一種新型城市公交客車智能收銀一體機的設計及應用

黃 存

（廣西申龍汽車制造有限公司，廣西 南寧530299）

城市公交客車對社會人員的流動起著不可或缺的作用。在人口密集的城市中，是解決交通擁堵的重要方式。公共交通支付方式是城市公交客車的運營管理的重要環節，是提高交通企業運行效率的主要方式之一，因此，升級改進城市公交客車支付系統以提升效率，降低企業運行費用具有重要意義。

1 目前城市公交客車的支付現狀

城市公交收費系統經過長年的逐步演化，從有人售票機制到無人售票（刷卡）系統，從售票信息的半人工采集到全自動化采集，從刷卡支付到手機移動支付的興起，支付系統已經日趨完善。目前城市公交客運支付費用主要有以下幾種方式：

（1）現金支付，以電子投幣機為主，單純機械體投幣機作為自助服務器的一種，現已廣泛應用于公交客車上。其結構為：在錢箱上方簡單設立開口方式，硬幣、紙幣一并通過該口投入。可收納紙幣、硬幣，實現無人售票，具有結構簡單、適應性強特點而實現大量普及。但是因無法實現找零、無法識別假幣，同時需要大量人工進行現金分揀、整理、清點，且存在較大的衛生安全隱患，增加了營運企業的負擔。

（2）IC卡支付，以非接觸式為主，主要由軟件和硬件兩部分組成，其中硬件端主要由車載POS機、車載電源、發卡器、采集器等組成。軟件端由數據庫、客戶端軟件、通訊端程序及結算中心等組成。其是以射頻技術為核心，以單片機為控制器的IC卡讀寫器，并采用相移鍵控和加載調幅等技術實現卡與讀卡器間的無線通訊，使網絡售卡、自動收費、公交客車與地鐵收費互通得以實現[1]，具有操作方便、快捷、可靠、存儲容量大、數據保密性好、抗干擾能力強等突出優點，解決了城市公共交通服務行業既頻繁又瑣碎的收費問題，獲得了廣泛應用。

（3）互聯網時代：移動支付，手機二維碼支付，最普遍的就是“微信支付”“支付寶支付”“銀聯第三方支付”“云閃付”等等。二維碼支付，可以輕松解決公交傳統支付手段帶來的用戶現金攜帶、找零不方便、公交企業現金管理浪費人力和財力、卡易丟失、消磁失效、發卡成本高等弊端。移動支付利用穩定的網絡平臺，大大提高了交易數據的可靠性，其自帶GPS定位功能，可以對每條線路每個站進行客流分析，公交集團可以進行實時聯動調度車輛，然后對各條線路進行合理優化，進一步緩解了城市擁堵現象，為打造智慧交通提供數據支撐，與此同時，也提高了市民綠色出行的積極性和舒適感。便捷用戶支付的同時，還為公交運營管理者提供公交乘車費用系統實時結算，客流大數據分析，車輛調度運營管理提供技術支撐等增值服務。

城市公交是廣大市民出行最主要的交通方式之一，由于覆蓋范圍廣、公交線路眾多，使用群體不同。多種支付方式會長期共存，且無法完全互相替代。隨著智能調度系統應用，公交定制化智慧出行等技術發展，如何集合各受眾群體需求，集成多種支付收費方式一體化成為趨勢。

2 設計方案的實施

2.1 設計方案的總體要求

智能收銀一體機要求具備紙幣和硬幣投幣功能，刷卡、掃碼模塊內嵌于智能收款一體機中，支持IC卡刷卡功能，乘車碼（微信、支付寶、銀聯、云閃付等二維碼）掃碼功能。并且結構緊湊，為降低整車重量，提升新能源汽車的續駛里程，投幣機重量需采用高分子材料進行輕量化設計，能夠方便內嵌安裝于公交車儀表臺上，維修便捷，安裝位置確保乘客方便上車刷卡、掃碼及投幣，可接入公交智能管理監控平臺的遠程調度，預留讀取數據接口，便于收集和維護升級管理。

