王德浩廣東省電子技術研究所，廣東廣州　510630

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高速公路復合卡發(fā)卡技術的開發(fā)設計

王德浩
廣東省電子技術研究所，廣東廣州510630

摘要隨著我國高速公路的發(fā)展，對其營運和管理所使用的高速公路機電系統(tǒng)，也有一定的提高，從傳統(tǒng)的人工管理到半自動化，又到自動化設備、系統(tǒng)的管理，這一發(fā)展過程較傳統(tǒng)的管理方式有著極大的進步。全自動智能化是高速公路收費的發(fā)展方向，高速公路自動發(fā)卡技術是現(xiàn)今較為智能的自動化設備，可以有效降低收費站管理的人力成本，提升收費的效率。但是雖然高速公路修建的不斷延伸及片區(qū)聯(lián)網(wǎng)收費，普通通行卡已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀使用。

關鍵詞高速公路；自動發(fā)卡技術；復合卡機芯

1　系統(tǒng)簡述

自動發(fā)卡系統(tǒng)是一種無人值守的自動化設備，在高速公路的實際應用中需要建設起專門的收費通道，當安裝自動發(fā)卡系統(tǒng)后，車輛經(jīng)過時，司機只需要根據(jù)系統(tǒng)的語音提示進行操作；設備上設置有“取卡”按鈕，按下即可完成一次取卡。新型復合卡自動發(fā)卡機是在普通自動發(fā)卡機發(fā)展起來的一種設備，主要解決聯(lián)網(wǎng)收費用后各種問題。

1.1背景技術

高速公路所形成的運輸網(wǎng)絡在現(xiàn)代的交通系統(tǒng)中越來越重要，機動車在經(jīng)過收費站時，收費站需要從收發(fā)卡機中取出或回收所發(fā)的IC卡等卡片，高速公路入口發(fā)放已寫入車輛信息的IC卡，而高速公路出口則收卡并根據(jù)卡內(nèi)信息收取車輛過路費用［1］。

隨著我國高速公路通車里程的不斷增加，車輛行駛路徑二義性問題越來越突出（例如：假設從A點到B點有三條路徑，A-〉C-〉B，A-〉D-〉B，A-〉E-〉B，運營單位需要了解車輛到底走哪條路徑），為解決這個問題，越來越多的省份開始采用復合卡（雙頻卡），和一般射頻卡不同，復合卡因為內(nèi)置聚合物電池，其厚度高達5mm，對卡片的存儲提出了新的要求。例如，原來一部卡機卡片容量是1 600張卡，能滿足某個收費站使用一天，但換成復合卡就變成了320張左右就不能遠遠不能滿足使用要求了，所以自動發(fā)卡機卡片容量是解決復合自動發(fā)卡機的最大問題，GERI-KJ-WA-ZF型F型復合卡自動發(fā)卡機很好地解決了這個問題。

1.2自動發(fā)卡機的性能與指標

以GERI-KJ-04-WA-ZF型復合卡自動發(fā)卡機為例，對其具備的功能性質(zhì)等，進行詳細的分析與說明：這一類型的發(fā)卡機適用于高速公路的入口，每當車輛到達發(fā)卡車道并壓上取卡線圈后，司機就可以根據(jù)提示進行按鍵取卡的動作，或者是根據(jù)實際情況就進行刷ETC卡，完成取卡或刷卡動作后，系統(tǒng)會自動提示進行抬桿，當車輛經(jīng)過之后則自動落桿。另外還具有在線診斷的功能，診斷的結果數(shù)據(jù)、信息可以自動反饋于后臺管理處，可以更好地實現(xiàn)遠程控制。

1.3自動發(fā)卡機的外形與功能特點

GERI-KJ-04-WA-ZF型自動發(fā)卡機的外觀結構，一共有4個出卡口，設置不同的高度是為了方便大小型車輛都能快捷刷卡或取卡。在結構的設計上，采用了雙層隔熱結構，提升發(fā)卡機在露天環(huán)境下的工作性能，更好地是適應高溫度高濕度的工作環(huán)境，同時在四周都設計了可以打開的箱門，當出現(xiàn)故障或者進行日常維護的時候，方便工作人員的檢修等，提升工作效率［3］。

