列车电子换票装置的研究与设计

粟慧龙，韩 雪

（1.湖南铁道职业技术学院 湖南 株洲 412001；2.湖南铁路科技职业技术学院 湖南 株洲 412001）

列车电子换票装置的研究与设计

粟慧龙1，韩 雪2

（1.湖南铁道职业技术学院 湖南 株洲 412001；2.湖南铁路科技职业技术学院 湖南 株洲 412001）

本文针对列车卧铺席上下车换票方式存在的不足，设计了一种列车到站后能自动提醒旅客下车的电子换票装置，并对系统的组成、工作原理及软硬件设计实现进行了详细阐述。主机从车票识别终端得到旅客的乘车信息，通过机车TAX2箱和GPS采集列车的位置、车速等信息，将数据进行处理分析，并将结果发送至提醒终端，列车接近旅客目的站点时，提醒终端以振动和显示的方式提醒旅客下车。

电子换票；到站提醒；机车TAX2箱；GPS；处理器

随着铁路建设的飞速发展和人们生活水平的不断提高，乘坐列车卧铺席长途旅行已逐渐成为大多数人的选择。众所周知，旅客乘坐列车卧铺席上下车都需要办理换票手续，换票制度可以提醒旅客及时做好下车准备，在一定程度上为旅客提供了便利，但在实际的乘车过程中，由于乘务员的工作状态、服务水平以及乘车环境的差异，换票过程往往会给旅客带来很大的困扰和不便，同时增加了旅客的乘车环节，也加大了乘务员的工作强度。为此，文中设计了一种列车到站后自动提醒旅客下车的电子换票装置，以解决人工换票方式存在的不足。

1　系统组成及工作原理

列车电子换票装置由车票识别终端、主机、旅客提醒终端3部分组成。旅客上车时，车票识别终端通过二维码［1］、RFID［2-3］或图像文字识别等方式获得旅客的车票信息［4-5］，并将信息通过蓝牙方式发送给主机；主机接收并统计旅客乘车信息，同时，通过GPS定位和与机车TAX2箱通讯得到列车的定位信息［6-8］，实时将列车行进信息发送至旅客提醒终端；提醒终端接收主机信息，当列车接近旅客目的站点时，提醒终端通过振动和显示方式提醒旅客做好下车准备。列车电子换票装置的系统组成结构如图1所示。

图1　列车电子换票装置系统结构图

2　系统硬件设计

2.1主机硬件电路设计

主机是列车电子换票装置的核心组成部分，由处理器模块、USB存储电路、蓝牙通信模块、ZIGBEE通信模块、LCD12864显示电路、键盘电路、GPS定位电路、机车TAX2箱通讯电路等组成。主机主要负责列车行进信息获取、旅客乘车信息的处理分析，以及向提醒终端发送数据处理结果。

旅客上车时，主机通过蓝牙通信电路接收车票识别终端发送的旅客车票信息；列车运行时，主机通过GPS和机车TAX2箱得到列车的位置、车速等信息［6-7］，测算列车到达下一站点的距离和行驶时间，处理更新旅客乘车信息，并将处理结果以广播模式通过ZIGBEE通信电路发送给提醒终端［9-11］。提醒终端接收主机信息，若列车位置距离旅客目的站点的距离和行驶时间小于一定数值时，以振动和显示方式提醒旅客下车。

图2　主机硬件电路结构图

1）机车TAX2箱通讯电路设计

列车定位是实现旅客下车自动提醒的重要依据，在列车的牵引机车部分安装有列车的行车记录装置机车TAX2箱，通过与机车TAX2箱通讯可以获取列车的车次、公里标、车速等数据列车行进信息［6］。

机车TAX2箱通讯电路以MAX485作为核心器件，实现主机与机车TAX2箱的通讯连接，列车运行过程中，机车TAX2箱以115200波特率循环、实时的发送列车的行进信息，机车TAX2箱通讯电路如图3所示。 机车TAX2箱数据通过A2、B2端接入MAX485芯片，并从RO引脚输出至光电隔离器 6N137的输入端 LED-，经过光电隔离转换后从6N137的Y脚输出至主机控制器STM32F103的串行口接收端PC11，主机接收车次、实时时间、车站号、公里标、交路号、车速等列车行进信息，并测算出列车当前位置距离旅客目的地的行驶里程和时间，当两者小于一定数值时则提醒终端通过振动或显示方式提醒旅客做好下车准备。

