半自动售票技术研究

刘勇，牛国柱

(南京理工大学机械工程学院，江苏 南京，210094)

0 引言

伴随着科学技术的发展，尤其是微电子技术、信息传输技术和计算机网络技术的飞跃发展，交通运输系统的自动化过程得到了长足的进步。自动售检票(automatic face collection AFC)就是近年来在这些相关技术发展影响下产生的一项新技术。AFC系统是一种由计算机集中控制的自动售票(包括半自动售票)、自动检票以及自动收费和统计的封闭式自动化网络系统，以提高交通运转效率、方便乘客、降低运营公司成本为目的而规划建设的系统［1］。现从工程应用的角度出发，综合运用计算机技术、自动化控制技术、机电一体化等关键技术，详细介绍半自动售票技术，包括硬件设计和软件设计，并通过实验调试验证其售票技术的准确性与可靠性。

1 半自动售票系统介绍

半自动售票系统，作为AFC系统终端设备的重要组成部分之一，通常安装在售票房或车站服务中心内，采用人工方式完成票务处理、车票发售、加值、车票分析、退票及其他服务。具体功能概述如下：

1)能够发售单程票、储值票等各类车票;

2)对储值类型的票卡进行加值;

3)对逾时出闸、余额不足等票卡进行分析修正;

4)根据乘客需要办理退票，打印收据凭证;

5)能够与车站中央计算机通信，接收运行命令，发送报告等等。

相比于自动售票机，半自动售票系统在票/卡处理功能、人性化服务、现金安全、交接班处理和自动出票等技术实现方面更趋多样性和复杂性。

半自动售票系统组成框图如图1所示。主机与读卡器、打印机、售票机等部件之间采用RS-232串口通信。工控机内安装设备控制软件，负责对各模块运行控制、完成车票处理、现金处理、数据通信、状态监控等。乘客显示器用于乘客交易信息的反馈，如购票数量、付款金额、找零等信息。票卡读写器内部有感应天线控制电路，该电路向外发射高频电磁波，提供能量并携带必要的信息［2］。

图1 半自动售票系统组成框图

2 半自动售票机结构及工作原理

如图2所示，半自动售票机由2个票箱、2个筹码弹出器、车票通道、车票托盘、电子控制板及机械外壳组成。其中，电子控制板是半自动售票机的控制核心，负责与上位机通信，接受各项命令，发送报告，通过控制筹码弹出器的运作发售单程票。

图2 半自动售票机示意图

半自动售票机的工作原理：当进行单程票发售时，操作员先选择车票数量，在接受乘客付款后，向电子控制板发送出票命令，控制筹码弹出器旋转弹出所选数量的单程票，经过通道送至托盘，随后由操作员持单程票在读卡器上进行单程票的读写操作。由此可见，半自动售票机操作简便且可靠性高，操作员可根据需要选择票价和数量一次自动完成发售。下面分别从硬件设计和软件设计两方面进行阐述。

3 硬件设计

半自动售票机负责发票的装置是筹码弹出器，因此电子控制板的主要任务就是如何控制筹码弹出器准确弹出规定数量的单程票。筹码弹出器选用的是型号为CHT2x－1－0的模块，该模块堵塞率小于1/50万枚，平均故障间隔(MCBF)高达75000次。筹码弹出器的结构示意图如图3所示。

图3 筹码弹出器结构示意图

筹码弹出器上部连接票箱，采用了类似漏斗的机械结构;漏斗中间有一个可转动的圆盘，由下面的电动机带动旋转。根据其单方向卡槽的特性，电动机正转时，单程票可进入卡槽被弹出;电动机反转时，单程票没有进入卡槽，反转的目的是调整单程票的位置便于正转时被弹出。图3中a，b，c为分离型感光式传感器，用于检测筹码弹出器中是否有单程票，任选两个位置检测即可;d也为分离型感光式传感器，用于检测单程票弹出的数量;e为一体型感光式传感器，用于检测清空电磁铁的位置。