讀取數(shù)據(jù)主要是兼容ETC，并且系統(tǒng)具有較高的智能判斷能力，可以實現(xiàn)一車一卡，也就是說當系統(tǒng)未檢測到有車輛出現(xiàn)時，即便按了取卡鍵，系統(tǒng)也不出卡；另一種情況是，如果司機沒有及時取走當前卡片，系統(tǒng)不會進行下一張卡片的發(fā)出。GERI-KJ-04-WA-ZF型自動發(fā)卡機在使用的過程中，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自我檢測，并且將檢測的結果及時的反饋給上位機，降低了系統(tǒng)因為故障而無法工作的現(xiàn)象發(fā)生；當發(fā)卡機內(nèi)部的卡即將發(fā)完時，或者是系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法正常出卡時，設備外部會有一定的光亮或聲鳴提示，使相關的管理人員能及時準確的了解到發(fā)卡機的運行狀態(tài)；另外發(fā)卡機還具備對講的功能，主要是方便司機在遇到困難時，可以及時地發(fā)出求救。

2　復合卡發(fā)卡機芯結構的發(fā)展情況

復合卡發(fā)卡機芯作為自動發(fā)卡機的核心部件，一方便需要解決卡片容量問題；另一方面，也需要有效降低機芯的結構成本。現(xiàn)有廠家大多采用轉(zhuǎn)盤式卡箱切換技術，機芯為滾筒式結構，卡箱固定在轉(zhuǎn)盤上，由電機驅(qū)動主轉(zhuǎn)軸使轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)來完成卡箱的切換，鑒于卡片出卡位固定，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時必須保證精確到位，但由于轉(zhuǎn)盤及卡片重量較重，旋轉(zhuǎn)機構需要直徑較大的主轉(zhuǎn)軸、配套的軸承、電機等，結構復雜，造價高，控制也麻煩，出現(xiàn)故障時不方便維護。

本所現(xiàn)在設計的全新的復合卡發(fā)卡機構一種托盤式卡片循環(huán)切換機構，相對于傳統(tǒng)發(fā)卡機構卡片存儲量大幅提高。其結構簡單傳動零部件多數(shù)采用標準件，加工、裝配、后期維護的工作量減少。

2.1結構組成

發(fā)卡機芯由上下兩個托盤組件，提供兩組相同的結構，含喂卡機構、鏈條聯(lián)運推卡桿機構、發(fā)卡卷卡機構、廢卡回收機構，兩組托盤組件互為備份［2］。

2.2托盤式發(fā)卡機芯工作原理

工作通道是通道一及通道五，其由水平設置的卡片托盤，推卡桿、喂卡裝置組成，喂卡機構推著復合卡頂著發(fā)卡機構，當通道中的卡片有一張卡置于發(fā)卡機構通道，發(fā)卡機構發(fā)出，司機取卡，如果卡片為廢卡，即打開廢卡機構的電磁吸鐵，卡片掉入廢卡回收通道。

當通道一的卡片發(fā)完后，喂卡機構將退至側邊，通道二至通道四上卡片，由推卡桿順著推到通道一至通道三位置上面，直到全部卡片發(fā)完，發(fā)卡機可以清楚看到每個托盤的卡數(shù)，當沒有卡片時，卡機將向上位機發(fā)送告警命令。

3　托盤式復合卡無人值守卡優(yōu)點

結構簡單，傳動部件多為標準部件，加工、裝配、后期維護工作量低；由于每個卡片豎直放置，相鄰卡片之間的重力沒有相互影響，發(fā)卡過程中無需克服卡片重力，喂卡機構更為簡單，僅需較小的電機，絲桿即可完成喂卡動作，而且循環(huán)切換時所采用的電機參數(shù)小，對控制模塊要求低，相同容量的卡片循環(huán)切換機構卡片的儲存量更大，卡片在卡片循環(huán)機構內(nèi)自動運輸，裝卡方便，卡片切換、定位準確。

4　結論

通過對高速公路自動發(fā)卡技術的開發(fā)設計進行研究，并且結合實際產(chǎn)品的分析，可以看出我們在高速公路的收費系統(tǒng)技術方面的發(fā)展有著較好的發(fā)展，所使用的設備也較為自動化和智能化，符合現(xiàn)代特征，并且發(fā)卡機及相關技術都有著較為人性化的設計，使用性強，也有著良好的發(fā)展前景。

參考文獻

［1］吳易.高速公路自動發(fā)卡系統(tǒng)的設備與技術［J］.交通世界（運輸.車輛），2007（8）：71-73.

［2］徐麗華.高速公路自動發(fā)卡技術開發(fā)與研究［J］.交通世界（運輸.車輛），2009（10）：128-129.

［3］黃偉華，楊建華，譚麗.基于無線射頻技術的高速公路自動收費系統(tǒng)設計及軟件實現(xiàn)［J］.電氣自動化，2010（3）：72-73，79.

中圖分類號TP39

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0222-02

作者簡介：王德浩，廣東省電子技術研究所。