一种轨道交通票务终端主控单元的制作方法

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1.本实用新型属于轨道交通终端设备技术领域，具体涉及一种轨道交通票务终端主控单元。

背景技术：

2.在地铁等轨道交通中，自动售检票系统(afc系统)以其高度的智能化设计, 扮演着售票员、检票员、会计、统计、审计等角，以数据收集和控制系统实现了票务管理的高度自动化。随着电子技术的高速发展，自动收费系统理念和技术也发生了巨大变化，一卡通、电子钱包等便利手段的应用愈来愈普及。
3.主控单元在afc行业中的核心地位显著。随着公共交通的发展，对轨道交通的要求也越来越多，轨道交通票务终端的功能也越来越多。申请号为 201210258554.2的中国专利申请公开了一种火车票实名制验票系统，其中通行控制器实现了旅客身份证中的人脸图像与实时采集的旅客人脸图像的分类识别；申请号为201711214227.6的中国专利申请公开了一种种brt快速公交自动检票机智能票卡验票系统，其中包括了指纹读取识别单元和人像读取识别单元。由于现有的轨道交通票务终端主控单元通常采用x86架构，其中的指纹识别、人像识别等生物识别功能只能占用cpu算力，效率较低。

技术实现要素：

4.实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种轨道交通票务终端主控单元，该主控单元采用npu(neural network processing unit，神经网络处理器)实现生物识别功能，fpga扩展单元扩展多种外围接口，由此在主控单元集成多种功能的情况下降低对cpu算力资源的占用，从而提高效率。
5.技术方案：本实用新型采用如下技术方案：
6.一种轨道交通票务终端主控单元，包括：工控单元和fpga扩展单元，所述工控单元与fpga扩展单元连接；
7.所述工控单元包括cpu、npu；所述npu通过mipi接口与摄像头连接，所述npu对摄像头采集的人脸图像进行本地生物特征识别，识别结果发送至 cpu；
8.所述fpga扩展单元外接通行控制模块、票卡解密模块和票卡射频通信模块；所述通行控制模块用于根据cpu的指令控制闸机的开启和关闭；所述票卡解密模块用于对票卡进行解密，所述票卡射频通信模块用于与票卡进行射频通信。
9.进一步地，所述工控单元与后台特征库连接，获取目标特征集；npu判断摄像头采集的人脸图像是否属于所述目标特征集。
10.进一步地，所述工控单元与后台特征库连接；fpga扩展单元根据票卡信息获取票卡持有人生物特征，并发送至工控单元；npu判断摄像头采集的人脸图像是否与所述票卡持有人生物特征一致。
11.进一步地，所述工控单元外接音频外设，根据npu获取的识别结果控制所述音频外
设。
12.进一步地，所述fpga扩展单元外接身份证解密模块和身份证射频通信模块；所述身份证解密模块用于对身份证解析解密，所述身份证射频通信模块用于与身份证进行射频通信。
13.进一步地，所述fpga扩展单元通过ipcore与扩展功能模块连接。
14.进一步地，所述工控单元中还包括网络通信模块。
15.进一步地，所述工控单元中还包括ram存储器。
16.进一步地，所述工控单元中还包括emmc存储器。
17.进一步地，所述工控单元外接显示屏。
18.工作原理：本实用新型公开的轨道交通票务终端主控单元工作原理如下：
19.摄像头实时采集乘客的人脸图像，npu对该图像进行本地识别，识别结果发送至cpu，cpu根据识别结果向fpga扩展单元发送指令；fpga扩展单元根据cpu发送的指令通过票卡解密模块对乘客票卡进行解密，并通过票卡射频通信模块读写票卡信息，完成支付或拒绝支付，通过通行控制模块控制闸机的开启和关闭。
20.有益效果：本发明公开的轨道交通票务终端主控单元将生物特征识别功能采用npu实现，充分利用了npu擅长处理视频、图像类数据的特点，解决了cpu 算力资源不足的问题，提高了轨道交通票务终端主控单元的效率；此外，通行控制、票卡解密和射频通信由fpga扩展单元扩展出的接口接入工控单元，能够实现多路并行接入，提高了主控单元并行处理的能力。
附图说明
21.图1是实施例1中轨道交通票务终端主控单元的组成示意图；
22.图2是fpga扩展单元的连接示意图；
23.图3是实施例2中轨道交通票务终端主控单元的组成示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型。
25.实施例1：
26.本实施例公开了一种轨道交通票务终端主控单元，如图1所示，包括：工控单元1和fpga扩展单元2，所述工控单元与fpga扩展单元连接；本实施例中，工控单元与fpga扩展单元通过spi总线连接；
27.所述工控单元包括cpu、npu；并内置ram存储器和emmc存储器来存储数据。npu通过mipi接口与摄像头连接，所述npu对摄像头采集的人脸图像进行本地生物特征识别，识别结果发送至cpu；cpu根据识别结果向fpga 扩展单元发送指令；
28.如图2所示，fpga扩展单元2通过io接口外接通行控制模块201、票卡解密模块202和票卡射频通信模块203；所述通行控制模块用于根据cpu的指令控制闸机的开启和关闭；所述票卡解密模块sam用于对票卡进行解密；fpga 扩展单元根据票卡读写指令通过票卡射频通信模块用于与票卡进行射频通信。 fpga扩展单元可扩展出的常规接口的数量仅受限于fpga的i/o数量。fpga 具有较强的并行运算能力，适用于多路并行接入，提高了整个主控
单元并行处理的能力。
29.生物特征识别功能应用于安防和票卡验证中。本实施例提供了如下的应用场景：
30.(1)工控单元与后台特征库连接，获取目标特征集；npu判断摄像头采集的人脸图像是否属于所述目标特征集。
31.如将公安部门在追查的目标人脸图像作为目标特征集，npu判断当前乘客的人脸图像是否属于该目标特征集，cpu根据npu获取的识别结果向fpga扩展单元发送允许通行或禁止通行的指令。
32.如果为允许通行，则fpga扩展单元连接的票卡解密模块对乘客票卡进行解密，票卡射频通信模块读取票卡信息，完成支付或预支付；通行控制模块开启闸机允许乘客通过。
33.如果为禁止通行，则fpga扩展单元连接的票卡解密模块和票卡射频通信模块无需对乘客票卡进行解密及读取，通行控制模块关闭闸机禁止乘客通过。
34.工控单元还外接音频外设，根据npu获取的识别结果控制所述音频外设，如开启音频外设播放报警音等；
35.工控单元中还包括网络通信模块，后台特征库可以通过网络通信发送到工控单元中，识别结果也可以通过网络通信发送到远端。
36.(2)工控单元与后台特征库连接；fpga扩展单元根据票卡信息获取票卡持有人生物特征，并发送至工控单元；npu判断摄像头采集的人脸图像是否与所述票卡持有人生物特征一致。
37.对于乘车人与票卡持有人需保持一致的情况，如学生票卡或老年票卡，可以通过npu来进行验证；对于验证结果为乘车人与票卡持有人不一致的，cpu发送禁止通行的指令到fpga扩展单元。
38.工控单元外接显示屏来显示摄像头采集的图像，便于乘客调整姿态，采集到符合要求的人脸图像。
39.fpga扩展单元还可以通过ipcore与扩展功能模块连接，扩展功能模块包括：二维码模块、蓝牙模块、人体测温模块、健康码读取模块、掌\指静脉及原有闸机、售票机工控机外接的各模块。
40.实施例2：
41.本实施例在实施例1的基础上对fpga扩展单元的功能进行了扩充，fpga 扩展单元还外接身份证解密模块204和身份证射频通信模块205，如图3所示；所述身份证解密模块用于对身份证解析解密，所述身份证射频通信模块用于与身份证进行射频通信。在某些应用场景中，需要验证乘车人的身份证信息，即验证摄像头实时采集的人脸图像、身份证上的人脸图像是否一致；或验证摄像头实时采集的人脸图像、身份证上的人脸图像、票卡信息中的持有人人脸图像三者是否一致；通过验证结果来控制闸机的开启和关闭。

