一种新型城市公交客车智能收银一体机的设计及应用

黄 存

（广西申龙汽车制造有限公司，广西 南宁530299）

城市公交客车对社会人员的流动起着不可或缺的作用。在人口密集的城市中，是解决交通拥堵的重要方式。公共交通支付方式是城市公交客车的运营管理的重要环节，是提高交通企业运行效率的主要方式之一，因此，升级改进城市公交客车支付系统以提升效率，降低企业运行费用具有重要意义。

1 目前城市公交客车的支付现状

城市公交收费系统经过长年的逐步演化，从有人售票机制到无人售票（刷卡）系统，从售票信息的半人工采集到全自动化采集，从刷卡支付到手机移动支付的兴起，支付系统已经日趋完善。目前城市公交客运支付费用主要有以下几种方式：

（1）现金支付，以电子投币机为主，单纯机械体投币机作为自助服务器的一种，现已广泛应用于公交客车上。其结构为：在钱箱上方简单设立开口方式，硬币、纸币一并通过该口投入。可收纳纸币、硬币，实现无人售票，具有结构简单、适应性强特点而实现大量普及。但是因无法实现找零、无法识别假币，同时需要大量人工进行现金分拣、整理、清点，且存在较大的卫生安全隐患，增加了营运企业的负担。

（2）IC卡支付，以非接触式为主，主要由软件和硬件两部分组成，其中硬件端主要由车载POS机、车载电源、发卡器、采集器等组成。软件端由数据库、客户端软件、通讯端程序及结算中心等组成。其是以射频技术为核心，以单片机为控制器的IC卡读写器，并采用相移键控和加载调幅等技术实现卡与读卡器间的无线通讯，使网络售卡、自动收费、公交客车与地铁收费互通得以实现[1]，具有操作方便、快捷、可靠、存储容量大、数据保密性好、抗干扰能力强等突出优点，解决了城市公共交通服务行业既频繁又琐碎的收费问题，获得了广泛应用。

（3）互联网时代：移动支付，手机二维码支付，最普遍的就是“微信支付”“支付宝支付”“银联第三方支付”“云闪付”等等。二维码支付，可以轻松解决公交传统支付手段带来的用户现金携带、找零不方便、公交企业现金管理浪费人力和财力、卡易丢失、消磁失效、发卡成本高等弊端。移动支付利用稳定的网络平台，大大提高了交易数据的可靠性，其自带GPS定位功能，可以对每条线路每个站进行客流分析，公交集团可以进行实时联动调度车辆，然后对各条线路进行合理优化，进一步缓解了城市拥堵现象，为打造智慧交通提供数据支撑，与此同时，也提高了市民绿色出行的积极性和舒适感。便捷用户支付的同时，还为公交运营管理者提供公交乘车费用系统实时结算，客流大数据分析，车辆调度运营管理提供技术支撑等增值服务。

城市公交是广大市民出行最主要的交通方式之一，由于覆盖范围广、公交线路众多，使用群体不同。多种支付方式会长期共存，且无法完全互相替代。随着智能调度系统应用，公交定制化智慧出行等技术发展，如何集合各受众群体需求，集成多种支付收费方式一体化成为趋势。

2 设计方案的实施

2.1 设计方案的总体要求

智能收银一体机要求具备纸币和硬币投币功能，刷卡、扫码模块内嵌于智能收款一体机中，支持IC卡刷卡功能，乘车码（微信、支付宝、银联、云闪付等二维码）扫码功能。并且结构紧凑，为降低整车重量，提升新能源汽车的续驶里程，投币机重量需采用高分子材料进行轻量化设计，能够方便内嵌安装于公交车仪表台上，维修便捷，安装位置确保乘客方便上车刷卡、扫码及投币，可接入公交智能管理监控平台的远程调度，预留读取数据接口，便于收集和维护升级管理。

