劉勇，牛國柱

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京，210094)

0 引言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)、信息傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍發(fā)展，交通運(yùn)輸系統(tǒng)的自動化過程得到了長足的進(jìn)步。自動售檢票(automatic face collection AFC)就是近年來在這些相關(guān)技術(shù)發(fā)展影響下產(chǎn)生的一項(xiàng)新技術(shù)。AFC系統(tǒng)是一種由計(jì)算機(jī)集中控制的自動售票(包括半自動售票)、自動檢票以及自動收費(fèi)和統(tǒng)計(jì)的封閉式自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以提高交通運(yùn)轉(zhuǎn)效率、方便乘客、降低運(yùn)營公司成本為目的而規(guī)劃建設(shè)的系統(tǒng)［1］?，F(xiàn)從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)、機(jī)電一體化等關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)介紹半自動售票技術(shù)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試驗(yàn)證其售票技術(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

1 半自動售票系統(tǒng)介紹

半自動售票系統(tǒng)，作為AFC系統(tǒng)終端設(shè)備的重要組成部分之一，通常安裝在售票房或車站服務(wù)中心內(nèi)，采用人工方式完成票務(wù)處理、車票發(fā)售、加值、車票分析、退票及其他服務(wù)。具體功能概述如下：

1)能夠發(fā)售單程票、儲值票等各類車票;

2)對儲值類型的票卡進(jìn)行加值;

3)對逾時(shí)出閘、余額不足等票卡進(jìn)行分析修正;

4)根據(jù)乘客需要辦理退票，打印收據(jù)憑證;

5)能夠與車站中央計(jì)算機(jī)通信，接收運(yùn)行命令，發(fā)送報(bào)告等等。

相比于自動售票機(jī)，半自動售票系統(tǒng)在票/卡處理功能、人性化服務(wù)、現(xiàn)金安全、交接班處理和自動出票等技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面更趨多樣性和復(fù)雜性。

半自動售票系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。主機(jī)與讀卡器、打印機(jī)、售票機(jī)等部件之間采用RS-232串口通信。工控機(jī)內(nèi)安裝設(shè)備控制軟件，負(fù)責(zé)對各模塊運(yùn)行控制、完成車票處理、現(xiàn)金處理、數(shù)據(jù)通信、狀態(tài)監(jiān)控等。乘客顯示器用于乘客交易信息的反饋，如購票數(shù)量、付款金額、找零等信息。票卡讀寫器內(nèi)部有感應(yīng)天線控制電路，該電路向外發(fā)射高頻電磁波，提供能量并攜帶必要的信息［2］。

圖1 半自動售票系統(tǒng)組成框圖

2 半自動售票機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖2所示，半自動售票機(jī)由2個(gè)票箱、2個(gè)籌碼彈出器、車票通道、車票托盤、電子控制板及機(jī)械外殼組成。其中，電子控制板是半自動售票機(jī)的控制核心，負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信，接受各項(xiàng)命令，發(fā)送報(bào)告，通過控制籌碼彈出器的運(yùn)作發(fā)售單程票。

圖2 半自動售票機(jī)示意圖

半自動售票機(jī)的工作原理：當(dāng)進(jìn)行單程票發(fā)售時(shí)，操作員先選擇車票數(shù)量，在接受乘客付款后，向電子控制板發(fā)送出票命令，控制籌碼彈出器旋轉(zhuǎn)彈出所選數(shù)量的單程票，經(jīng)過通道送至托盤，隨后由操作員持單程票在讀卡器上進(jìn)行單程票的讀寫操作。由此可見，半自動售票機(jī)操作簡便且可靠性高，操作員可根據(jù)需要選擇票價(jià)和數(shù)量一次自動完成發(fā)售。下面分別從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行闡述。

3 硬件設(shè)計(jì)

半自動售票機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)票的裝置是籌碼彈出器，因此電子控制板的主要任務(wù)就是如何控制籌碼彈出器準(zhǔn)確彈出規(guī)定數(shù)量的單程票?；I碼彈出器選用的是型號為CHT2x－1－0的模塊，該模塊堵塞率小于1/50萬枚，平均故障間隔(MCBF)高達(dá)75000次?；I碼彈出器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 籌碼彈出器結(jié)構(gòu)示意圖

籌碼彈出器上部連接票箱，采用了類似漏斗的機(jī)械結(jié)構(gòu);漏斗中間有一個(gè)可轉(zhuǎn)動的圓盤，由下面的電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。根據(jù)其單方向卡槽的特性，電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，單程票可進(jìn)入卡槽被彈出;電動機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，單程票沒有進(jìn)入卡槽，反轉(zhuǎn)的目的是調(diào)整單程票的位置便于正轉(zhuǎn)時(shí)被彈出。圖3中a，b，c為分離型感光式傳感器，用于檢測籌碼彈出器中是否有單程票，任選兩個(gè)位置檢測即可;d也為分離型感光式傳感器，用于檢測單程票彈出的數(shù)量;e為一體型感光式傳感器，用于檢測清空電磁鐵的位置。

由此可見，籌碼彈出器的控制電路包括電動機(jī)驅(qū)動電路、傳感器接口電路及電磁鐵驅(qū)動電路。由于電磁鐵的驅(qū)動電路較簡單，僅介紹電動機(jī)驅(qū)動電路和傳感器接口電路。

