半自動售票技術研究

劉勇，牛國柱

(南京理工大學機械工程學院，江蘇 南京，210094)

0 引言

伴隨著科學技術的發展，尤其是微電子技術、信息傳輸技術和計算機網絡技術的飛躍發展，交通運輸系統的自動化過程得到了長足的進步。自動售檢票(automatic face collection AFC)就是近年來在這些相關技術發展影響下產生的一項新技術。AFC系統是一種由計算機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和統計的封閉式自動化網絡系統，以提高交通運轉效率、方便乘客、降低運營公司成本為目的而規劃建設的系統［1］。現從工程應用的角度出發，綜合運用計算機技術、自動化控制技術、機電一體化等關鍵技術，詳細介紹半自動售票技術，包括硬件設計和軟件設計，并通過實驗調試驗證其售票技術的準確性與可靠性。

1 半自動售票系統介紹

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

1)能夠發售單程票、儲值票等各類車票;

2)對儲值類型的票卡進行加值;

3)對逾時出閘、余額不足等票卡進行分析修正;

4)根據乘客需要辦理退票，打印收據憑證;

5)能夠與車站中央計算機通信，接收運行命令，發送報告等等。

相比于自動售票機，半自動售票系統在票/卡處理功能、人性化服務、現金安全、交接班處理和自動出票等技術實現方面更趨多樣性和復雜性。

半自動售票系統組成框圖如圖1所示。主機與讀卡器、打印機、售票機等部件之間采用RS-232串口通信。工控機內安裝設備控制軟件，負責對各模塊運行控制、完成車票處理、現金處理、數據通信、狀態監控等。乘客顯示器用于乘客交易信息的反饋，如購票數量、付款金額、找零等信息。票卡讀寫器內部有感應天線控制電路，該電路向外發射高頻電磁波，提供能量并攜帶必要的信息［2］。

圖1 半自動售票系統組成框圖

2 半自動售票機結構及工作原理

如圖2所示，半自動售票機由2個票箱、2個籌碼彈出器、車票通道、車票托盤、電子控制板及機械外殼組成。其中，電子控制板是半自動售票機的控制核心，負責與上位機通信，接受各項命令，發送報告，通過控制籌碼彈出器的運作發售單程票。

圖2 半自動售票機示意圖

半自動售票機的工作原理：當進行單程票發售時，操作員先選擇車票數量，在接受乘客付款后，向電子控制板發送出票命令，控制籌碼彈出器旋轉彈出所選數量的單程票，經過通道送至托盤，隨后由操作員持單程票在讀卡器上進行單程票的讀寫操作。由此可見，半自動售票機操作簡便且可靠性高，操作員可根據需要選擇票價和數量一次自動完成發售。下面分別從硬件設計和軟件設計兩方面進行闡述。

3 硬件設計

半自動售票機負責發票的裝置是籌碼彈出器，因此電子控制板的主要任務就是如何控制籌碼彈出器準確彈出規定數量的單程票。籌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75000次。籌碼彈出器的結構示意圖如圖3所示。

圖3 籌碼彈出器結構示意圖

籌碼彈出器上部連接票箱，采用了類似漏斗的機械結構;漏斗中間有一個可轉動的圓盤，由下面的電動機帶動旋轉。根據其單方向卡槽的特性，電動機正轉時，單程票可進入卡槽被彈出;電動機反轉時，單程票沒有進入卡槽，反轉的目的是調整單程票的位置便于正轉時被彈出。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驅動電路、傳感器接口電路及電磁鐵驅動電路。由于電磁鐵的驅動電路較簡單，僅介紹電動機驅動電路和傳感器接口電路。

3.1 電動機驅動電路

籌碼彈出器使用的是一款直流微型齒輪箱電動機，體積小、質量輕、啟動轉矩大。只要在它上面加適當電壓，電動機就轉動。這種電動機由定子、轉子、換向器(又稱整流子)、電刷等組成，定子產生磁場，直流電壓加在電刷上，經換向器加到轉子線圈，轉子在定子磁場作用下，得到轉矩而旋轉起來，換向器及時改變了電流方向，使轉子能連續旋轉下去。轉子轉動的方向，可由電動機上所加電壓的極性來控制［3］。當用固定電壓驅動電動機時，電動機的速度趨向于穩定。

電動機驅動原理如圖4所示，選擇雙H橋電動機驅動芯片TA8429H，該芯片具有熱關斷和短路保護功能。IN1和IN2為單片機控制信號輸入端，其輸入數值決定了芯片的工作方式，如表1所示。為了抑止電動機反電動勢，在電動機控制信號的輸入端串聯電感;設計過流保護電路，檢測電動機電流，防止電動機過流損壞。

圖4 電動機驅動原理圖

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為發光側，C，E為受光側。當沒有物體遮光時，感光器輸出為低電平;當有物體遮光時，感光器輸出為高電平。采用三極管驅動的優點有兩個：1)高電平導通可提供較高的驅動電流，保證光藕飽和導通;2)低電平截止可使感光器在半自動售票機不工作時不帶電，延長光耦的使用壽命［4］。該電路具有較強的驅動能力和抗干擾能力。

圖5 傳感器接口電路

4 軟件設計

首先介紹籌碼彈出器的控制原理。

1)當需要出票時，電動機正轉，3s之內若計數感光器不遮光(未放出)，經過300ms停止時間后，電動機反轉1s，再經過300ms的停止時間后，再次進行正轉運轉，這種反轉最多連續進行6次，若6次之后計數感光器還不遮光，上報結果。

2)計數感光器信號2ms以上是遮光狀態的話，判斷為遮光，超過70ms不透光就是卡票。

3)發出票數達到指定數量的話，10ms以內用制動器狀態停止電動機。

4)出票前b(或c)感光器在遮光狀態下，出票過程中哪怕有一次感光器透光的時候進行反轉。這種反轉最多進行4次，各個反轉結束后進行感光器的檢查。要是遮光的話就不進行反轉，第4次還是透光的話就認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行軟件設計。軟件設計根據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度子程序等。通電自檢子程序用于檢測各部件狀態是否正常，如有故障及時上報，待故障解決才可正常售票;串口通信子程序用于實現半自動售票機與上位機的通信，包括接收各種指令和發送結果;出票子程序根據電動機和傳感器的控制時序進行出票控制;策略調度子程序用于管理出票策略，如果當前通道發出的票數不足設定數，查看策略是否允許備用通道出票，也可以設置為自動支出切換。由于篇幅所限，在此不能就各個子程序的軟件實現做較為詳細的闡述，僅給出該設計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 結語

經過實驗調試，單個通道的售票功能正常，出票數量準確;當一個通道出票數量不足時，另一個通道可自動支出切換。由此可見，此設計合理可行，以下總結了三點值得改進的地方：1)快速售票，在人流量大的車站需要更加快速的售票;2)擴展功能，比如票箱管理，實時更新票箱數據，方便查閱數據;3)人機交互界面，要求美觀實用，方便乘務人員操作。

［1］潘穎芳.城市軌道交通AFC系統體系結構分析與研究［J］.信息技術，2012(2).

［2］吳春波.AFC半自動售票機軟件構架設計與實現［D］.上海：東華大學出版社，2010.

［3］王淑芳.電機驅動技術［M］.北京：科學出版社，2008.

［4］周傳德.傳感器與測試技術［M］.重慶：重慶大學出版社，2009.