2.2 设计思路及方法

（1）设备需具有传统电子投币机功能。设置两个内胆纸币、硬币分区存放，有纸币堆叠功能；设置单独的纸币投币口，支持投入20元及以下面额纸币。纸质投币箱内部结构包括识别系统、找零系统和整理系统三大系统，工作流程为：利用红外线感应识别系统对纸币面值和真伪进行检测识别。根据检测结果，选择退还，接收或找零动作。纸币通过滚轮传送到内胆，挡板上开设有多个出币口，以使不同面值的纸币由对应的出币口输送至纸币收纳装置内。单张纸币处理时间不大于2s，内胆纸币容量≥600张。采用光电门计数器度检测通过的纸币进行计数，可实现纸币数量统计功能。

（2）设置单独的硬币投币口，支持识别5角、1元硬币真伪及面额。通过分析硬币的材质、重量、颜色、厚度、直径和表面图案等特征区别，利用电子技术进行分析、探查、识别及判定硬币的面值。采用电涡流传感器鉴别技术的传感器线圈和电容在振荡的线路中工作产生振荡这一特性，通过振荡频率的变化等多项特征识别硬币的真伪[2]。在硬币通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时，金属材质和体积的差异对电感量的影响大小也出现微弱变动的差异，电感量的变化引起振荡频率的变化；再通过检测频率的变化，与设定值进行比较，确定某种硬币种类后，经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出，使用速度加权算法完成对金属硬币的识别[3]。如遇到假币自动退出来，并有语音提示。通过专用设备的光电检测技术实现硬币金额统计功能。单枚硬币处理时间不大于1秒，内胆硬币容量≥250枚，硬币识别率≥95%。

（3）具备语音提示功能。投币金额语音提醒：无论投入纸币还是硬币，识别成功后，语音提示金额；疑币语音报警：机器遇到可疑纸币和硬币时，自动语音提示乘客“请换币”；投币不足语音提醒：根据票价的金额，乘客投币不足时语音提示“请继续投币”，提醒乘客足额投币；足额投币提醒：乘客投币足额时，机器发出“投币成功”的声音告知乘客和司机；设置应急投币口，当常规投币口失效时，可打开应急口投币，内置应急内胆，可存储纸币数量≥40张。设备内胆部分采用无线供电技术，须通过密钥验证解锁内胆。

（4）IC卡电子收费系统通过移动运营商提供的GPRS无线互联网络，使设备实现永远在线、高速数据传输的功能，刷卡数据的实时上传，相关的参数、票价以及属性都可以直接在软件端无线下发到设备中。实现双向传输：将车辆上的刷卡数据实时传输至管理中心，管理中心可随时向车辆发送自动校时、更改票价、属性等相关操作。采用485或者232方式与投币机对接，实现投币机纸币及硬币数据的无线传输。若设备处于无网络信号的情况处设备与后台的链接会被断开，当信号网络重新被搜索到设备会自动与后台进行重连和对接。匹配满足公交车电源系统，支持整车8～36V直流宽幅稳压电源。非接触式IC卡读写器以射频识别技术为核心，是一个集主机系统、网络产品、应用系统、数据库系统和终端设备为一体的网络系统。包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。IC卡刷卡技术在城市公交系统已非常成熟并广泛运用，将IC卡刷卡单元终端设备模块系统镶嵌在一体机中。通过接入整车CAN系统，读取GPRS、GPS等信息。并采用嵌入式软件可支持在线远程升级和U盘升级，采集消费数据。

（5）设备增加二维码扫码区，二维码支付是指利用二维码远程访问支付系统，并提交支付指令的支付方式。具备4G（移动/联通/电信全网通）、蓝牙4.0、RS232、USB通讯，支持北斗/GPS定位功能。二维码支付终端包括专业定制二维码识别扫描模块、供电模块、蜂窝网路模块、屏幕显示交互模块、语音交互模块等无缝应用系统对接功能。采用模块基于移动通信网络和互联网络技术，融合条形码自动识别与二维码支付技术[4]。满足微信、支付宝、银联云闪付、APPLE PAY、华为PAY、NFC等消费支付功能。采用专门的安全加密算法，公交扫码硬件系统、移动支付对接、后台系统对接交互。二维码支付为保证支付速度、支付设计为脱机交易，可离线验证，即乘客持手机（设计可通过对应APP或其他二维码支付入口）生产二维码，车载机扫码时不用实时与后台进行数据交换，待设备空闲时才上传数据到后台完成扣费。支付的实名制化为疫情防控，定制化智慧出行提供技术支持。