图3　RS485接口电路

2）GPS定位电路设计

为确保列车保证定位信息的准确可靠，装置中设计了两套定位电路，除通过与机车TAX2箱通讯获取列车定位信息外，还可以通过GPS进行定位。主机优先采用与机车TAX2箱通讯的方式进行列车定位，若此种方式定位失败，则自动启用GPS定位。

GPS定位电路的采用Ublox公司的NEO 6M作为主芯片，该电路具有定位准确、测量输出频率最高、电路结构简等优点，比较适合狭窄山区或密集丛林等恶劣地势环境的定位［6］。模块电路通过串口方式与主机控制器STM32F103的IO口PA2、PA3相连接，定位成功后，通过串口将定位数据发送给主控制器进行解析处理。电路如图4所示，R1、D1起定位指示作用，GPS定位成功后D1进行1HZ的闪亮指示；J1、L1、R4为天线接口电路，J1外接GPS有源天线；D2、R5、BT1组成备用电源电路，正常情况下VCC通过D2、R5对BT1充电，当VCC断电，则通BT1为GPS模块供电。

图4　GPS定位电路

2.2旅客提醒终端硬件电路设计

提醒终端以51单片机STC15F104E为核心，外围电路包括ZIGBEE通信电路、OLED显示电路、振动提醒电路、振动检测电路等部分。列车卧铺车厢的每个铺位都设置有旅客提醒终端，列车运行中，提醒终端通过ZIGBEE通信电路实时接收主机发送的列车行进信息，当列车距离旅客目的地小于60公里或行驶时间小于30分钟时，提醒终端通过振动或显示方式提醒旅客做好下车准备。

1）OLED显示电路设计

为使提醒终端小型化，显示电路采用了0.49寸、64X32点阵的OLED液晶显示屏，能显示列车速度、目的地距离、预计到达时间等旅客乘车信息。显示电路通过I2C接口与主控制器相连，极大的简化了电路的连接，电路如图5所示，U2的数据端SDA与STC15F104E的P3.0相连，时钟端SCL与P3.1相连，提醒终端接收到主机发送的旅客乘车信息后，即可在OLED液晶显示屏上显示出来。

图5　OLED显示电路

2）振动提醒电路设计

当列车快要到达旅客目的站点时，振动提醒电路工作，提醒旅客做好下车准备。振动提醒电路主要由三极管和振动马达组成，电路如图6所示，处理器IO脚P3.2通过电阻R9与三极管Q1的基极相连。P3.2输出高电平，三极管Q1饱和导通，M1得电产生振动；反之，P3.2输出低电平，三极管Q1截止，M1断电振动停止。

3　系统软件设计

3.1主机软件设计

主机是列车电子换票装置的核心组成部分，上电后，主机首先进行系统软件初始化工作，然后对外围接口电路进行初始化和自检测处理，若自检无误则进行常规事务处理，否则通过显示屏进行故障提示。自检通过后，主机依次查询接收车票识别终端发送的旅客乘车信息，采集机车TAX2箱或GPS采集列车的位置、车速等信息，并根据列车行进信息对旅客乘车信息进行统计分析与更新处理，然后将处理后乘车数据进行显示和存储操作，同时将其以广播形式发送至提醒终端，主机软件运行流程如图7所示。

图6　振动提醒电路

图7　主机软件运行流程

3.2旅客提醒终端软件设计

旅客提醒终端是实现旅客到站下车提醒功能的重要部件，系统运行过程中，提醒终端采用中断方式实时接收主机发送的旅客乘车信息，并根据提醒终端的终端号对主机信息进行解析处理，当列车距离旅客目的地小于60公里或行驶时间小于30分钟时，提醒终端通过振动或显示方式提醒旅客做好下车准备。此外，软件还具有振动查询功能，旅客轻拍提醒终端，处理检测到振动即可将列车车速、目的站点距离、预计行车时间等信息通过0LED液晶屏显示出来［16］。提醒终端软件运行流程如图8所示。

