收RC522芯片向射頻CPU卡發送 的數據，B線連RC522芯片的7管腳，D線連RC522芯片的8管腳，B線和D線分別向RC522 芯片發送接收到的射頻CPU卡發送的數據，C線連地線。
通過以上方案，本實用新型利用分體式電表的思想，集中射頻卡讀寫模塊，分別與電表 進行通訊的方法，有效地解決了射頻CPU卡電表在應用中的矛盾。與現有一個電表一個射頻 CPU卡表控制器的一體式射頻CPU卡方式相比，降低了成本，簡化了結構。
這里需要指出的是，上面給出的只是本實用新型的優選實施例，本實用新型還可以舉出
很多其它的實施例，比如實施的對象不局限于電表，還可以是水表、天然氣表以及其它讀卡
式計量儀表。實施方式除了充值還可以是抄表或其它需要用射頻CPU卡進行操作的內容，各 功能部件也不限于上面給定的型號，比如，切換電路不僅可以使用4053芯片，也可以使用繼 電器甚至是可控的選擇開關等一切可以進行線路選擇的可控選擇裝置，射頻讀寫芯片也不一 定采用RC522芯片，可用FM1702等其它常用的可實現射頻讀寫功能的芯片代替，同理，射頻 天線也不限于實施例中給出的結構，中央處理器和安全模塊可以是嵌入式的也可以是非嵌入 式的，總之，本實施例中的所有元器件都可用其它可實現同樣功能的元器件替換。替換了實 施對象和元器件的實施例同樣是本實用新型的具體實施方式
，可以認為是對優選實施例的變 形，在這里不作贅述。
權利要求1、一種分體式射頻CPU卡表控制器，包括依次連接的射頻單元、控制單元和接口單元，其中，射頻單元用于與CPU卡進行數據交互并將交互數據輸出至控制單元；控制單元用于連接射頻單元和接口單元，并完成相互間的數據交互；接口單元用于在讀卡式計量儀表和控制單元之間進行數據交互，其特征在于所述的接口單元用于與至少一個以上讀卡式計量儀表進行數據交互；在所述的射頻單元與控制單元之間還包括一個識別單元，用于對至少一個以上的CPU卡進行識別，并通過控制單元和接口單元與該卡所對應的讀卡式計量儀表進行數據交互。
2、 根據權利要求1所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于射頻單元包括射頻天線與射頻讀寫芯片相連，接收射頻CPU卡數據轉發給射頻讀寫芯片，接收射頻 讀寫芯片發送的數據轉發給射頻CPU卡；射頻讀寫芯片讀取射頻天線收到的射頻CPU卡數據，將該射頻CPU卡數據發送給識別 單元，并接收識別單元發送的數據，將該數據發送給射頻天線。
3、 根據權利要求1所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于所述讀卡式計量儀 表為電表、水表、燃氣表。
4、 根據權利要求1、 2或3所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于所述控制單元包括中央處理器與識別單元相連，對射頻CPU卡與讀卡式計量儀表之間的信息交互進行管理；切換電路控制端連接在中央處理器上， 一個輸入輸出端與接口單元相連，另一個輸入 輸出端分別與中央處理器和外部抄表的通訊總線相連，該切換電路用于在外部抄表的通訊總 線和分體式射頻CPU卡表控制器之間選擇一路與接口單元連接；
5、 根據權利要求4所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于所述中央處理器上 還連接有一個顯示射頻CPU卡數據的顯示模塊。
6、 根據權利要求4所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于還包括安全模塊所述安全模塊與中央處理器相連，用于對來自射頻CPU卡和讀卡式計量儀表 的數據進行加、解密，以及安全認證。
7、 根據權利要求6所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于所述安全模塊采用 嵌入式安全控制模塊。
8、 根據權利要求1所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于識別單元對CPU卡 的識別具體為識別單元通過讀取射頻CPU卡內的數據，得到與所述射頻CPU卡對應的讀卡 式計量儀表。
9、 根據權利要求1所述的分體式射頻CPU卡表控制器，其特征在于用于與至少一個以 上讀卡式計量儀表進行數據交互的接口單元，通過485總線與多個讀卡式計量儀表連接。
專利摘要本實用新型公開了一種分體式射頻CPU卡表控制器，涉及一種無線數據通信裝置。現有一體式射頻CPU卡表控制器成本高、維護復雜。為解決上述問題，本實用新型包括依次連接的射頻單元、控制單元和接口單元，其中，射頻單元用于與CPU卡進行數據交互并將交互數據輸出至控制單元；控制單元用于連接射頻單元和接口單元，并完成相互間的數據交互；接口單元用于與至少一個以上讀卡式計量儀表進行數據交互；在所述的射頻單元與控制單元之間還包括一個識別單元，用于對至少一個以上的CPU卡進行識別，并通過控制單元和接口單元與該卡所對應的讀卡式計量儀表進行數據交互。本實用新型適用于讀卡式計量儀表。
文檔編號G06K7/10GK201015047SQ200620167560
公開日2008年1月30日 申請日期2006年12月19日 優先權日2006年12月19日
發明者張德志, 王于波 申請人:北京握奇數據系統有限公司