2.2 設計思路及方法

（1）設備需具有傳統電子投幣機功能。設置兩個內膽紙幣、硬幣分區存放，有紙幣堆疊功能；設置單獨的紙幣投幣口，支持投入20元及以下面額紙幣。紙質投幣箱內部結構包括識別系統、找零系統和整理系統三大系統，工作流程為：利用紅外線感應識別系統對紙幣面值和真偽進行檢測識別。根據檢測結果，選擇退還，接收或找零動作。紙幣通過滾輪傳送到內膽，擋板上開設有多個出幣口，以使不同面值的紙幣由對應的出幣口輸送至紙幣收納裝置內。單張紙幣處理時間不大于2s，內膽紙幣容量≥600張。采用光電門計數器度檢測通過的紙幣進行計數，可實現紙幣數量統計功能。

（2）設置單獨的硬幣投幣口，支持識別5角、1元硬幣真偽及面額。通過分析硬幣的材質、重量、顏色、厚度、直徑和表面圖案等特征區別，利用電子技術進行分析、探查、識別及判定硬幣的面值。采用電渦流傳感器鑒別技術的傳感器線圈和電容在振蕩的線路中工作產生振蕩這一特性，通過振蕩頻率的變化等多項特征識別硬幣的真偽[2]。在硬幣通過投幣入口進入由電感和電容組成的特定高頻振蕩線路所產生的磁場時，金屬材質和體積的差異對電感量的影響大小也出現微弱變動的差異，電感量的變化引起振蕩頻率的變化；再通過檢測頻率的變化，與設定值進行比較，確定某種硬幣種類后，經窄帶選頻電路將頻率信號變成電壓信號輸出，使用速度加權算法完成對金屬硬幣的識別[3]。如遇到假幣自動退出來，并有語音提示。通過專用設備的光電檢測技術實現硬幣金額統計功能。單枚硬幣處理時間不大于1秒，內膽硬幣容量≥250枚，硬幣識別率≥95%。

（3）具備語音提示功能。投幣金額語音提醒：無論投入紙幣還是硬幣，識別成功后，語音提示金額；疑幣語音報警：機器遇到可疑紙幣和硬幣時，自動語音提示乘客“請換幣”；投幣不足語音提醒：根據票價的金額，乘客投幣不足時語音提示“請繼續投幣”，提醒乘客足額投幣；足額投幣提醒：乘客投幣足額時，機器發出“投幣成功”的聲音告知乘客和司機；設置應急投幣口，當常規投幣口失效時，可打開應急口投幣，內置應急內膽，可存儲紙幣數量≥40張。設備內膽部分采用無線供電技術，須通過密鑰驗證解鎖內膽。

（4）IC卡電子收費系統通過移動運營商提供的GPRS無線互聯網絡，使設備實現永遠在線、高速數據傳輸的功能，刷卡數據的實時上傳，相關的參數、票價以及屬性都可以直接在軟件端無線下發到設備中。實現雙向傳輸：將車輛上的刷卡數據實時傳輸至管理中心，管理中心可隨時向車輛發送自動校時、更改票價、屬性等相關操作。采用485或者232方式與投幣機對接，實現投幣機紙幣及硬幣數據的無線傳輸。若設備處于無網絡信號的情況處設備與后臺的鏈接會被斷開，當信號網絡重新被搜索到設備會自動與后臺進行重連和對接。匹配滿足公交車電源系統，支持整車8～36V直流寬幅穩壓電源。非接觸式IC卡讀寫器以射頻識別技術為核心，是一個集主機系統、網絡產品、應用系統、數據庫系統和終端設備為一體的網絡系統。包括調制、解調、產生射頻信號、安全管理和防碰撞機制。IC卡刷卡技術在城市公交系統已非常成熟并廣泛運用，將IC卡刷卡單元終端設備模塊系統鑲嵌在一體機中。通過接入整車CAN系統，讀取GPRS、GPS等信息。并采用嵌入式軟件可支持在線遠程升級和U盤升級，采集消費數據。

