基于机器人的非接“闪卡”测试技术

林 魁，余丽梅

（福建省移动支付技术与应用研究重点实验室，福州 350003）

基于机器人的非接“闪卡”测试技术

林 魁，余丽梅

（福建省移动支付技术与应用研究重点实验室，福州 350003）

闪卡问题是使用非接触式金融卡进行脱机交易时发生的一种交易错误，严重影响了非接交易的推广。本文中介绍了闪卡问题的产生原因和危害，并提出一种精确模拟重现闪卡问题的方法。由于闪卡问题发生的时间窗口只有100us，人工几乎无法重现，本文描述一种自研机器人，通过测试获取闪卡出现的起始速度和终止速度等边界条件，对于改善产品的读卡性能，推动我国移动支付领域建设有着积极的意义

闪卡；电子现金；伺服电机；运动控制卡；POS机

1 引言

随着NFC技术的不断成熟，非接电子现金的使用也越来越广泛，生活中我们可以看到在公交车、地铁、商场、超市以及学校食堂等，都会出现使用非接电子现金交易，虽然电子现金的使用十分的便利也提高了交易的速度，但其存在的隐患也是大家不容忽视的，本文就以非接电子现金交易中存在的闪卡问题进行阐述。

2 什么是“闪卡现象”

在商店里购物使用非接电子现金交易时会出现我们卡里的钱已经被扣除了，但POS机上却未能交易成功，这就是行业内常说的“闪卡”，它是指在非接触快速支付交易的过程中，终端在读取最后一条记录的过程中，发生的任何意外使该过程中断，但IC卡内余额已被扣款的一种突发事件。

3 产生“闪卡现象”的原因

电子现金脱机交易正常处理流程应如图1所示，终端在预处理输入交易金额后，进行挥卡操作，终端开始与卡片间进行数据交互。当读记录成功后进行脱机数据认证，认证成功了则此笔电子现金交易成功，而整个非接触快速支付交易流程中占用卡片的时间在500毫秒以内。

图1 电子现金正常处理流程

而产生闪卡的现象就是发生在读取最后一条记录之后。最后一条记录时卡片已接收到了终端传来的数据并进行了扣款动作，并返回最后一条记录，但终端未收到，导致卡片扣款，而终端交易未成功现象。这种原因主要与人为操作有关，本文主要介绍这种情况产生的原因，以及针对这种情况开发出能够重现闪卡现象的测试设备。

如图2所示，假设在完成一次非接交易时的挥卡时间为T3，而交易实际需要的总时间为T2，对于交易时间内，在读取最后一条记录时，以通信速度106kb/s，交互6字节数据，传输时间为56us，再加上卡片的反应时间，即卡片在成功接收到最后一条记录到终端成功接收卡片的返回记录值大概需要100us左右的时间，也就是发生闪卡的时间窗口T1 为100us。如当我们在挥卡时间T1刚好落入这个时间窗口，也就是说正好在闪卡发生的时间窗口的临界点时将卡片移走，此时的卡片已经接收到了终端传来的最后一条记录并进行了扣款（卡片上发生了扣款），而卡片已移走，导致返回的记录终端并未接收到（终端上未收到钱），交易失败。

图2 非接交易时间

虽然发生闪卡的时间窗口只有100us，以挥卡时间为200m s计算，一笔交易中产生闪卡的概率为1/2000，而在实际中随着交易时间的进行，越往后持卡人移开卡片的概率越大，那么读取最后一条记录时卡片被移开的概率应该大于1/2000，这对于一些交易量比较大的场所，如公交地铁，各类大型商场等，这样的小概率事件放在全国来看造成的影响也是惊人的，不但会造成交易中效率的降低用户体验不好，因此对于闪卡问题的解决也尤为重要。

4 解决闪卡问题的方法

目前，解决闪卡问题的方法主要有两方面：一从非接交易时间方面，通过缩短交易时间，使闪卡出现的时间窗口也缩短，降低闪卡出现的概率，此方法可通过提高硬件的速度以及优化软件来改善。2017年7月1日起，银联对于新增认证的受理终端，其非接交易处理时间不得大于100毫秒。另外也可以通过延长挥卡时间即延长卡片在射频场中的时间，通过扩大天线的面积增强场强来提高读卡距离。二是从非接交易流程方面，当产生闪卡时，终端对闪卡记录进行保存，用户在闪卡可处理的时间内再次挥卡，终端将保存的闪卡记录与当前卡片上的信息进行对比，判断是否为产生闪卡问题的卡片，如果是终端将读取最后一条读卡记录，完成终端脱机数据认证，而卡片将不扣款。

无论哪种改进方案，都需要先评估出用于打卡的非接终端的闪卡边界时间，才能有针对性的进行改进。对于收单机构，也有必要对所采购的终端进行闪卡边界时间的测试，以确定终端的读卡性能。

