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매일 쓰고 있는 교통 카드, 그 원리는?

여러분은 하루에 몇 번이나 카드를 이용하시나요? 등교나 출근 등을 하기 위해 교통카드로 대중교통을 이용하거나, 어떤 물건을 사기 위해 카드로 계산을 하는 것 모두 포함해서 말입니다. 지하철이나 버스를 이용하면 하루에만 벌써 두 번, 점심을 먹거나 무언가를 살 때도 포함하면 우리가 하루에 카드를 꺼내는 횟수는 적지 않습니다. 카드의 생활화가 보편화된 것이죠. 우리는 카드의 편리함 덕분에 현금을 들고 다닐 필요가 없어졌으며 이용내역 또한 데이터로 저장되기 때문에 차후에 카드 사용처를 쉽게 확인할 수 있습니다.

헌데, 너무나 당연하게 사용하고 있는 카드와 단말기의 원리는 과연 무엇일까요? 또, 왜 대중교통의 요금을 지불할 때에는 단말기에 대고 그 외에는 카드를 긁어서 요금을 지불할까요? 이를 알아보기에 앞서! 먼저 ‘카드’에 대해 알아봅시다.

신분당선 노선 중 판교역의 교통카드 단말기

우리가 사용하는 카드는 IC카드입니다. IC카드(Integrated Circuit Card)는 마그네틱(Magnetic Stripe Card)의 기능과 보안성을 보완하기 위해 등장했습니다. 마그네틱 카드는 자기 테이프의 원리를 카드에 응용한 것으로, 자기 테이프를 카드에 붙이고, 테이프 표면에 있는 자성 물질의 특성을 변화시켜 데이터를 전달하는 방식입니다. 마그네틱 카드는 앞서 말한 접촉식 카드이기 때문에 내구성이 낮으며 많은 정보를 담지 못하는 단점이 있었습니다. 특히, 자석과 접촉하면 정보가 없어지거나 변형되기도 하여 불편이 이만저만이 아니었습니다.

그래서 등장한 것이 바로 IC카드! IC카드는 반도체 기반의 집적회로를 내장한 것이 큰 특징입니다. 작은 컴퓨터를 붙여놓았다고 생각하면 이해하기 편한데, IC카드는 자석과 접촉해도 데이터의 손상이 없으며 보안성과 내구성도 우수하며 다양한 기능을 포함할 수 있습니다.

IC카드는 정보를 전달하는 방식에 따라 접촉식과 비접촉식으로 구분됩니다. 접촉식 카드는 리더기와 카드의 사이에 물리적인 접촉을 하여 정보를 전달합니다. 잦은 접촉에 의해 전기적 충격이나 손상이 있을 수 있으나 많은 정보를 처리하는 분야 즉, 신용카드나 현금 카드에 많이 사용됩니다. 비접촉식 카드는 무선 주파수 신호(RF : Radio Frequency, 라디오파와 같은 전파)를 이용해 단말기와 카드 사이에 물리적 접촉 없이 정보를 전달합니다. 신속하게 정보를 전달하기 때문에 교통카드에 많이 쓰이고 있습니다.

비접촉식 카드는 다시 두 가지 방식으로 나뉩니다. 카드 자체적으로 전파를 보내는 방식과 단말기에서 카드로 전파를 보내는 방식이 그것인데요, 전자의 방식일 경우 전파의 강도가 상대적으로 강해 거리가 멀어도 카드 사용이 가능한 반면, 후자의 방식은 카드와 단말기가 가까이 있어야 정보교환이 가능합니다.

IC칩

그럼 여기서 교통카드의 원리에 대해 조금 더 자세하게 알아보겠습니다. 지하철이나 버스를 이용할 때 교통카드를 단말기에 완전히 부착되지 않아도 카드가 인식되는 것을 볼 수 있는데 그 이유는 ‘무선주파수인식(RFID, Radio Frequency Identification)’의 원리 때문입니다. 무선주파수인식이란, 무선주파수를 이용해 정보를 인식하고 필요한 작업을 수행하는 기술입니다. 이 기술은 태그, 리더, 안테나로 구성되는데, 카드에 태그가 붙어 있어 관련 정보를 가지고 있고, 리더로 하여금 안테나를 통하여 정보를 읽도록 합니다.

카드에는 전류가 흐르지 않는 상태에서 단말기에 다가갈 경우 전류가 흘러 인식하는데. 바로 여기서 ‘전자유도 현상’이 일어났기 때문입니다. 단말기는 교류가 흐르고 있는 상태에서 계속 변화하는 자기장을 내보냅니다. 여기에 카드를 대면 IC칩과 코일에 의해 카드 내부에 유도전류가 흐릅니다. 이것이 전자유도 현상입니다. 교통카드 안에 IC칩과 연결된 전선이 여러 번 감겨 있습니다. 이 유도전류는 버스카드 내부에 있는 콘덴서(축전지)에 모아져 반도체칩이 이 전류를 이용해 작동하게 되는 것입니다. 그리고 칩에는 단말기와 주고받은 정보가 입력되는데, 요금 정보와 더불어 환승에 필요한 시간 관련 정보도 같이 기록됩니다.

전자유도현상


그럼 카드의 모양이나 굵기에 따라 인식이 되거나 혹은 안되지 않을까? 카드의 구조는 카드 주변에 많은 코일이 감겨 있고 안에 IC 칩이 있습니다. 코일의 감김 횟수가 일정해야 제대로 된 인식이 가능합니다. 카드에 있는 코일의 감김의 굵기가 거의 일정하기 때문에 카드 자체의 굵기와는 상관없이 인식합니다. 하지만 카드 형태의 모양이 달라지면 인식이 잘 안 될 수 있습니다. 예전 한 때, 교통카드를 녹여 칩과 전선을 자신이 원하는 모양으로 변형하여 사용하는 것이 유행했었습니다만, 그렇게 하면 전선을 둘러싸는 면적이 줄어들어 카드에 유도되는 전기가 약해집니다. 그래서 모양을 변형시킨 제품들은 단말기에 인식이 잘 안 될 수 있습니다.

불과 10여 년 전 버스를 타기 위해 동전 지갑을 들고 다니던 때가 생각납니다. 저는 초등학생 시절이라 50원과 10원짜리도 들고 다니기 일쑤였는데요, 이제는 카드 한 장으로 요금 결제와 환승까지 되다니 격세지감을 느낍니다. 앞으로는 또 어떤 기술들이 우리를 놀라게 할까요?


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굿가이(Goodguy)

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