技术特征：

1.一种轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，包括：工控单元和fpga扩展单元，所述工控单元与fpga扩展单元连接；所述工控单元包括cpu、npu；所述npu通过mipi接口与摄像头连接，所述npu对摄像头采集的人脸图像进行本地生物特征识别，识别结果发送至cpu；所述fpga扩展单元外接通行控制模块、票卡解密模块和票卡射频通信模块；所述通行控制模块用于根据cpu的指令控制闸机的开启和关闭；所述票卡解密模块用于对票卡进行解密，所述票卡射频通信模块用于与票卡进行射频通信。2.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述工控单元与后台特征库连接，获取目标特征集；npu判断摄像头采集的人脸图像是否属于所述目标特征集。3.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述工控单元与后台特征库连接；fpga扩展单元根据票卡信息获取票卡持有人生物特征，并发送至工控单元；npu判断摄像头采集的人脸图像是否与所述票卡持有人生物特征一致。4.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述工控单元外接音频外设，根据npu获取的识别结果控制所述音频外设。5.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述fpga扩展单元外接身份证解密模块和身份证射频通信模块；所述身份证解密模块用于对身份证解析解密，所述身份证射频通信模块用于与身份证进行射频通信。6.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述fpga扩展单元通过ipcore与扩展功能模块连接。7.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述工控单元中还包括网络通信模块。8.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述工控单元中还包括ram存储器。9.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述工控单元中还包括emmc存储器。10.根据权利要求1所述的轨道交通票务终端主控单元，其特征在于，所述工控单元外接显示屏。

技术总结

本实用新型公开了一种轨道交通票务终端主控单元，包括工控单元和与工控单元相连接的FPGA扩展单元，其中工控单元包括CPU、NPU；NPU通过MIPI接口与摄像头连接，NPU对摄像头采集的人脸图像进行本地生物特征识别，识别结果发送至CPU；FPGA扩展单元外接通行控制模块、票卡解密模块和票卡射频通信模块；通行控制模块用于根据CPU的指令控制闸机的开启和关闭；票卡解密模块用于对票卡进行解密，票卡射频通信模块用于与票卡进行射频通信。该主控单元采用神经网络处理器NPU实现生物识别功能，FPGA扩展单元扩展多种外围接口，由此在主控单元集成多种功能的情况下降低对CPU算力资源的占用，从而提高效率。而提高效率。而提高效率。