图8　旅客提醒终端软件流程

4　结　论

本装置是一种简单易用，且智能化程度较高的旅客列车辅助乘车装置，通过实验测试和上车试运行检验，系统工作稳定可靠，起到了及时有效的提醒旅客下车的功能，并且简化了旅客乘车环节，减轻了乘务员的工作强度，有效的解决了目前人工换票存在的不足，具有一定的实用和推广价值。

［1］明鋆.火车票二维码强加密关键技术研究［J］.信息系统工程，2014（1）：47.

［2］刘永玲，路勇，王梦.基于UHF频段RFID技术的实名制火车票研究［J］.微型机与应用，2012（14）：44-46.

［3］江斌，严龙，韩洁.RFID技术在自动售检票设备巡检维护中的应用设想［J］.铁路通信信号工程技术，2015（6）：79-82.

［4］黄江平，吴昊.基于Android的火车票实名检票系统设计［J］.电子技术应用，2012（9）：21-23.

［5］王成，蒋秋华，张家锋，等.基于二代身份证的互联网电子票自动检票系统研究与实现［J］.中南大学学报：自然科学版，2013（S1）：346-351.

［6］粟慧龙，韩雪.基于USB海量存储的机车轴温监测装置设计［J］.自动化技术与应用，2013（2）：76-78.

［7］李小帅，杨金寰.GPS定位列车完整性检测方法研究［J］.铁道技术监督，2015（12）：45-48.

［8］黄小午.基于GSM-R的列车位置监测平台研究与设计［D］.广州：广东工业大学，2011.

［9］刘科.基于ZigBee的列车到达预警系统设计与实现［D］.成都：成都理工大学，2011.

［10］时晓艳.基于ZigBee和GPRS技术的列车远程监测系统设计［D］.上海：中国海洋大学，2012.

［11］孙丽萍，马路，周正.基于ZigBee的列车运行状态无线网络实时监测系统［J］.兵工自动化，2007（3）：62-64.

［12］叶年发.铁路客运专线自动检票系统的研究［J］.中国铁道科学，2006（3）：101-105.

［13］王成，蒋秋华，覃飞，等.铁路旅客自动检票系统设计与实现［J］.铁路技术创新，2012（4）：45-48.

［14］赵砚田.我国火车票防伪技术纵览［J］.中国品牌与防伪，2010（3）：80-83.

［15］陈艳华.轨道交通列车定位技术的选择与比较［J］.电子设计工程，2010（11）：186-188.

［16］郭淳，徐兴坤.LED轻量级分组密码设计的研究与改进探讨［J］.电力信息与通信技术，2014（9）：15-19.

Research and design train ticket exchange electronic device

SU Hui-long1，HAN Xue2
（1.Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou 412001，China；2.Hunan Vocational College of Railway Technology，Zhuzhou 412001，China）

In this paper，after the sleeper train to get off the bench for votes shortage exists in the way to design a train station can automatically remind the passengers to get off electronic devices for votes，composition，working principle and system hardware and software design and implementation of a detailed elaboration.When the host vehicle information obtained from passengers ticket terminal identification，collection location of the train，vehicle speed and other information via the locomotive TAX2 box and GPS，data processing and analysis，and the results are sent to remind the terminal，passenger train near the destination site，remind terminal in the vibration mode and display reminders passengers.

electronic commutation ticket；reminds station；locomotive TAX2 box；GPS；processor

TN710

A

1674－6236（2016）09-0105-03

2016-02-22稿件编号：201602097

湖南省教育厅科学研究项目（14C0755）；湖南省教育厅科学研究项目（15C0914）；湖南省自然科学基金资助项目（2015JJ2003）

粟慧龙（1982—），男，湖南常德人，硕士，讲师，工程师。研究方向：自动控制、嵌入式系统。