3.1 電動機(jī)驅(qū)動電路

籌碼彈出器使用的是一款直流微型齒輪箱電動機(jī)，體積小、質(zhì)量輕、啟動轉(zhuǎn)矩大。只要在它上面加適當(dāng)電壓，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動。這種電動機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、換向器(又稱整流子)、電刷等組成，定子產(chǎn)生磁場，直流電壓加在電刷上，經(jīng)換向器加到轉(zhuǎn)子線圈，轉(zhuǎn)子在定子磁場作用下，得到轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來，換向器及時(shí)改變了電流方向，使轉(zhuǎn)子能連續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向，可由電動機(jī)上所加電壓的極性來控制［3］。當(dāng)用固定電壓驅(qū)動電動機(jī)時(shí)，電動機(jī)的速度趨向于穩(wěn)定。

電動機(jī)驅(qū)動原理如圖4所示，選擇雙H橋電動機(jī)驅(qū)動芯片TA8429H，該芯片具有熱關(guān)斷和短路保護(hù)功能。IN1和IN2為單片機(jī)控制信號輸入端，其輸入數(shù)值決定了芯片的工作方式，如表1所示。為了抑止電動機(jī)反電動勢，在電動機(jī)控制信號的輸入端串聯(lián)電感;設(shè)計(jì)過流保護(hù)電路，檢測電動機(jī)電流，防止電動機(jī)過流損壞。

圖4 電動機(jī)驅(qū)動原理圖

表1 TA8429H的工作方式

3.2 傳感器接口電路

籌碼彈出器使用的是分離型感光器和一體型感光器，原理相似。以分離型感光器為例，原理圖如圖5所示。A，K為發(fā)光側(cè)，C，E為受光側(cè)。當(dāng)沒有物體遮光時(shí)，感光器輸出為低電平;當(dāng)有物體遮光時(shí)，感光器輸出為高電平。采用三極管驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：1)高電平導(dǎo)通可提供較高的驅(qū)動電流，保證光藕飽和導(dǎo)通;2)低電平截止可使感光器在半自動售票機(jī)不工作時(shí)不帶電，延長光耦的使用壽命［4］。該電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力和抗干擾能力。

圖5 傳感器接口電路

4 軟件設(shè)計(jì)

首先介紹籌碼彈出器的控制原理。

1)當(dāng)需要出票時(shí)，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，3s之內(nèi)若計(jì)數(shù)感光器不遮光(未放出)，經(jīng)過300ms停止時(shí)間后，電動機(jī)反轉(zhuǎn)1s，再經(jīng)過300ms的停止時(shí)間后，再次進(jìn)行正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，這種反轉(zhuǎn)最多連續(xù)進(jìn)行6次，若6次之后計(jì)數(shù)感光器還不遮光，上報(bào)結(jié)果。

2)計(jì)數(shù)感光器信號2ms以上是遮光狀態(tài)的話，判斷為遮光，超過70ms不透光就是卡票。

3)發(fā)出票數(shù)達(dá)到指定數(shù)量的話，10ms以內(nèi)用制動器狀態(tài)停止電動機(jī)。

4)出票前b(或c)感光器在遮光狀態(tài)下，出票過程中哪怕有一次感光器透光的時(shí)候進(jìn)行反轉(zhuǎn)。這種反轉(zhuǎn)最多進(jìn)行4次，各個(gè)反轉(zhuǎn)結(jié)束后進(jìn)行感光器的檢查。要是遮光的話就不進(jìn)行反轉(zhuǎn)，第4次還是透光的話就認(rèn)為票箱中沒有單程票。

了解了籌碼彈出器的控制原理之后進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)根據(jù)功能可以劃分為通電自檢子程序、串口通信子程序、出票子程序和策略調(diào)度子程序等。通電自檢子程序用于檢測各部件狀態(tài)是否正常，如有故障及時(shí)上報(bào)，待故障解決才可正常售票;串口通信子程序用于實(shí)現(xiàn)半自動售票機(jī)與上位機(jī)的通信，包括接收各種指令和發(fā)送結(jié)果;出票子程序根據(jù)電動機(jī)和傳感器的控制時(shí)序進(jìn)行出票控制;策略調(diào)度子程序用于管理出票策略，如果當(dāng)前通道發(fā)出的票數(shù)不足設(shè)定數(shù)，查看策略是否允許備用通道出票，也可以設(shè)置為自動支出切換。由于篇幅所限，在此不能就各個(gè)子程序的軟件實(shí)現(xiàn)做較為詳細(xì)的闡述，僅給出該設(shè)計(jì)的出票子程序流程圖，如圖6所示。

圖6 出票子程序流程圖

5 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，單個(gè)通道的售票功能正常，出票數(shù)量準(zhǔn)確;當(dāng)一個(gè)通道出票數(shù)量不足時(shí)，另一個(gè)通道可自動支出切換。由此可見，此設(shè)計(jì)合理可行，以下總結(jié)了三點(diǎn)值得改進(jìn)的地方：1)快速售票，在人流量大的車站需要更加快速的售票;2)擴(kuò)展功能，比如票箱管理，實(shí)時(shí)更新票箱數(shù)據(jù)，方便查閱數(shù)據(jù);3)人機(jī)交互界面，要求美觀實(shí)用，方便乘務(wù)人員操作。

［1］潘穎芳.城市軌道交通AFC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析與研究［J］.信息技術(shù)，2012(2).

［2］吳春波.AFC半自動售票機(jī)軟件構(gòu)架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.上海：東華大學(xué)出版社，2010.

［3］王淑芳.電機(jī)驅(qū)動技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2008.

［4］周傳德.傳感器與測試技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2009.