（6）7寸LED液晶显示屏，超大显示屏，分设硬币显示区和纸币显示区，方便乘客查看当前投币金额。实时显示支付方式、金额、优惠额度等信息，并设置语音提示。可通过整车智能调度终端接入营运企业智能调度监控管理平台，实现对包括线路、车辆、时段等维度营收概览分析，对机构、线路、人员、车辆、票胆、卡片、营运客流、收费统计进行基础数据信息管理。智能调度平台可远程实现系统管理、收箱管理、票胆管理、收银管理、营收统计等设定管理。

（7）功能独立区分，各模块相对独立并内嵌入一体机中，易安装、拆卸。 一体机面板采用亚克力高分子材料挤塑而成，表面圆滑过渡无锐角锐边，降低乘客磕碰划伤的风险，具有较高表面硬度和可塑性，同时具有密度小的特点，其密度仅为玻璃的一半。结构主体及内胆采用新型镁合金材质，解决普通投币机易生锈影响性能及外观差的缺陷。以压铸实现轻量化的特点，总质量约7kg，仅为普通不锈钢投币机重量的三分之一。整体尺寸为320mm*180mm*320mm，易于实现嵌入整车仪表台安装的要求。 设计模型见图1。

图1 设计模型结构示意图

2.3 设计方案的应用

一体机的安装必须满足方便乘客方便上车刷卡、扫码及投币的需要，并且方便驾驶员观察，减小支付设备对车内空间的占用。智能收银一体机安装、拆卸简单，在车辆仪表台上根据一体机的结构尺寸预先开设嵌入安装凹槽，通过6颗螺钉将安装板固定到仪表台上，再放入投币机，利用两侧的卡扣自动扣紧投币机。拆卸时：先打开箱门，取出内胆和应急内胆然后从内部同时打开左右两边的卡扣即可取出投币机。

考虑到一体机用电的需求，线束直接从电池总开关后的正极取电源，在仪表台上装一个翘板开关独立控制，不受钥匙控开关控制。工作电流为3A，电源线径为2.5mm2，装配有7.5A短路保险保护。通过CAN系统提取整车车门开关信号，要求前门开和前门关正信号，开关门时接入点动24V信号，前门打开时一体机电源接通，启动工作状态。前门关时处于待机状态。开门和关门的瞬间24V信号消失后，信号处于0V或悬空状态，不储存虚电。确保系统运行正常稳定，降低能耗。

图2为传统普通投币机安装效果与智能一体机安装模型结构示意图。一体机安装体积小，可嵌入仪表内，方便驾驶员观察投币刷卡操作。该布置方案整体美观，协调，结构紧凑。可极大地拓展了公交客车通道宽度，扩大乘客区间面积的同时，提高了公交客车的上下车的运行效率以及快速疏散能力，安全性能更高。

图2 普通公交投币机与智能收银一体机安装模型结构示意图

3 结束语

新型城市公交客车智能收银一体机基于云计算、大数据等技术的创新，集多种支付功能于一体，既满足城市公交出行人性化、智能化、集成化、轻量化、电子化、小型化等市场的需求，又符合城市公共交通出行车辆节能、环保的趋势要求，能够解决城市公交企业的运力网络优化，合理配置公交线路问题，可降低成本，提供便捷的实施运营监督管理，提高了公共交通运输企业的营运效率，方便广大市民出行，并给营运企业智能调度系统提供全方位的深度支持。