由此可见，筹码弹出器的控制电路包括电动机驱动电路、传感器接口电路及电磁铁驱动电路。由于电磁铁的驱动电路较简单，仅介绍电动机驱动电路和传感器接口电路。

3.1 电动机驱动电路

筹码弹出器使用的是一款直流微型齿轮箱电动机，体积小、质量轻、启动转矩大。只要在它上面加适当电压，电动机就转动。这种电动机由定子、转子、换向器(又称整流子)、电刷等组成，定子产生磁场，直流电压加在电刷上，经换向器加到转子线圈，转子在定子磁场作用下，得到转矩而旋转起来，换向器及时改变了电流方向，使转子能连续旋转下去。转子转动的方向，可由电动机上所加电压的极性来控制［3］。当用固定电压驱动电动机时，电动机的速度趋向于稳定。

电动机驱动原理如图4所示，选择双H桥电动机驱动芯片TA8429H，该芯片具有热关断和短路保护功能。IN1和IN2为单片机控制信号输入端，其输入数值决定了芯片的工作方式，如表1所示。为了抑止电动机反电动势，在电动机控制信号的输入端串联电感;设计过流保护电路，检测电动机电流，防止电动机过流损坏。

图4 电动机驱动原理图

表1 TA8429H的工作方式

3.2 传感器接口电路

筹码弹出器使用的是分离型感光器和一体型感光器，原理相似。以分离型感光器为例，原理图如图5所示。A，K为发光侧，C，E为受光侧。当没有物体遮光时，感光器输出为低电平;当有物体遮光时，感光器输出为高电平。采用三极管驱动的优点有两个：1)高电平导通可提供较高的驱动电流，保证光藕饱和导通;2)低电平截止可使感光器在半自动售票机不工作时不带电，延长光耦的使用寿命［4］。该电路具有较强的驱动能力和抗干扰能力。

图5 传感器接口电路

4 软件设计

首先介绍筹码弹出器的控制原理。

1)当需要出票时，电动机正转，3s之内若计数感光器不遮光(未放出)，经过300ms停止时间后，电动机反转1s，再经过300ms的停止时间后，再次进行正转运转，这种反转最多连续进行6次，若6次之后计数感光器还不遮光，上报结果。

2)计数感光器信号2ms以上是遮光状态的话，判断为遮光，超过70ms不透光就是卡票。

3)发出票数达到指定数量的话，10ms以内用制动器状态停止电动机。

4)出票前b(或c)感光器在遮光状态下，出票过程中哪怕有一次感光器透光的时候进行反转。这种反转最多进行4次，各个反转结束后进行感光器的检查。要是遮光的话就不进行反转，第4次还是透光的话就认为票箱中没有单程票。

了解了筹码弹出器的控制原理之后进行软件设计。软件设计根据功能可以划分为通电自检子程序、串口通信子程序、出票子程序和策略调度子程序等。通电自检子程序用于检测各部件状态是否正常，如有故障及时上报，待故障解决才可正常售票;串口通信子程序用于实现半自动售票机与上位机的通信，包括接收各种指令和发送结果;出票子程序根据电动机和传感器的控制时序进行出票控制;策略调度子程序用于管理出票策略，如果当前通道发出的票数不足设定数，查看策略是否允许备用通道出票，也可以设置为自动支出切换。由于篇幅所限，在此不能就各个子程序的软件实现做较为详细的阐述，仅给出该设计的出票子程序流程图，如图6所示。

图6 出票子程序流程图

5 结语

经过实验调试，单个通道的售票功能正常，出票数量准确;当一个通道出票数量不足时，另一个通道可自动支出切换。由此可见，此设计合理可行，以下总结了三点值得改进的地方：1)快速售票，在人流量大的车站需要更加快速的售票;2)扩展功能，比如票箱管理，实时更新票箱数据，方便查阅数据;3)人机交互界面，要求美观实用，方便乘务人员操作。

［1］潘颖芳.城市轨道交通AFC系统体系结构分析与研究［J］.信息技术，2012(2).

［2］吴春波.AFC半自动售票机软件构架设计与实现［D］.上海：东华大学出版社，2010.

［3］王淑芳.电机驱动技术［M］.北京：科学出版社，2008.

［4］周传德.传感器与测试技术［M］.重庆：重庆大学出版社，2009.