（5）設備增加二維碼掃碼區，二維碼支付是指利用二維碼遠程訪問支付系統，并提交支付指令的支付方式。具備4G（移動/聯通/電信全網通）、藍牙4.0、RS232、USB通訊，支持北斗/GPS定位功能。二維碼支付終端包括專業定制二維碼識別掃描模塊、供電模塊、蜂窩網路模塊、屏幕顯示交互模塊、語音交互模塊等無縫應用系統對接功能。采用模塊基于移動通信網絡和互聯網絡技術，融合條形碼自動識別與二維碼支付技術[4]。滿足微信、支付寶、銀聯云閃付、APPLE PAY、華為PAY、NFC等消費支付功能。采用專門的安全加密算法，公交掃碼硬件系統、移動支付對接、后臺系統對接交互。二維碼支付為保證支付速度、支付設計為脫機交易，可離線驗證，即乘客持手機（設計可通過對應APP或其他二維碼支付入口）生產二維碼，車載機掃碼時不用實時與后臺進行數據交換，待設備空閑時才上傳數據到后臺完成扣費。支付的實名制化為疫情防控，定制化智慧出行提供技術支持。

（6）7寸LED液晶顯示屏，超大顯示屏，分設硬幣顯示區和紙幣顯示區，方便乘客查看當前投幣金額。實時顯示支付方式、金額、優惠額度等信息，并設置語音提示。可通過整車智能調度終端接入營運企業智能調度監控管理平臺，實現對包括線路、車輛、時段等維度營收概覽分析，對機構、線路、人員、車輛、票膽、卡片、營運客流、收費統計進行基礎數據信息管理。智能調度平臺可遠程實現系統管理、收箱管理、票膽管理、收銀管理、營收統計等設定管理。

（7）功能獨立區分，各模塊相對獨立并內嵌入一體機中，易安裝、拆卸。 一體機面板采用亞克力高分子材料擠塑而成，表面圓滑過渡無銳角銳邊，降低乘客磕碰劃傷的風險，具有較高表面硬度和可塑性，同時具有密度小的特點，其密度僅為玻璃的一半。結構主體及內膽采用新型鎂合金材質，解決普通投幣機易生銹影響性能及外觀差的缺陷。以壓鑄實現輕量化的特點，總質量約7kg，僅為普通不銹鋼投幣機重量的三分之一。整體尺寸為320mm*180mm*320mm，易于實現嵌入整車儀表臺安裝的要求。 設計模型見圖1。

圖1 設計模型結構示意圖

2.3 設計方案的應用

一體機的安裝必須滿足方便乘客方便上車刷卡、掃碼及投幣的需要，并且方便駕駛員觀察，減小支付設備對車內空間的占用。智能收銀一體機安裝、拆卸簡單，在車輛儀表臺上根據一體機的結構尺寸預先開設嵌入安裝凹槽，通過6顆螺釘將安裝板固定到儀表臺上，再放入投幣機，利用兩側的卡扣自動扣緊投幣機。拆卸時：先打開箱門，取出內膽和應急內膽然后從內部同時打開左右兩邊的卡扣即可取出投幣機。

考慮到一體機用電的需求，線束直接從電池總開關后的正極取電源，在儀表臺上裝一個翹板開關獨立控制，不受鑰匙控開關控制。工作電流為3A，電源線徑為2.5mm2，裝配有7.5A短路保險保護。通過CAN系統提取整車車門開關信號，要求前門開和前門關正信號，開關門時接入點動24V信號，前門打開時一體機電源接通，啟動工作狀態。前門關時處于待機狀態。開門和關門的瞬間24V信號消失后，信號處于0V或懸空狀態，不儲存虛電。確保系統運行正常穩定，降低能耗。

圖2為傳統普通投幣機安裝效果與智能一體機安裝模型結構示意圖。一體機安裝體積小，可嵌入儀表內，方便駕駛員觀察投幣刷卡操作。該布置方案整體美觀，協調，結構緊湊。可極大地拓展了公交客車通道寬度，擴大乘客區間面積的同時，提高了公交客車的上下車的運行效率以及快速疏散能力，安全性能更高。

圖2 普通公交投幣機與智能收銀一體機安裝模型結構示意圖

3 結束語

新型城市公交客車智能收銀一體機基于云計算、大數據等技術的創新，集多種支付功能于一體，既滿足城市公交出行人性化、智能化、集成化、輕量化、電子化、小型化等市場的需求，又符合城市公共交通出行車輛節能、環保的趨勢要求，能夠解決城市公交企業的運力網絡優化，合理配置公交線路問題，可降低成本，提供便捷的實施運營監督管理，提高了公共交通運輸企業的營運效率，方便廣大市民出行，并給營運企業智能調度系統提供全方位的深度支持。