5 如何重现闪卡现象

从上文中可以知道，当我们的挥卡速度正好在闪卡发生的时间窗口离开射频场时，就会产生闪卡问题，而具体的多少速度挥卡能产生闪卡我们是不知道的，为了重现顾客以不同速度挥卡，以及确定当以多少的速度挥卡时会产生闪卡，设计出一款用于测试闪卡现象的设备是十分必要的。因此，我们实验室开发了三坐标机器人来模仿客户的挥卡动作，可以使非接卡以不同的方向、不同的位置以及不同的速度运动等方式进行挥卡操作。

测试机器人如图3所示，硬件组成图其中包括：电机、运动控制卡、吸盘、工控机等。选用基于PC机的运动控制卡，是由于运动控制卡可用于完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等），同时支持包括VC，VB，LABV IEW等多种开发环境。

图3 机器人硬件组成图

闪卡测试程序的实现程序编写的流程如图4所示。

图4 程序流程图

先将控制卡打开后，进行参数的配置包括（脉冲输出方式、限位停止方式、起始速度、最大速度、加速度、减速度等），而后需要对原点进行定位，定位原点的作用是使之后坐标位置更加的准确，本设备中我们采用的是端点的限位开关来进行原点的定位，这种方式可以节省硬件资源，实现方法为：计算固定长度里面的脉冲个数，从而确定单个脉冲的电机转动的角度，使用绝对坐标能够更为灵活、准确的确定原点。图5为定位原点的示意图。

图5 定位原点示意图

测试时需要先确定POS机场强的中心点坐标，通过该中心坐标由程序生成需测试点的坐标，目前，我们设计的程序以场强中心为圆点半径为80mm的圆周上从四个方向上进行刷卡分别为0°＜-＞180°，45°＜-＞225°，90°＜-＞270°，135°＜-＞315°，如图6所示。由于我们需要测试从0平面到4cm平面五个面，所以得通过程序计算出40个点的坐标，其中包括每个平面每个方向上起始点的坐标。

图6 刷卡方向示意图

确定了每个测试点的坐标后，机械臂会根据该坐标点进行移动，而机械臂的移动速度，我们会给个初始速度让终端能够成功读卡，之后在该刷卡方向上每次增加1mm/s的速度进行挥卡，直到终端出现闪卡现象时的速度以及闪卡的终止速度进行记录，就能确定在该方向上以多少速度挥卡时会出现闪卡，不同的平面不同的方向由于场强不同，出现闪卡的速度也会有所不同，另外在POS机端我们需实现在移动过程中的每个方向、每个速度上读卡成功、失败或者是闪卡的数据，通过USB串口上传给上位机的程序，测试程序需能够实现真实的电子交易，流程图如图7所示，当流程到GPO命令返回成功后，液晶屏上Suc处会加1，GPO命令返回失败则Los 加1，当流程走到读最后一条记录失败时，则闪卡加1，当流程到读最后一条记录前就失败了Los加1，如图8所示。根据这些数据，在测试完成后通过程序使其能够自动生成报告来分析POS机的闪卡问题。

图7 POS机端的程序流程

图8 POS端液晶屏显示

设备完整测试步骤如图9所示。

图9 完整测试步骤

6 结束语

闪卡问题的产生对于支付行业来说无疑会带来恶劣的影响，而本文中介绍的测试闪卡的设备，对于技术人员解决闪卡问题起到了一定的帮助，设备中通过获取闪卡出现的起始速度和终止速度，技术人员可以通过该数据设定合适的闪卡时间窗口，以降低闪卡出现的概率。另外，由于测试中是通过不断的递增速度来找到闪卡出现的速度，且需测试4个方向5个平面共20个点，这样一张卡片完整测试下来可能需要挥卡几千甚至几万次，这对于人工操作肯定是无法实现的，且市面上存在着各种各样的卡片，以及公司的不同的设备都需要测试的话，开发这样的一款自动化测试设备是必不可少的，不仅提高了工作效率，减少了劳动力成本，对于技术人员问题的解决也起到了很大的帮助。■

[1] 银联国际增强型小额支付产品技术指引[Z]，2013

[2] JR/T 0025.12-2013．中国金融集成电路（IC）卡规范第12部分非接触式IC卡支付规范，2013

[3] 王淼．NFC技术原理与应用[M]．北京：化学工业出版社，2014

Robot - Based Contactless "Flash Card" Testing Technology

Lin Kui, Yu Lim ei
(Key Laboratory of Mobile Payment Technology and Application in Fujian Province, Fuzhou, 350003)

The flash card problem is a transaction error that occurs when using a contactless financial card for offline transactions, which seriously affects the promotion of contactless transactions. This paper describes the causes and the harm of the flash card problem, and presents a method to accurately simulate the flash card problem. As the time of the flash card problem occurs only 100us time, artificial can hardly reproduce, this article describes a self-research robot, through the test to obtain the flash card starting speed and termination speed and other boundary conditions, to improve the product's card reader performance and promote China's mobile payment area has a positive significance.

The flash card; Electronic cash; Servo motor. Motion control card; The POS

TN 929.5，TP24

B

1672-7274（2017）04-0009-04

do i：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.04.003